SPECT vizsgálatok sajátosságai Sugárgyengítés-korrekció Transzmissziós és emissziós leképezés tomo + gráfia = szelet + kép (görög) Varga József Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet SPECT alapjai Elnyelés-korrekció Hibrid készülékek Műtermékek SPECT, Forrás: P. Kinahan, University of Washington SPECT: single photon emission computed tomography általában 360 -os ív szív: 180 -os képek 3-6 -onként (30-120 vetület) keresztmetszeti eloszlások kiszámolása 2 Mennyiben különleges a SPECT a többi gamma-kamerás leképezéshez képest? Statikus: egyensúlyi eloszlás leképezése a vizsgálat 15-30 perce alatt az eloszlás nem változhat Általában több detektoros kamerával célszerű agy, törzs: 3 detektor 120 fokonként v. 2 detektor szemben szív: (180 -os íven) 2 detektor merőlegesen Nagyon érzékeny a beteg elmozdulására A számítógépes feldolgozás elengedhetetlen része 3 4 Elmozdulás hatása SPECT-tel kombinált vizsgálatok Mozdulatlan Elmozdult Ábra: B. Hutton, Westmead Hospital, Sydney Statikus + SPECT: SPECT csak akkor, ha kóros látszik Egésztest + SPECT: tumorkeresés általában SPECT csak a gyanús testtájékról Dinamikus + SPECT agy: a SPECT skálázása a dinamikus vizsgálatból számolt paraméterek segítségével SPECT + CT: elnyelés-korrekció és lokalizálás 5 6 Speciális SPECT módok Speciális beállítási követelmények testfelszín-követés EKG-kapuzott vizsgálat agy: speciális fejtartóval (ne a vállon túlról!) ZOOM: nem mindegy, a látómező melyik részére (pl. fej) Jobb homogenitás kell: <3% (különben: gyűrű-műtermék) A felbontás távolságfüggése nagyobb probléma hosszabb furatú kollimátor kell Minden fej érzékenysége azonos legyen Középpont-vándorlás korrekció 7 8
SPECT SPECTminőségbiztosítás: minőségbiztosítás: Testkontúr-követő Testkontúr-követő pálya pálya Középpont-vándorlás Középpont-vándorlás Center of Rotation (COR) : a látómező közepéből induló, a detektorra merőleges egyeneseknek: egy síkba kell esni egy közös forgásközépponton kell áthaladni minden detektorra egyformán 9 Visszavetítés Visszavetítés Felhasznált nézetek: 10 Szűrő Szűrő szerepe szerepe aa visszavetítésnél visszavetítésnél 1 3 16 4 32 64 11 ITERATÍV ITERATÍV REKONSTRUKCIÓ REKONSTRUKCIÓ 12 Lépések Lépések száma: száma: szívizom-leképezés szívizom-leképezés Elv: az eloszlás becslése vetületek számolása a becsült eloszlásból a becsült vetület kivonása a mértből az eloszlás módosítása a különbséggel Módszerek: EM: expectation maximization ML-EM: maximum likelihood EM OS-EM: ordered subsets EM 13 ÖSSZEHASONLÍTÁS: ÖSSZEHASONLÍTÁS: 14 180 -os 180 -os pályaív pályaív szívvizsgálathoz szívvizsgálathoz Rekonstrukciós Rekonstrukciós módszerek módszerek Szűrt visszavetítés (FBP): Iteratív rekonstrukció: egy lépéses (gyors) időigényes szűrő választható (legalább ramp) szűrő nem szükséges (utó-szűrés?) elnyelés-korrekció utólag szórás: effektív elnyelési együttható elnyelés-korrekció belefoglalható (mért elnyelési térkép használható) szóráskorrekció belefoglalható (3D!) 15 16
Látómező-csonkítás következménye Emissziós szívleképezés nehézségei A látómező széle belevág az aktív szervbe Műtermék: aktív ív a látómező szélén Technikai: gyenge felbontás Biológiai: mozgó szívfal sugárelnyelés a testben elnyelés: emlő, rekesz sugárzás szóródása MIBI-dúsulás: máj, epe statisztikai hiba (zaj) 17 18 Elnyelés hatása homogén hengerre A mélyen levő képletek sugárzása jobban elnyelődik A (test)felszín kiemelődik Elnyelés-korrekció Chang körvonalon belül egyenletes elnyelést feltételezve - agy: kétszeres koponyacsont-vastagsággal kintebb a körvonal - gastro-intestinális: célszerű Mért elnyelési térképpel: - külső sugárforrás áteresztési képe - CT - iteratív rekonstrukcióba beépítve - jobb, de lassabb - mellkas (szívizom!) Ábra: M. Nowak Lonsdale, Bispebjerg Hospital 19 20 Chang-féle elnyeléskorrekció Ha rossz helyre tesszük az ellipszist: t: mélység (mm) µ: elnyelési együttható (a Tc-99m 140 kev-os γ-jára, homogén lágy testszövetben: µ 0,15 /cm) C = 0 C e µ t Testkörvonal 21 22 Mellkasi (szív-) vizsgálatok: Mért elnyelés-korrekció áteresztési ( transzmissziós ) kép, mint CT-vel a vonálforrást minden vetületben végighúzzák a látómezőn két energiaablakot használva a kibocsátási (emissziós) és áteresztési kép egyszerre készülhet A Chang-módszer nem alkalmazható, mert különböző elnyelésű (sűrűségű) részek vannak egy keresztmetszetben 23 Vonalforrások Gd-153, T 1/2 =242 nap, E γ =97 & 104 kev 24
SPECT elnyelés-korrekciója Elnyelési térkép izotópforrással 200/pix 500/pix 2000/pix 10000/pix FBP Korrigálatlan (szűrt visszavetítés) Elnyelési térkép Korrigált (OSEM) OSTG (ordered subsets transmission gradient) Forrás: M. King et al. 25 26 Lehetséges transzmissziós képek Utólagos illesztés: Gamma-forrás áteresztési képe röntgen (~30-140 kvp) Eltérő pozicionálás miatt a merevtest-transzformáció pontatlan magas zajszint 15-30 leképezési idő kis torzítás alacsony kontraszt Forrás: P. Kinahan, University of Washington zajmentes 1 leképezési idő torzítás lehet magas kontraszt nagyobb dózis! Forrás: T. Kuwert, Erlangen 27 28 Hibrid készülékek Hibrid leképezés 1: CT PET és CT vagy SPECT és CT egy állványon Leképezés egymás után, de a beteg változatlan testhelyzetben fekszik 29 30 Hibrid leképezés 2: Emissziós Együttes értékelés szerepe 1. Elnyelés-korrekció Gyorsabban (rövidebb ideig kell fennfeküdni a betegnek) Pontosabban (zajmentesebben) 2. Anatómiai és funkcionális információ integrálása Lokalizálás PET, SPECT fajlagosság javítása CT érzékenység javítása PET, SPECT résztérfogat-hatás korrekciója CT!!! 31 32
Energia-viszonyok 33 34 Elnyelés-korrekció A szöveti elnyelés energia-függő Chang körvonalon belül egyenletes elnyelést feltételezve - agy: kétszeres koponyacsont-vastagsággal kintebb a körvonal - gastro-intestinális: célszerű Mért elnyelési térképpel: - külső sugárforrás áteresztési képe - CT - iteratív rekonstrukcióba beépítve - jobb, de lassabb - mellkas (szívizom!) Forrás: D.W. Townsend, University of Tennessee Tc-99m 35 36 Küszöb-modell Vegyes modell Forrás: D.W. Townsend, University of Tennessee Forrás: D.W. Townsend, University of Tennessee 37 Elnyelés-korrekció hatása szívizom SPECT-re Elnyelés az emlőben Korrigálatlan 38 Elnyelés-korrekció nélkül: szignifikánsan eltérő szívizom-vérátáramlás Nők Elnyelés a rekeszizomban Korrigálatlan Férfiak röntgenforrás gammaforrás pozitronforrás Elnyeléskorrigált Elnyeléskorrigált Forrás: Ficaro et al, Circulation 93: 463, 1996. 39 Grossman GB et al., J Nucl Cardiol 2004;11:263-72. 40
Fajlagosság koszorúér-betegségre: testesebb betegekre egyre rosszabb Terheléses szívizom-perfúziós vizsgálatok értékelése a bizonytalan leletek aránya csökkenthető gyengítés-korrekcióval és kapuzással Megnövekedett álpozitív arány gyengítés-korrekció nélkül Forrás: Thompson RC et al., J Nucl Cardiol 2005;12:195-202. 41 Heller GV et al., J Nucl Cardiol 2004;11:273-81. 42 Szórt sugárzás csökkentett effektív elnyelési együttható a Changkorrekcióhoz Az álpozitívak száma csökken! két (Jaszczak) v. több energia-ablak beépítés a fokozatos közelítéses rekonstrukcióba 43 3 energiaablakos szóráskorrekció 44 Elnyelés- és szóráskorrekció hatása agyi vérátáramlás SPECT-re Stabil Xe CT I-123 IMP SPECT 45 Hayashi M. et al, J Nucl Med Technol 2005; 33:224 46 Hibrid leképezés műtermékei Légzőmozgás??? Légzőmozgás Levágott látómező Kontrasztanyagok Nyalábkeményedés SPECT/CT - 2010. - 2008. febr. 47 48
Kontrasztanyagok Módosított elnyelés-korrekció javító hatása (pl.: PET/CT) A nehéz magok (I, Ba) CT-vel nagy kontrasztot adnak, de 511 kev-en nem Kontrasztanyag-oldat szöveti szorzóval Elnyelés-korrekció vonalforrással HIBA! HIBA! a megnövelt voxelek HU=0-ra CT-alapú elnyelés-korrekció 49 50 SPECT-CT minőségellenőrzése Név Gamma-kamera komponens eljárásai Energia-csúcsra állítás Uniformitás-ellenőrzés Kellék pontforrás szilárd v. folyadék síkforrás v. pontforrás Felbontás és linearitás Érzékenység SPECT-üzemmód speciális eljárásai Középpont-vándorlás Uniformitás-korrekció Több detektor illeszkedése CT komponens eljárásai CT kalibrálása CT kalibráció fantom CT kalibráció ellenőrzése vízzel töltött henger Levegő-kalibrálás - Uniformitás vízzel töltött henger Hibrid készülék speciális eljárásai Illeszkedés kettős ábrázolódású pontforrások Elnyelés-korrekció pontossága vízzel töltött henger elnyelési fantom 51