Transzmissziós Transzmissziós és és emissziós emissziós leképezés leképezés
SPECT SPECT vizsgálatok vizsgálatok sajátosságai sajátosságai Sugárgyengítés-korrekció Sugárgyengítés-korrekció Varga József
„tomo” + „gráfia” = „szelet” + „kép” (görög)
Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet
• SPECT alapjai • Elnyelés-korrekció • Hibrid készülékek • Műtermékek
SPECT, Forrás: P. Kinahan, University of Washington SPECT - 2010.
SPECT - 2010.
Varga J.
SPECT: SPECT: „single „single photon photon emission emission computed computed tomography” tomography”
Mennyiben Mennyiben különleges különleges aa SPECT SPECT
•
általában 360°-os ív
• Statikus: egyensúlyi eloszlás leképezése
•
szív: 180°-os
•
képek 3-6°-onként (30-120 vetület)
•
keresztmetszeti eloszlások kiszámolása
2
aatöbbi többigamma-kamerás gamma-kamerásleképezéshez leképezéshezképest? képest?
– 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
Varga J.
SPECT - 2010.
3
Elmozdulás Elmozdulás hatása hatása
SPECT - 2010.
Varga J.
4
SPECT-tel SPECT-tel kombinált kombinált vizsgálatok vizsgálatok • Statikus + SPECT: – SPECT csak akkor, ha kóros látszik
• Egésztest + SPECT: – tumorkeresés általában – SPECT csak a gyanús testtájékról
• Dinamikus + SPECT Mozdulatlan
– agy: a SPECT skálázása a dinamikus vizsgálatból számolt paraméterek segítségével
Elmozdult
• SPECT + CT: elnyelés-korrekció és lokalizálás Ábra: B. Hutton, Westmead Hospital, Sydney SPECT - 2010.
Varga J.
5
SPECT - 2010.
Varga J.
Speciális Speciális SPECT SPECT módok módok
Speciális Speciális beállítási beállítási követelmények követelmények
• testfelszín-követés • EKG-kapuzott vizsgálat
• Jobb homogenitás kell: <3% (különben: gyűrű-műtermék)
• agy: speciális fejtartóval (ne a vállon túlról!)
• A felbontás távolságfüggése nagyobb probléma ⇒ hosszabb furatú kollimátor kell
• ZOOM: nem mindegy, a látómező melyik részére (pl. fej)
• Minden fej érzékenysége azonos legyen
SPECT - 2010.
Varga J.
6
• Középpont-vándorlás korrekció
7
SPECT - 2010.
Varga J.
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
Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ.
Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. Varga J.
SPECT - 2010.
9
Visszavetítés Visszavetítés Felhasznált nézetek:
SPECT - 2010.
Varga J.
10
Szűrő Szűrő szerepe szerepe aa visszavetítésnél visszavetítésnél 1
3
16
4
32
64
Varga J.
SPECT - 2010.
11
ITERATÍV ITERATÍV REKONSTRUKCIÓ REKONSTRUKCIÓ
SPECT - 2010.
Varga J.
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 Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. Varga J.
SPECT - 2010.
13
ÖSSZEHASONLÍTÁS: ÖSSZEHASONLÍTÁS:
SPECT - 2010.
Varga J.
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!)
Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. SPECT - 2010.
Varga J.
15
SPECT - 2010.
Varga J.
16
Látómező-csonkítás Látómező-csonkítás következménye következménye
A látómező széle belevág az aktív szervbe
Emissziós Emissziós szívleképezés szívleképezés nehézségei nehézségei
Műtermék: aktív ív a látómező szélén
Technikai:
Biológiai:
gyenge felbontás
mozgó szívfal
sugárelnyelés a testben
elnyelés: emlő, rekesz
sugárzás szóródása
MIBI-dúsulás: máj, epe
statisztikai hiba (zaj)
Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. SPECT - 2010.
Varga J.
Varga J.
SPECT - 2010.
17
Elnyelés Elnyelés hatása hatása homogén homogén hengerre hengerre
18
Elnyelés-korrekció Elnyelés-korrekció
A mélyen levő képletek sugárzása jobban elnyelődik
A (test)felszín kiemelődik
•
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 SPECT - 2010.
Varga J.
19
Chang-féle Chang-féle elnyeléskorrekció elnyeléskorrekció t: mélység (mm) µ: elnyelési együttható
Varga J.
SPECT - 2010.
20
Ha Ha rossz rossz helyre helyre tesszük tesszük az az ellipszist: ellipszist:
C = C0 ⋅ e − µ⋅t
(a Tc-99m 140 keV-os γ-jára, homogén lágy testszövetben: µ≈0,15 /cm)
Testkörvonal Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. SPECT - 2010.
Varga J.
21
Mellkasi Mellkasi (szív-) (szív-) vizsgálatok: vizsgálatok:
Varga J.
SPECT - 2010.
22
Mért Mért elnyelés-korrekció 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
Vonalforrások Gd-153, T1/2=242 nap, Eγ=97 & 104 keV
A Chang-módszer nem alkalmazható, mert különböző elnyelésű (sűrűségű) részek vannak egy keresztmetszetben Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. SPECT - 2010.
Varga J.
Ábra: J.R. Halama, Loyola Univ. 23
SPECT - 2010.
Varga J.
24
SPECT SPECT elnyelés-korrekciója elnyelés-korrekciója
Elnyelési Elnyelési térkép térkép izotópforrással izotópforrással 200/pix
500/pix
2000/pix
10000/pix FBP
OSTG Korrigálatlan (szűrt visszavetítés)
Elnyelési térkép
(ordered subsets transmission gradient)
Korrigált (OSEM)
Forrás: M. King et al. Varga J.
SPECT - 2010.
25
Varga J.
26
Varga J.
28
Varga J.
30
Utólagos Utólagos illesztés: illesztés:
Lehetséges Lehetséges transzmissziós transzmissziós képek képek Gamma-forrás áteresztési képe
SPECT - 2010.
röntgen (~30-140 kVp) Eltérő pozicionálás miatt a merevtest-transzformáció pontatlan
• • • •
magas zajszint 15-30’ leképezési idő kis torzítás alacsony kontraszt
• • • • •
zajmentes 1’ leképezési idő torzítás lehet magas kontraszt nagyobb dózis!
Forrás: T. Kuwert, Erlangen
Forrás: P. Kinahan, University of Washington SPECT - 2010.
Varga J.
27
Hibrid Hibrid készülékek készülékek
SPECT - 2010.
Hibrid Hibrid leképezés leképezés 1: 1: CT CT
• PET és CT vagy SPECT és CT egy állványon • Leképezés egymás után, de a beteg változatlan testhelyzetben fekszik
SPECT - 2010.
Varga J.
29
SPECT - 2010.
Együttes Együttes értékelés értékelés szerepe szerepe
Hibrid Hibrid leképezés leképezés 2: 2: Emissziós Emissziós
1. –
Gyorsabban (rövidebb ideig kell fennfeküdni a betegnek)
–
2.
SPECT - 2010.
Varga J.
31
CT !!!
Elnyelés-korrekció
Pontosabban (zajmentesebben)
Anatómiai és funkcionális információ integrálása –
Lokalizálás
–
PET, SPECT fajlagosság javítása
–
CT érzékenység javítása
–
PET, SPECT résztérfogat-hatás korrekciója
SPECT - 2010.
Varga J.
32
Energia-viszonyok Energia-viszonyok
röntgenforrás
Varga J.
SPECT - 2010.
33
gammaforrás
Varga J.
SPECT - 2010.
Elnyelés-korrekció Elnyelés-korrekció
pozitronforrás
34
AA szöveti szöveti elnyelés elnyelés energia-függő 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!)
Tc-99m
Forrás: D.W. Townsend, University of Tennessee Varga J.
SPECT - 2010.
35
Varga J.
SPECT - 2010.
Küszöb-modell Küszöb-modell
36
Vegyes Vegyes modell modell
Forrás: D.W. Townsend, University of Tennessee
Forrás: D.W. Townsend, University of Tennessee Varga J.
SPECT - 2010.
37
Elnyelés-korrekció Elnyelés-korrekció hatása hatása szívizom szívizom SPECT-re SPECT-re
Varga J.
SPECT - 2010.
38
Elnyelés-korrekció Elnyelés-korrekció nélkül: nélkül: szignifikánsan eltérő szignifikánsan eltérő szívizom-vérátáramlás szívizom-vérátáramlás
Elnyelés az emlőben Korrigálatlan
Nők Elnyeléskorrigált
Elnyelés a rekeszizomban Férfiak
Korrigálatlan
Elnyeléskorrigált Grossman GB et al., J Nucl Cardiol 2004;11:263-72. Forrás: Ficaro et al, Circulation 93: 463, 1996. SPECT - 2010.
Varga J.
39
SPECT - 2010.
Varga J.
40
Terheléses Terheléses szívizom-perfúziós szívizom-perfúziós vizsgálatok vizsgálatok értékelése értékelése
Fajlagosság Fajlagosság koszorúér-betegségre: koszorúér-betegségre: testesebb testesebb betegekre betegekre egyre egyre rosszabb rosszabb
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. Varga J.
SPECT - 2010.
Heller GV et al., J Nucl Cardiol 2004;11:273-81. 41
Varga J.
SPECT - 2010.
42
Szórt Szórt sugárzás sugárzás
– csökkentett „effektív” elnyelési együttható a Changkorrekcióhoz – két (Jaszczak) v. több energia-ablak
Az álpozitívak száma csökken!
– beépítés a fokozatos közelítéses rekonstrukcióba
SPECT - 2010.
Varga J.
43
Varga J.
SPECT - 2010.
44
ElnyelésElnyelés- és és szóráskorrekció szóráskorrekció hatása hatása agyi agyi vérátáramlás vérátáramlás SPECT-re SPECT-re
33 energiaablakos energiaablakos szóráskorrekció szóráskorrekció
Stabil Xe CT
I-123 IMP SPECT
Hayashi M. et al, J Nucl Med Technol 2005; 33:224 SPECT - 2010.
Varga J.
45
Hibrid Hibrid leképezés leképezés műtermékei műtermékei
Légzőmozgás
SPECT - 2010. SPECT/CT - 2008. febr.
SPECT - 2010.
Varga J.
46
Varga J.
48
Légzőmozgás Légzőmozgás ??? ???
Levágott látómező Kontrasztanyagok Nyalábkeményedés
Varga J.
47
SPECT - 2010.
KontrasztKontrasztanyagok anyagok
A nehéz magok (I, Ba) CT-vel nagy kontrasztot adnak, de 511 keV-en nem
Módosított Módosított elnyelés-korrekció elnyelés-korrekció javító javító hatása (pl.: PET/CT) hatása (pl.: PET/CT)
Elnyelés-korrekció vonalforrással
HIBA!
Kontrasztanyag-oldat szöveti szorzóval
HIBA! a megnövelt voxelek HU=0-ra SPECT - 2010.
CT-alapú elnyelés-korrekció Varga J.
49
SPECT-CT SPECT-CT minőségellenőrzése minőségellenőrzése Név Gamma-kamera komponens eljárásai Energia-csúcsra állítás Uniformitás-ellenőrzés Felbontás és linearitás Érzékenység SPECT-üzemmód speciális eljárásai Középpont-vándorlás Uniformitás-korrekció Több detektor illeszkedése CT komponens eljárásai CT kalibrálása CT kalibráció ellenőrzése Levegő-kalibrálás Uniformitás Hibrid készülék speciális eljárásai Illeszkedés Elnyelés-korrekció pontossága
SPECT - 2010.
Kellék pontforrás szilárd v. folyadék síkforrás v. pontforrás
CT kalibráció fantom vízzel töltött henger vízzel töltött henger kettős ábrázolódású pontforrások vízzel töltött henger elnyelési fantom Varga J.
51
SPECT - 2010.
Varga J.
50
