Transcript SPECT (single photon emission computed tomography) +

SPECT
(SINGLE PHOTON EMISSION
TOMOGRAPHY)
COMPUTED
+
BILDREKONSTRUKTION FÖR SPECT
(FILTERED BACK PROJECTION, ITERATIVA
METODER)
Tobias Johansson, kursdeltagare
Medicinska bilder (HL1002), KTH STH
ÖVERBLICK, ENFOTONSTOMOGRAFI
(SPECT)

Radioaktivt läkemedel injiceras innan undersökning

Emitterar gammastrålning
Registrerade gammafotoner indikerar biologisk
aktivitet
 Insamlad data  tomografiska skikt
 Låg spatial upplösning, upp till 256 × 256 pixlar
 Prioriterad förmåga att upptäcka kontrastskillnader

SPECT-system från GE Healtcare.
Blodflödesmätning.
RADIONUKLIDER (SPECT)
Läkemedel: Radionuklid bunden till en förening
 Organ vi vill avbilda upptar föreningen



 Lägre stråldos behövs
Vanligast nukliden: teknetium-99m (99mTc)
 99mTc
 99Tc + γ [141 keV]
 Halveringstid 6 timmar
 Anses ge en låg stråldos
 Stråldos vid undersökning av sköldkörtel c:a 10 mGy

Strålningen från läkemedlen anses säkra för alla
utom kvinnor som är gravida eller ammar
TEKNETIUMGENERATOR (SPECT)
Läkemedlet aktiveras omedelbart före
användning
 Den fysiologiska koksaltlösningen drivs genom
en jonbytarkolon med molybden-99 (99Mo) 
avlägsnar 99mTc

Teknetiumgenerator.
KLINISK TILLÄMPNING (SPECT)

Parametrar som påverkar bildkvaliteten och anpassas
till olika undersökningar är stråldos och antalet
projektioner



Högre stråldos och fler projektioner ger bättre bildkvalitet
Radionukliderna binds till en förening  läkemedlet
främjas att binda i kroppen till vad som är utav
intresse vid undersökningen, till exempel tumörer
Mäter nivån av biologisk aktivitet

 Tumöravbildning, se infektion (vita blodkroppar),
sköldkörtelavbildning, skelettscintigrafi, diagnostisera
hjärtproblem och utföra funktionell hjärnavbildning
BILDER (SPECT)
SPECT/CT ryggradsmetastaser.
Hjärtinfarkt.
GAMMAKAMERAN (SPECT)

Består av






Kollimator
Scintillationskristall
Fotomultiplikator
Positioneringskretsar
Pulshöjdsanalysator
Dator
Kollimatorn är en 25 till 50 cm
Gammakamera.
tjock blyplatta med tusentals hål
 Pulshöjdsanalysatorn stänger ut pulser som inte
motsvarar emitterad fotonenergi (99mTc 140 keV)


 Störning från comptonspridning elimineras
DATAINSAMLING (SPECT)

Gammakamerasystem roterar runt patienten
180° eller 360°
 Tar 20 – 60 minuter

Projektioner erhålls från 60 – 120 vinklar
 System med dubbla
kameror erhåller
bilder 50 % snabbare
och med högre
bildkvalitet

Geometri för SPECT-system.
BILDREKONSTRUKTION (SPECT)
När rotationen är klar
återskapas skikten separat,
skikt för skikt
 Figur

𝑓 𝑥, 𝑦 skikt av kroppen
 𝐵 och 𝑆 gammstrålning
 𝑝 𝑟, 𝜃 projektionens amplitud


Kollimator med parallella hål
Projektion utav skikt.
och bortseende av dämpning

Enhetsimpulsfunktionen betecknad 𝛿

𝑝 𝑟, 𝜃 =

Vi vill lösa ut 𝑓 𝑥, 𝑦
∞ ∞
𝑓
−∞ −∞
𝑥, 𝑦 𝛿 𝑥 cos 𝜃 + 𝑦 sin 𝜃 − 𝑟 𝑑𝑥𝑑𝑦
ÅTERPROJEKTION (SPECT)

Återprojekterade bilden för
varje kameravinkel 𝜃 ges av


𝑏𝜃 𝑥, 𝑦 =
𝑝 𝑥 cos 𝜃 + 𝑦 sin 𝜃 , 𝜃
Bilder från 180° rotation
ger skikt-rekonstruktionen
180°
𝑏𝜃
0°

𝑓𝑏 𝑥, 𝑦 =

Men 𝑓𝑏 𝑥, 𝑦 ≠ 𝑓 𝑥, 𝑦
Återprojektion.
𝑥, 𝑦 𝑑𝜃
Projektion utav skikt.
FILTRERAD ÅTERPROJEKTION (SPECT)
𝑏𝜃 𝑥, 𝑦 återprojicerad bild för varje
kameravinkel 𝜃
 𝑓(𝑥,𝑦) skikt av kroppen
 𝜌 rampfilter (högpassfilter)


Exakt avbildning kräver att 𝑏𝜃 𝑥, 𝑦 filtreras med
ett rampfilter före återprojektion

𝑓 𝑥, 𝑦 =
180°
0°
ℱ −1 𝜌 ℱ 𝑏𝜃 𝑥, 𝑦
Filtrerad återprojektion.
𝑑𝜃
JÄMFÖRELSE (SPECT)

Suddig avbildning: 𝑓𝑏 𝑥, 𝑦 =
Återprojektion.

Exakt avbildning: 𝑓 𝑥, 𝑦 =
180°
−1 𝜌 ℱ 𝑏 𝑥, 𝑦
ℱ
𝑑𝜃
𝜃
0°
Filtrerad återprojektion.
180°
𝑏𝜃
0°
𝑥, 𝑦 𝑑𝜃
VERKLIGHETEN (SPECT)

I praktiken har vi dämpning, störningar och ett
begränsat antal projektioner (inte integrering,
summering)

 Anpassade filter och bildkorrigering
Anpassade filter.
ITERATIVA METODER (SPECT)
Förenklad princip: Hitta värden i figuren för
bilden med de fyra pixlarna 𝑓1 , 𝑓2 , 𝑓3 och 𝑓4 som
överensstämmer med uppmätta projektioner
 Metoder för att
förbättra den
uppskattade
bilden (F)

Jämföra närliggande pixlar
i samma och närliggande skikt
 Jämföra med
filtrerad återprojektion

Iterativa algoritmer.
ITERATIVA METODER, FÖRDELAR (SPECT)

Kan kompensera för
Den slumpmässiga naturen av radioaktivt sönderfall
 Vävnadsdämpning
 Andra störningar

 Bättre bildkvalitet än filtrerad återprojektion
 På utvecklingssidan förväntas kraftfullare algoritmer i
framtiden kunna förbättra bildrekonstruktionen ännu
mer

BILDKVALITET, FAKTORER (SPECT)

Spatial (rumslig) upplösning
Beror på kollimatorns och gammakamerans upplösning
 Avvägning mellan upplösning och sensitivitet



Dämpning


Sensitivitet prioriteras
Iterativa metoder kan här bättre än för filtrerad
bakåtprojektion korrigera för dämpningen
Signal-brusförhållandet (SNR) ökar med intensiteten
av gammafotoner d.v.s. med ökad radioaktivitet

Brus uppkommer från den slumpmässiga naturen av
radioaktivt sönderfall

Detta kan bara korrigeras med iterativa metoder
EKONOMISKA ASPEKTER (SPECT)

Identifierade ekonomiska övervägningar som bör
göras vid inköp

Inköpskostnad, tidsåtgång per patient, bildkvalitet
och jämförelse med konkurerande tekniker
Anskaffningskostnad c:a 5 – 6 mnkr
 Främsta konkurerande tekniker


Positronemissiontomografi (PET) samt
hybridteknikerna PET/CT och SPECT/CT
DISKUSSION, ENFOTONSTOMOGRAFI (SPECT)

Radioaktivt läkemedel injiceras innan undersökning

Emitterar gammastrålning
Registrerade gammafotoner indikerar biologisk
aktivitet
 Insamlad data  tomografiska skikt
 Låg spatial upplösning, upp till 256 × 256 pixlar
 Prioriterad förmåga att upptäcka kontrastskillnader

SPECT-system från GE Healtcare.
Blodflödesmätning.