Однофотонная эмиссионная компьютерная томография ( SPECT , или реже SPET ) — это метод томографической визуализации в ядерной медицине с использованием гамма-лучей . [1] Он очень похож на обычную планарную визуализацию в ядерной медицине с использованием гамма-камеры (то есть сцинтиграфию ), [2] , но способен предоставлять настоящую трехмерную информацию. Эта информация обычно представлена в виде поперечных срезов через пациента, но может свободно переформатироваться или обрабатываться по мере необходимости.
Методика требует доставки гамма-излучающего радиоизотопа ( радионуклида ) пациенту, обычно посредством инъекции в кровоток. Иногда радиоизотоп представляет собой простой растворимый ион, такой как изотоп галлия (III). Однако обычно маркерный радиоизотоп присоединяется к определенному лиганду для создания радиолиганда , свойства которого связывают его с определенными типами тканей. Этот союз позволяет переносить комбинацию лиганда и радиофармпрепарата и связывать ее с интересующим местом в организме, где концентрация лиганда наблюдается гамма-камерой.
Вместо того, чтобы просто «сделать снимок анатомических структур», сканирование SPECT отслеживает уровень биологической активности в каждом месте анализируемой трехмерной области. Выбросы радионуклида указывают на количество кровотока в капиллярах отображаемых областей. Точно так же, как простой рентгеновский снимок представляет собой двумерное (2-D) изображение трехмерной структуры, изображение, полученное гамма-камерой, представляет собой двумерное изображение трехмерного распределения радионуклида .
Визуализация SPECT выполняется с помощью гамма-камеры для получения нескольких 2-D изображений (также называемых проекциями ) с разных углов. Затем компьютер используется для применения алгоритма томографической реконструкции к нескольким проекциям, что дает набор 3-D данных. Затем этот набор данных можно манипулировать, чтобы показать тонкие срезы вдоль любой выбранной оси тела, аналогичные тем, которые получаются с помощью других томографических методов, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), рентгеновская компьютерная томография (КТ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ).
SPECT похож на PET в использовании радиоактивного трассирующего материала и обнаружении гамма-лучей. В отличие от PET, трассеры, используемые в SPECT, испускают гамма-излучение, которое измеряется напрямую, тогда как трассеры PET испускают позитроны, которые аннигилируют с электронами на расстоянии до нескольких миллиметров, в результате чего два гамма-фотона испускаются в противоположных направлениях. Сканер PET обнаруживает эти выбросы «совпадающими» во времени, что обеспечивает большую информацию о локализации событий излучения и, таким образом, изображения с более высоким пространственным разрешением, чем SPECT (разрешение которого составляет около 1 см). Сканирование SPECT значительно дешевле сканирования PET, отчасти потому, что оно может использовать более долгоживущие и более легкодоступные радиоизотопы, чем PET.
Поскольку получение изображений SPECT очень похоже на получение изображений с помощью планарной гамма-камеры, можно использовать те же радиофармпрепараты . Если пациент обследуется с помощью другого типа сканирования ядерной медицины, но изображения не являются диагностическими, можно сразу перейти к SPECT, переместив пациента в прибор SPECT или даже просто перенастроив камеру для получения изображений SPECT, пока пациент остается на столе.
Для получения изображений SPECT гамма-камера вращается вокруг пациента. Проекции получаются в определенных точках во время вращения, как правило, каждые 3–6 градусов. В большинстве случаев для получения оптимальной реконструкции используется полный поворот на 360 градусов. Время, необходимое для получения каждой проекции, также варьируется, но обычно составляет 15–20 секунд. Это дает общее время сканирования 15–20 минут.
Многоголовочные гамма-камеры могут ускорить получение данных. Например, двухголовочная камера может использоваться с головками, разнесенными на 180 градусов, что позволяет получать две проекции одновременно, причем каждая головка требует поворота на 180 градусов. Также используются трехголовочные камеры с разнесением на 120 градусов.
Получение кардиосинхронизированных данных возможно с помощью SPECT, так же как и с помощью методов планарной визуализации, таких как сканирование с множественным синхронизированным получением данных (MUGA). Запускаемая электрокардиограммой (ЭКГ) для получения дифференциальной информации о сердце в различных частях его цикла, синхронизированная миокардиальная SPECT может использоваться для получения количественной информации о перфузии миокарда, толщине и сократимости миокарда в различных частях сердечного цикла, а также для расчета фракции выброса левого желудочка , ударного объема и сердечного выброса.
ОФЭКТ можно использовать в качестве дополнения к любому исследованию с использованием гамма-визуализации, где может быть полезно истинное трехмерное изображение, например, при визуализации опухолей, инфекций ( лейкоцитов ), щитовидной железы или сцинтиграфии костей .
Поскольку ОФЭКТ обеспечивает точную локализацию в трехмерном пространстве, ее можно использовать для получения информации о локализованной функции внутренних органов, например, для функциональной визуализации сердца или мозга.
Миокардиальная перфузионная визуализация (MPI) — это форма функциональной визуализации сердца, используемая для диагностики ишемической болезни сердца . Основной принцип заключается в том, что в условиях стресса больной миокард получает меньше крови, чем нормальный миокард. MPI — один из нескольких типов кардиологического стресс-теста .
Вводится кардиоспецифический радиофармпрепарат, например, 99m Tc- тетрофосмин (Myoview, GE healthcare), 99m Tc-сестамиби (Cardiolite, Bristol-Myers Squibb) или хлорид таллия-201 . После этого частота сердечных сокращений повышается, чтобы вызвать стресс миокарда, либо с помощью упражнений на беговой дорожке , либо фармакологически с помощью аденозина , добутамина или дипиридамола ( аминофиллин может использоваться для отмены эффектов дипиридамола).
Визуализация SPECT, выполненная после стресса, показывает распределение радиофармпрепарата и, следовательно, относительный кровоток в различных областях миокарда. Диагноз ставится путем сравнения стрессовых изображений с дополнительным набором изображений, полученных в состоянии покоя, которые обычно получаются до стрессовых изображений.
Было показано, что общая точность MPI составляет около 83% ( чувствительность : 85%; специфичность : 72%) (в обзоре, не ограничивающемся SPECT MPI) [3] и сопоставима (или превосходит) с другими неинвазивными тестами на ишемическую болезнь сердца.
Обычно гамма-излучающий индикатор, используемый в функциональной визуализации мозга, — это технеций (99mTc) экзаметазим . 99m Tc — это метастабильный ядерный изомер , который испускает гамма-лучи, обнаруживаемые гамма-камерой. Присоединение его к экзаметазиму позволяет ему поглощаться мозговой тканью пропорционально мозговому кровотоку, что в свою очередь позволяет оценивать мозговой кровоток с помощью ядерной гамма-камеры.
Поскольку кровоток в мозге тесно связан с локальным метаболизмом мозга и использованием энергии, трассер 99m Tc-exametazime (а также аналогичный трассер 99m Tc-EC) используется для оценки метаболизма мозга на региональном уровне, в попытке диагностировать и дифференцировать различные причинные патологии деменции . Метаанализ многих опубликованных исследований показывает, что SPECT с этим трассером имеет около 74% чувствительности при диагностике болезни Альцгеймера по сравнению с 81% чувствительности при клиническом обследовании ( когнитивное тестирование и т. д.). Более поздние исследования показали, что точность SPECT в диагностике болезни Альцгеймера может достигать 88%. [4] В метаанализе SPECT превзошла клиническое обследование и клинические критерии (91% против 70%) в способности дифференцировать болезнь Альцгеймера от сосудистой деменции. [5] Эта последняя способность относится к визуализации SPECT локального метаболизма мозга, в которой очаговая потеря коркового метаболизма, наблюдаемая при множественных инсультах, явно отличается от более равномерной или «плавной» потери не затылочной корковой функции мозга, типичной для болезни Альцгеймера. Другая недавняя обзорная статья показала, что многоголовые камеры SPECT с количественным анализом дают общую чувствительность 84-89% и общую специфичность 83-89% в поперечных исследованиях и чувствительность 82-96% и специфичность 83-89% для продольных исследований деменции. [6]
Сканирование SPECT с 99m Tc-эксаметазимом конкурирует с сканированием ПЭТ с флудезоксиглюкозой (ФДГ) мозга, которое позволяет оценить региональный метаболизм глюкозы в мозге, чтобы предоставить очень похожую информацию о локальном повреждении мозга от многих процессов. SPECT более широкодоступно, поскольку используемый радиоизотоп более долговечен и гораздо менее дорог в SPECT, а оборудование для гамма-сканирования также менее дорого. В то время как 99m Tc извлекается из относительно простых генераторов технеция-99m , которые еженедельно доставляются в больницы и центры сканирования для поставки свежего радиоизотопа, ПЭТ с ФДГ использует ФДГ, который производится в дорогом медицинском циклотроне и «горячей лаборатории» (автоматизированной химической лаборатории для производства радиофармацевтических препаратов), а затем немедленно доставляется в места сканирования из-за естественного короткого периода полураспада фтора-18 , составляющего 110 минут .
В секторе ядерной энергетики метод SPECT может применяться для визуализации распределения радиоизотопов в облученном ядерном топливе. [7] Из-за облучения ядерного топлива (например, урана) нейтронами в ядерном реакторе в топливе естественным образом образуется широкий спектр гамма-излучающих радионуклидов, таких как продукты деления ( цезий-137 , барий-140 и европий-154 ) и продукты активации ( хром-51 и кобальт-58 ). Их можно визуализировать с помощью SPECT для проверки наличия топливных стержней в хранящейся топливной сборке в целях гарантий МАГАТЭ , [8] для проверки прогнозов кодов моделирования активной зоны, [9] или для изучения поведения ядерного топлива при нормальной эксплуатации, [10] или в сценариях аварий. [11]
Реконструированные изображения обычно имеют разрешение 64×64 или 128×128 пикселей, при этом размер пикселя варьируется от 3 до 6 мм. Количество полученных проекций выбирается примерно равным ширине полученных изображений. В целом, полученные реконструированные изображения будут иметь более низкое разрешение, повышенный уровень шума, чем плоские изображения, и будут подвержены артефактам .
Сканирование занимает много времени, и важно, чтобы во время сканирования пациент не двигался. Движение может привести к значительному ухудшению реконструированных изображений, хотя методы реконструкции с компенсацией движения могут помочь в этом. Крайне неравномерное распределение радиофармпрепарата также может вызывать артефакты. Очень интенсивная область активности (например, мочевой пузырь) может вызвать обширные полосы на изображениях и затемнить соседние области активности. Это ограничение алгоритма реконструкции с фильтрованной обратной проекцией . Итеративная реконструкция — это альтернативный алгоритм, который становится все более важным, поскольку он менее чувствителен к артефактам и также может корректировать затухание и размытость, зависящую от глубины. Кроме того, итеративные алгоритмы можно сделать более эффективными с помощью методологии Superiorization . [12]
Ослабление гамма-лучей внутри пациента может привести к значительной недооценке активности в глубоких тканях по сравнению с поверхностными тканями. Приблизительная коррекция возможна на основе относительного положения активности, а оптимальная коррекция достигается с помощью измеренных значений ослабления. Современное оборудование SPECT доступно со встроенным рентгеновским КТ-сканером. Поскольку рентгеновские КТ-снимки представляют собой карту ослабления тканей, эти данные могут быть включены в реконструкцию SPECT для коррекции ослабления. Он также обеспечивает точно зарегистрированное КТ-изображение, которое может предоставить дополнительную анатомическую информацию.
Рассеивание гамма-лучей, а также случайная природа гамма-лучей также могут привести к ухудшению качества изображений SPECT и вызвать потерю разрешения. Коррекция рассеяния и восстановление разрешения также применяются для улучшения разрешения изображений SPECT. [13]
В некоторых случаях гамма-сканер SPECT может быть построен для работы с обычным КТ-сканером с совместной регистрацией изображений. Как и в ПЭТ/КТ , это позволяет локализовать опухоли или ткани, которые можно увидеть на сцинтиграфии SPECT, но которые трудно локализовать точно относительно других анатомических структур. Такие сканирования наиболее полезны для тканей за пределами мозга, где расположение тканей может быть гораздо более изменчивым. Например, SPECT/CT может использоваться в приложениях сканирования паращитовидных желез сестамиби , где эта техника полезна для локализации эктопических аденом паращитовидных желез, которые могут не находиться в своих обычных местах в щитовидной железе. [14]
Общую эффективность систем SPECT можно оценить с помощью инструментов контроля качества, таких как фантом Ящака . [15]
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )