Jednofotonová emisní výpočetní tomografie

Jednofotonová emisní počítačová tomografie (SPECT, nebo méně často SPET) je tomografická zobrazovací technika nukleární medicíny využívající gama záření. Je velmi podobná konvenčnímu planárnímu zobrazování nukleární medicíny využívajícímu gama kameru. Je však schopna poskytnout pravdivé 3D informace. Tyto informace jsou obvykle prezentovány jako průřezové řezy pacientem, ale mohou být podle potřeby volně přeformátovány nebo manipulovány.

Základní technika vyžaduje vstříknutí radioizotopu emitujícího gama záření (také nazývaného radionuklid) do krevní páry pacienta. Občas je radioizotopem jednoduchý rozpustný rozpuštěný iont, jako je radioizotop galia(III), který má shodou okolností také chemické vlastnosti, které umožňují jeho koncentraci způsobem medicínského zájmu pro detekci onemocnění. Většinu času ve SPECT je však markerový radioizotop, který je zajímavý pouze pro své radioaktivní vlastnosti, navázán na speciální radioligand, který je zajímavý pro své chemické vazebné vlastnosti na určité typy tkání. Toto spojení umožňuje přenést kombinaci ligandu a radioizotopu (radiofarmaka) a navázat ji na místo zájmu v těle, což pak (díky gama-emisi izotopu) umožňuje sledovat koncentraci ligandu gama kamerou.

Plicní SPECT / CT fúzní snímek

Stejně jako je obyčejný rentgen 2-rozměrným (2-D) pohledem na 3-rozměrnou strukturu, obraz získaný gama kamerou je 2-D pohledem na 3-D distribuci radionuklidu.

SPECT zobrazování se provádí pomocí gama kamery pro získání více 2-D snímků (také nazývaných projekce), z více úhlů. Počítač je pak použit k aplikaci tomografického rekonstrukčního algoritmu na více projekcí, čímž se získá 3-D datový soubor. Tento datový soubor pak může být manipulován tak, aby ukazoval tenké řezy podél libovolné zvolené osy těla, podobné těm, které byly získány z jiných tomografických technik, jako je MRI, CT a PET.

SPECT se podobá PET v používání radioaktivního stopovacího materiálu a detekci gama záření. Na rozdíl od PET však stopovací látka používaná ve SPECT vyzařuje gama záření, které se měří přímo, zatímco PET stopovací látka vyzařuje pozitrony, které anihilují elektrony až do vzdálenosti několika milimetrů, což způsobuje, že dva gama fotony jsou vyzařovány opačným směrem. PET skener detekuje tyto emise „shodné“ v čase, což poskytuje více informací o lokalizaci radiačních událostí, a tedy snímků s vyšším rozlišením než SPECT (který má rozlišení asi 1 cm). SPECT skeny jsou však výrazně levnější než PET skeny, částečně proto, že jsou schopny používat radioizotopy s delší životností, které lze získat snadněji než PET.

Vzhledem k tomu, že SPECT akvizice je velmi podobná planárnímu zobrazování gama kamerou, mohou být použita stejná radiofarmaka. Pokud je pacient vyšetřen v jiném typu skenu nukleární medicíny, ale snímky nejsou diagnostické, může být možné přejít přímo na SPECT přemístěním pacienta na SPECT přístroj, nebo dokonce jednoduše rekonfigurovat kameru pro SPECT akvizici obrazu, zatímco pacient zůstává na stole.

Pro získání snímků SPECT se gama kamera otáčí kolem pacienta. Projekce se získávají v definovaných bodech během rotace, typicky každé 3-6 stupňů. Ve většině případů se k dosažení optimální rekonstrukce používá otočení o celých 360 stupňů. Čas potřebný k získání každé projekce je také proměnlivý, ale typických je 15-20 sekund. To dává celkovou dobu snímání 15-20 minut.

Vícehlavé gama kamery mohou zajistit zrychlenou akvizici. Například dvouhlavá kamera může být použita s hlavami rozmístěnými 180 stupňů od sebe, což umožňuje pořídit 2 projekce současně, přičemž každá hlava vyžaduje otočení o 180 stupňů. Používají se také trojhlavé kamery s rozestupem 120 stupňů.

Akvizice řízené srdeční bránou jsou možné pomocí SPECT, stejně jako u planárních zobrazovacích technik, jako je MUGA. Spuštěný elektrokardiogramem (EKG) k získání diferenciálních informací o srdci v různých částech jeho cyklu, řízený myokardiální SPECT může být použit k získání kvantitativních informací o myokardiální perfuzi, tloušťce a kontraktilitě myokardu během různých částí srdečního cyklu; a také k umožnění výpočtu ejekční frakce levé komory, objemu cévní mozkové příhody a srdečního výdeje.

HMPAO brain 3D SPECT pro neuropsychiatrickou diagnostiku

HMPAO Brain 3D SPECT pro neuropsychiatrickou diagnostiku byl průkopníkem Dr. Daniel Amen Ve 3D SPECT obrazu jsou 2D řezy zkombinovány do trojrozměrného pohledu na mozek. Existuje „pohled na povrch“, který ukazuje kortikální povrchy a „aktivní pohled“, který ukazuje aktivitu hluboko v mozku. HMPAO (exametazime) je radiolokátor používaný Dr. Amenem v jeho desítkách tisíc skenů.

Dr. Amen prokázal užitečnost mozkového HMAPO 3D SPECT skenu v neuropsychiatrické diagnostice a léčbě. Anekdotačně popsal skeny široké škály psychopatologií. Rovněž publikoval studie o SPECT skenech používaných při léčbě ADHD.

SPECT může být použit jako doplněk k jakékoliv studii zobrazování gama, kde může být užitečné pravdivé 3D zobrazení. Např. zobrazování nádoru, infekce (leukocytů), zobrazování štítné žlázy nebo zobrazování kostí.

Vzhledem k tomu, že SPECT umožňuje přesnou lokalizaci ve 3D prostoru, může být použit k poskytování informací o lokalizovaných funkcích ve vnitřních orgánech, jako je funkční zobrazování srdce nebo mozku.

Perfuzní zobrazování myokardu

Perfuzní zobrazování myokardu (Myocardial perfusion imaging, MPI) je forma funkčního zobrazování srdce, používaná pro diagnostiku ischemické choroby srdeční. Základním principem je, že v podmínkách stresu, nemocný myokardium dostává menší průtok krve než normální myokardium. MPI je jedním z několika typů srdečních zátěžových testů.

Podává se radiofarmakum specifické pro srdce. Např. 99mTc-tetrofosmin (Myoview, GE healthcare), 99mTc-sestamibi (Cardiolite, Bristol-Myers Squibb). Následně je zvýšena tepová frekvence za účelem vyvolání stresu myokardu, a to buď cvičením, nebo farmakologicky pomocí adenosinu, dobutaminu nebo dipyridamolu (aminofylin lze použít ke zvrácení účinků dipyridamolu).

Bylo prokázáno, že MPI má celkovou přesnost okolo 83% (citlivost: 85%; specificita: 72%), a je srovnatelná (nebo lepší než) s jinými neinvazivními testy na ischemickou chorobu srdeční, včetně

Obvykle se při funkčním zobrazování mozku používá indikátor vyzařující gama záření 99mTc-HMPAO (hexamethylpropylen aminoxim). 99mTc je metastabilní nukleární izomer, který vyzařuje gama záření, které lze detekovat gama kamerou. Když je připojen k HMPAO, umožňuje to vychytávat 99mTc mozkovou tkání způsobem úměrným průtoku krve mozkem, což zase umožňuje vyhodnocovat průtok krve mozkem pomocí nukleární gama kamery.

Protože průtok krve mozkem je úzce spjat s lokálním metabolismem mozku a využíváním energie, používá se ke zhodnocení metabolismu mozku regionálně stopovací látka 99mTc-HMPAO (stejně jako podobná stopovací látka 99mTc-EC) ve snaze diagnostikovat a diferencovat různé kauzální patologie demence. Metaanalýza mnoha hlášených studií naznačuje, že SPECT s touto stopovací látkou je při diagnostice Alzheimerovy choroby přibližně 74% citlivý oproti 81% citlivosti pro klinické vyšetření (mentální vyšetření atd.). Novější studie ukazují přesnost SPECT v diagnostice Alzheimerovy choroby až na 88%. V metaanalýze byl SPECT lepší než klinické vyšetření a klinická kritéria (91% oproti 70%) ve schopnosti odlišit Alzheimerovu chorobu od vaskulárních demencí. Tato posledně uvedená schopnost souvisí se SPECT zobrazováním lokálního metabolismu mozku, ve kterém se nerovnoměrná ztráta kortikálního metabolismu pozorovaná při mnohočetných cévních mozkových příhodách zřetelně liší od rovnoměrnější nebo „hladší“ ztráty nekapitální kortikální mozkové funkce typické pro Alzheimerovu chorobu.

99mTc-HMPAO SPECT skenování konkuruje fludeoxyglukózovému (FDG) PET skenování mozku, které pracuje na vyhodnocení regionálního metabolismu glukózy v mozku, a poskytuje tak velmi podobné informace o lokálním poškození mozku z mnoha procesů. SPECT je však dostupnější ze základního důvodu, že technologie generování radioizotopů je ve SPECT dlouhodobější a mnohem levnější a zařízení pro gama skenování je také levnější. Důvodem je, že 99mTc je extrahován z relativně jednoduchých generátorů technecia-99m, které jsou každý týden dodávány do nemocnic a skenovacích center pro zásobování čerstvým radioizotopem, zatímco FDG PET spoléhá na FDG, který musí být vyroben v drahém lékařském cyklotronu a „hot-labu“ (automatizovaná chemická laboratoř pro výrobu radiofarmak), pak musí být dodáván přímo na skenovací místa, přičemž porodní frakce pro každou cestu je znevýhodněna přirozeným krátkým 110minutovým poločasem.

Rekonstruované snímky mají obvykle rozlišení 64×64 nebo 128×128 pixelů, přičemž velikost pixelů se pohybuje od 3 do 6 mm. Počet získaných projekcí se volí tak, aby se přibližně rovnal šířce výsledných snímků. Obecně platí, že výsledné rekonstruované snímky budou mít nižší rozlišení, budou mít vyšší šum než rovinné snímky a budou citlivé na artefakty.

Snímání je časově náročné a je nezbytné, aby během snímání nedocházelo k žádnému pohybu pacienta. Pohyb může způsobit významnou degradaci rekonstruovaných snímků, i když s tím mohou pomoci techniky rekonstrukce kompenzace pohybu. Velmi nerovnoměrné rozložení radiofarmaka má také potenciál způsobit artefakty. Velmi intenzivní oblast aktivity (např. močový měchýř) může způsobit rozsáhlé proužkování snímků a zastřít sousední oblasti aktivity. (Jedná se o omezení algoritmu rekonstrukce filtrované zpětné projekce. Iterativní rekonstrukce je alternativní algoritmus, který nabývá na významu, protože je méně citlivý na artefakty a může také korigovat útlum a na hloubce závislé rozmazání).

Útlum gama záření uvnitř pacienta může vést k výraznému podcenění aktivity v hlubokých tkáních ve srovnání s povrchovými tkáněmi. Přibližná korekce je možná na základě relativní pozice aktivity. Optimální korekce je však dosaženo naměřenými hodnotami útlumu. Moderní vybavení SPECT je k dispozici s integrovaným rentgenovým CT skenerem. Vzhledem k tomu, že rentgenové CT snímky jsou mapou útlumu tkání, mohou být tato data zapracována do rekonstrukce SPECT pro korekci útlumu. Poskytuje také přesně registrovaný CT snímek, který může poskytnout další anatomické informace.

Typické akviziční protokoly SPECT