הדמיית SPECT ו- CT משולבת כדי להמחיש את תפקוד הלב
מקור: אלישה ג'י ברמן, ג'יימס א. שאקר וקרייג ג'יי גורגן, בית הספר להנדסה ביו-רפואית של ולדון, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, אינדיאנה
כאן נדגים את היסוד…
1. בהקמה של Vivo
- פתח את תוכנת ההדמיה.
- כדי להגדיר את חלק ה- CT של הסריקה, אפשר לצינור הרנטגן להתחמם על-ידי בחירת האפשרות בתוכנה. המערכת תתחיל לחמם את הצינור.
- תעשה את העכבר. כדי להבטיח שהעכבר מחוסר הכרה, הרחב רגל אחת וצבט את כף הרגל של החיה. אם העכבר אינו מייצר רפלקס גמילה, החיה היא מספיק מרדים.
- הזרק לעכבר תוך ורידי את הרדיונוקליד. רדיונוקליד SPECT נפוץ הוא Technetium99m (99mTc), בין היתר בשל מחצית חייו. עם זאת, ישנם גם רדיונוקלידים זמינים רבים אחרים שניתן להשתמש בהם, כולל יוד-123(123I) ו- Indium-111(111אינץ ').
- המתין. הרדיונוקליד ייקח זמן להפיץ דרך מחזור הדם ולהתחיל להירקב. משך הזמן הנדרש תלוי ברדיונוקליד המשמש וביישום ההדמיה. עבור יישומי לב, סריקות יכולות להתחיל כמעט מיד, ואילו עבור גידולים, זמן ההמתנה עשוי להיות מספר שעות עד ימים. בהתאם לתזמון ההדמיה, העכבר יכול להישאר מרדים למשך כל ההליך או להתעורר ולאחר מכן להיות מחדש מרדים כאשר הוא מוכן להדמיה.
- מקם את העכבר במיטת העכבר הממוקמת בשלב SPECT/CT. המיטה צריכה להיות מצוידת בצינור לגז הרדמה, תנור חימום ואמצעי לניטור אק"ג ונשימה. במהלך ההדמיה, המפעיל לא יוכל להתבונן בעכבר ישירות, ולכן יש צורך באמצעים חלופיים לניטור פרמטרים פיזיולוגיים במהלך ההדמיה (כלומר, קצב הלב והנשימה) יש צורך.
2. הדמיית SPECT/CT
- הזז את המיטה (המכילה את העכבר) בתוך הקולימטור.
- השג תמונה צירית אחת של העכבר. באמצעות תמונת פיילוט זו, הגדר אזור עניין עבור סריקה משנית.
- הגדר את ההגדרות עבור SPECT כולל מספר התמונות שנאספו, הזמן לתמונה, מצב הסריקה (נתיב סיבוב גלאי) ומצב השלב לשיפור דיוק התמונה או מהירות ההדמיה המוגברת.
- כדי להגדיר את חלק ה- CT של הסריקה, אפשר לצינור הרנטגן להתחמם על-ידי בחירת האפשרות בתוכנה. המערכת תתחיל לחמם את הצינור.
- הגדר את ההגדרה עבור CT, כגון זרם הצינור והמתח, זווית הסיבוב, מהירות הסריקה ומספר התמונות שצולמו בכל זווית סיבוב.
- התחל ברכישת נתונים. משך הזמן הנדרש להשלמת הסריקה יהיה תלוי בפרמטרי הסריקה שנבחרו, אך אורךו בדרך כלל הוא 30-60 דקות.
- הסר את המיטה מהקולימטור.
- הסר את העכבר מהמיטה והמשיך לפקח על העכבר עד שהוא מודע ומסוגל לנוע כרגיל.
3. שחזור ספק/CT
- השחזור מתבצע בדרך כלל באמצעות תוכנה מובנית. ניתן לשחזר בנפרד את נתוני ה- CT ואת נתוני SPECT ולאחר מכן לשלבם באמצעות רישום פנימי.
ניתן להשתמש בסריקת SPECT-CT משולבת כדי לספק בו זמנית מידע אנטומי ותפקודי על איבר מסוים מעניין.
טומוגרפיה ממוחשבת של פליטת פוטון בודד, או הדמיית SPECT, מודדת ישירות את הקרינה ממין רדיואקטיבי המוזרק תוך ורידי באמצעות מצלמת גמא. זה מאפשר הדמיה לא פולשנית של פעילות ביולוגית ולא רק תמונת מצב של האיבר.
בשילוב עם טומוגרפיה ממוחשבת או CT, הדמיית SPECT-CT מספקת הן נתונים מטבוליים והן מידע אנטומי שיכול להיות שימושי עבור מגוון רחב של יישומים.
סרטון זה ימחיש את העקרונות הבסיסיים של הדמיית SPECT-CT משולבת ויספק סקירה קצרה של האופן שבו תמונות SPECT-CT נרכשות, משוחזרות ומנותחות.
הדמיית SPECT-CT משתמשת בשתי שיטות הדמיה נפרדות, SPECT ו-CT, כדי לשלב הן הערכה תפקודית והן מידע אנטומי כדי לשפר את יכולת האבחון הכוללת.
ב-CT נאספות תמונות רנטגן דו-ממדיות מרובות כדי ליצור מודל תלת-ממדי של האנטומיה של המטופל או החיה. במהלך הדמיית CT, קרני רנטגן נפלטות ממקור. כאשר קרני רנטגן עוברות דרך המטופל, חלק מקרני הרנטגן נספגות, והשאר עוברות דרך המטופל. באופן כללי, חומרים בצפיפות גבוהה יותר, כמו עצם, סופגים יותר קרני רנטגן מאשר חומרים בצפיפות נמוכה יותר כמו רקמות רכות.
קרני הרנטגן הנותרות, שאינן נספגות, נאספות על ידי גלאי המוצב בצד השני של המטופל הקובע את עוצמת קרני הרנטגן הלא נספגות ביחידות הונספילד. זה יוצר תמונה דו-ממדית הנקראת פרוסה. לאחר מכן מקור קרני הרנטגן והגלאי מסובבים סביב המטופל כדי לרכוש אוסף של פרוסות דו-ממדיות. לאחר מכן הפרוסות נבנות מחדש ליצירת דגם תלת-ממדי.
בדומה להדמיית CT, SPECT היא טכניקת הדמיה גרעינית הרוכשת פליטת קרינה מעוקב רדיואקטיבי המוזרק למטופל. העוקב המוזרק דועך עם הזמן, ופולט קרני גמא המצולמות על ידי מצלמת גמא ליצירת תמונה דו-ממדית. בדומה ל-CT, מצלמת הגמא אוספת תמונות דו-ממדיות במיקומים שונים כדי ליצור פרוסה, אותה ניתן לשחזר למודל תלת מימד.
במחקר זה, אנו מראים הדמיית SPECT-CT של עכבר. תמונות ה-CT וה-SPECT המשוחזרות של העכבר מונחות על גבי כדי ליצור תמונה המציגה הערכות אנטומיות ותפקודיות כאחד, כפי שמוצג על ידי ה-SPECTRACE הצבעוני וסריקת ה-CT בגווני אפור.
כעת, לאחר שסקרנו את העקרונות הבסיסיים של הדמיית SPECT-CT, הבה נסתכל כעת על הפרוטוקול.
ראשית, פתח את תוכנת המערכת. לאחר מכן, הגדר את חלק ה-CT של הסריקה כדי לאפשר לצינור הרנטגן להתחמם על ידי בחירה באפשרות בתוכנה. המערכת תתחיל לחמם את הצינור.
הנח את העכבר בתא אינדוקציה להרדמה והרדים את החיה באמצעות איזופלורן. לאחר מכן, העבירו את העכבר למשטח ספסל המצויד בקונוס אף. לאחר מכן, ודא שהעכבר מחוסר הכרה באמצעות טכניקת צביטת הבוהן. לאחר מכן הזריק לעכבר המרדים את הרדיונוקליד טכנציום-99m. המתן עד שהרדיונוקליד יתפזר בזרם הדם ויתחיל להתפרק. ניתן להתחיל סריקות כמעט מיד עבור יישומים קרדיולוגיים, בעוד שזמן ההמתנה להדמיית גידולים עשוי להיות מספר שעות עד ימים.
לאחר מכן, הנח את העכבר על מיטת הבמה SPECT-CT המצוידת בחיישני א.ק.ג וניטור נשימה. אבטח את חרוט האף והתחל את זרימת חומר ההרדמה. הפעל את מחמם מיטת העכבר ועקוב אחר הפרמטרים הפיזיולוגיים של העכבר באמצעות החיישנים והמצלמה הפנימית של המכשיר.
לאחר מכן, החלק את מיטת העכבר בתוך הקולימטור. לאחר מכן, רכוש תמונה צירית אחת של העכבר כהתייחסות לקביעת מיקום בעל החיים כפי שהוא שוכן במהלך סריקת SPECT. השתמש בזה כתמונת ייחוס, הגדר אזור עניין לסריקת SPECT פיילוט. סריקת פיילוט זו תעזור למשתמש להגדיר את ההגדרות לסריקת ה-SPECT הניסיונית, כולל מספר התמונות שנאספו, הזמן לתמונה, מצב הסריקה או נתיב סיבוב הגלאי, ומצב הצעד לשיפור דיוק התמונה או מהירות הדמיה מוגברת.
לאחר מכן, הגדר את הפרמטרים לסריקת ה-CT כגון זרם הצינור והמתח, זווית הסיבוב, מהירות הסריקה ומספר התמונות שצולמו בכל זווית סיבוב. לבסוף, התחל ברכישת נתונים על ידי לחיצה על כפתור התחל רכישה. משך הסריקה תלוי בפרמטרים של הסריקה, אך אורכו בדרך כלל 30 עד 60 דקות.
לאחר השלמת הסריקה, הסר את המיטה מהקולימטור והסר את העכבר מהמיטה. עקוב אחר העכבר עד שהוא בהכרה ויכול לנוע כרגיל. כעת ניתן לשחזר את תמונות ה-SPECT וה-CT שנאספו בנפרד ולשלב אותן מאוחר יותר באמצעות תוכנה מובנית.
הבה נסקור כעת את תוצאות הדמיית SPECT-CT.
איור זה מציג סריקת SPECT-CT משולבת מייצגת המתקבלת באמצעות עוקב בסיס טכנציום-99m בעכבר. סריקת ה-SPECT-CT המשולבת מציגה את נתוני ה-SPECT בגוונים של צהוב עד כתום באיור המונח על נתוני ה-CT המוצגים בגוונים של אפור.
בתוך נתוני ה-SPECT, מידת הפעילות הפיזיולוגית מודגמת על ידי עוצמת הצבע. לפיכך, האזורים הצהובים מראים פעילות רבה יותר מאשר האזורים הכתומים.
כעת הבה נבחן כיצד משתמשים בטכניקות רפואה גרעינית כדי להשיג נתוני הדמיה מדויקים יותר לאבחון רפואי משופר.
בבדיקת סרטן, נעשה שימוש בעוקב רדיואקטיבי כדי למקד באופן סלקטיבי לקולטן ספציפי על פני התא שנמצא בגידולים. קליטת העוקב הרדיואקטיבי בתמונת SPECT-CT מצביעה על נוכחות של גידול.
PET-MRI משולב היא טכניקת הדמיה היברידית נוספת המשמשת לאבחון מחלות ולניטור הטיפול מכיוון שהיא מספקת ניגודיות גבוהה של רקמות רכות ומידע מטבולי. אזורים בעלי ניגודיות גבוהה מצביעים על קליטה של העוקב המסומן ברדיו ויכולים להצביע על גרורות בבדיקת סרטן. תמונות PET ו-MRI ממוזגות אלה מראות גרורות ריאתיות היפר-מטבוליות מרובות וגרורות במערכת היציאה של החדר הימני של הלב.
כדי למדוד את היעילות של אסטרטגיות טיפול חדשות לאוטם שריר הלב, נדרשת הערכת השלב החריף כמו גם התוצאה ארוכת הטווח. חומרי ניגוד תוך ורידיים מועברים להדמיית PET-MRI רציפה של לב העכבר. הליך ה-MRI אורך בדרך כלל 30 דקות, וסריקת ה-PET נמשכת 45 דקות. זה משמעותי בהערכת טיפולים חדשים מכיוון שייתכן שמהלך הזמן אינו ידוע. האזורים המשופרים ב-MRI מייצגים רקמה לא בת קיימא ותואמים לאזורים של קליטה מופחתת של FDG המרמזים על חסימות כליליות או אוטם פוטנציאליים.
זה עתה צפיתם במבוא של JoVE לטומוגרפיה ממוחשבת משולבת של פליטת פוטון בודד והדמיית טומוגרפיה ממוחשבת. כעת עליך לדעת להגדיר פרמטרים של SPECT ו-CT, לבצע את הסריקה המשולבת ולנתח את התמונה. כדאי גם לדעת כיצד משתמשים בהדמיה גרעינית ביישומים ביו-רפואיים. תודה שצפית!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What is the main advantage of combining SPECT and CT imaging?
Combined SPECT-CT imaging provides both functional and anatomical information simultaneously. SPECT measures metabolic activity via injected radioactive tracers, while CT creates detailed anatomical images using X-rays. This hybrid approach improves diagnostic ability by showing where biological activity occurs within the body's precise anatomical structure.
Q2: How does SPECT imaging differ from CT imaging in terms of data collection?
SPECT directly measures radiation emitted from an injected radioactive tracer using a gamma camera, capturing functional biological activity. CT collects multiple 2D X-ray images as the source and detector rotate around the patient, with X-rays absorbed differently by tissues based on density. Both modalities acquire 2D slices that are reconstructed into 3D models.
Q3: What role do physiological monitoring sensors play during SPECT-CT scanning?
ECG and respiration monitoring sensors track the animal's vital functions during imaging. These sensors, along with the device's internal camera, allow operators to continuously monitor physiological parameters and ensure the subject remains stable throughout the 30 to 60-minute scan. This monitoring is essential for maintaining data quality and animal safety during the procedure.
Q4: How are SPECT and CT images combined to create a final diagnostic image?
Individual SPECT and CT images are first reconstructed separately using built-in software to create 3D datasets. The reconstructed images are then overlaid, with SPECT data displayed in color gradients (yellow to orange indicating activity intensity) and CT data shown in grayscale. This merged visualization displays both metabolic function and anatomical structure in a single image.
Q5: Why is timing important when injecting a radionuclide tracer for SPECT-CT imaging?
The timing depends on the clinical application. For cardiac imaging, scans can begin almost immediately after injection because the tracer quickly distributes in the bloodstream. For tumor imaging, wait times may extend several hours to days to allow selective tracer uptake in target tissues. Proper timing ensures optimal tracer distribution and image quality for the specific diagnostic goal.
Q6: What information does color intensity convey in a SPECT-CT image?
Color intensity in SPECT data directly represents the degree of physiological activity in tissues. Yellow areas indicate higher metabolic activity or greater tracer uptake, while orange areas show lower activity. This color gradient allows clinicians to visually identify regions of abnormal metabolism, such as tumors or areas of reduced blood flow, overlaid on the precise anatomical context provided by CT.
Q7: How does SPECT compare to PET in terms of cost and image resolution?
SPECT has lower spatial resolution than PET because it detects single gamma photons directly, whereas PET detects two gamma photons emitted in opposite directions. However, SPECT is less expensive because its radioactive isotopes, such as technetium-99m, are more readily available than PET isotopes. Despite lower resolution, SPECT-CT provides clinically useful metabolic and anatomical information for many diagnostic applications.