심장 기능 시각화를 위한 SPECT 및 CT 이미징 결합
출처: Alycia G. Berman, 제임스 A. 샤버, 크레이그 J. 괴르겐,웰던 생물 의학 공학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, 인디애나
여기에서 우리는 마우스를 사용하여 단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영 / 컴퓨터 단층 촬영 (SPECT/ CT) 이미징의…
1. Vivo 이미징 설정에서
- 이미징 소프트웨어를 엽니다.
- 검사의 CT 부분을 설정하려면 소프트웨어에서 옵션을 선택하여 X선 튜브가 워밍업되도록 합니다. 시스템이 튜브를 가열하기 시작합니다.
- 마우스를 마취합니다. 마우스가 의식이 없는지 확인하려면 한쪽 다리를 확장하고 동물의 발을 꼬집습니다. 마우스가 철수 반사를 생성하지 않으면 동물이 충분히 마취됩니다.
- 방사성 핵종으로 마우스를 정맥으로 주입합니다. 일반적으로 사용되는 SPECT 방사성 핵종은 반감기로 인해 부분적으로 테크네튬999m(99mTc)입니다. 그러나 요오드-123(123I) 및 인듐-111(111In)을 포함하여 사용할 수 있는다른 많은 방사성 핵종도 있다.
- 기다림. 방사성 종종은 혈류를 통해 배포하고 부패를 시작하는 데 시간이 걸릴 것입니다. 필요한 시간의 양은 사용되는 방사성 종종 및 이미징 응용 프로그램에 의존한다. 심장 응용 프로그램의 경우 종양의 경우 대기 시간이 몇 시간에서 며칠이 걸릴 수 있는 반면 스캔은 거의 즉시 시작할 수 있습니다. 이미징의 타이밍에 따라 마우스는 절차 전체에 대해 마취 상태로 유지되거나 깨어 나서 이미징을 준비할 때 다시 마취될 수 있습니다.
- SPECT/CT 단계에 있는 마우스 침대에 마우스를 놓습니다. 침대에는 마취 가스, 히터 및 심전도 및 호흡을 모니터링하는 수단에 튜브가 장착되어 있어야합니다. 이미징 중에 작업자가 마우스를 직접 관찰할 수 없으므로 이미징(즉, 심박수 및 호흡)에서 생리적 파라미터를 모니터링하는 대체 수단이 필요합니다.
2. SPECT/CT 이미징
- 콜리메이터 내부에 침대(마우스 포함)를 이동합니다.
- 마우스의 단일 축 이미지를 획득합니다. 이 파일럿 이미지를 사용하여 보조 검사에 대한 관심 영역을 설정합니다.
- 수집된 이미지 수, 이미지당 시간, 스캔 모드(검출기 회전 경로), 이미지 정확도 향상 또는 이미징 속도 향상을 위한 스텝 모드를 포함하여 SPECT의 설정을 정의합니다.
- 검사의 CT 부분을 설정하려면 소프트웨어에서 옵션을 선택하여 X선 튜브가 워밍업되도록 합니다. 시스템이 튜브를 가열하기 시작합니다.
- 튜브 전류 및 전압, 회전 각도, 스캔 속도 및 각 회전 각도에서 촬영한 이미지 수와 같은 CT설정을 정의합니다.
- 데이터 수집을 시작합니다. 스캔을 완료하는 데 필요한 시간은 선택한 스캔 매개 변수에 따라 달라지지만 일반적으로 길이는 30-60분입니다.
- 콜리메이터에서 침대를 제거합니다.
- 침대에서 마우스를 제거하고 의식이 정상적으로 이동할 수있을 때까지 마우스를 계속 모니터링합니다.
3. SPECT/CT 재건
- 재구성은 일반적으로 기본 제공 소프트웨어를 사용하여 수행됩니다. CT 데이터와 SPECT 데이터는 내부 등록을 사용하여 별도로 재구성한 다음 결합할 수 있습니다.
결합된 SPECT-CT 스캔을 사용하여 특정 관심 장기에 대한 해부학적 및 기능 정보를 동시에 제공할 수 있습니다.
단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영(SPECT 이미징)은 감마 카메라를 통해 정맥 주사된 방사성 종의 방사선을 직접 측정합니다. 이를 통해 장기의 스냅샷이 아닌 생물학적 활동의 비침습적 이미징이 가능합니다.
컴퓨터 단층 촬영 또는 CT와 결합할 경우, SPECT-CT 이미징은 다양한 응용 분야에 유용할 수 있는 대사 데이터와 해부학적 정보를 모두 제공합니다.
이 동영상은 결합된 SPECT-CT 이미징의 기본 원리를 설명하고 SPECT-CT 이미지를 획득, 재구성 및 분석하는 방법에 대한 간략한 개요를 제공합니다.
SPECT-CT 이미징은 SPECT와 CT의 두 가지 개별 이미징 방식을 사용하여 기능 평가와 해부학적 정보를 모두 결합하여 전반적인 진단 능력을 향상시킵니다.
CT에서는 여러 개의 2D X-ray 이미지를 수집하여 환자 또는 동물의 해부학적 구조에 대한 3D 모델을 만듭니다. CT 영상 촬영 중에는 소스에서 X선이 방출됩니다. X선이 환자를 통과할 때 X선의 일부는 흡수되고 나머지는 환자를 통과합니다. 일반적으로 뼈와 같은 고밀도 재료는 연조직과 같은 저밀도 재료보다 더 많은 X선을 흡수합니다.
나머지 비흡수성 X선은 Hounsfield Units에서 비흡수성 X선의 강도를 결정하는 환자의 반대편에 배치된 검출기에 의해 수집됩니다. 이렇게 하면 슬라이스라고 하는 2D 이미지가 생성됩니다. 그런 다음 X선 소스와 검출기를 환자 주위로 회전시켜 2D 슬라이스 모음을 획득합니다. 그런 다음 슬라이스를 재구성하여 3D 모델을 만듭니다.
CT 영상과 유사한 SPECT는 환자에게 주입된 방사성 추적자에서 방사선 방출을 획득하는 핵 영상 기술입니다. 주입된 트레이서는 시간이 지남에 따라 감소하여 감마선을 방출하며, 감마 카메라는 이를 이미지화하여 2D 이미지를 생성합니다. CT와 마찬가지로 감마 카메라는 다양한 위치에서 2D 이미지를 수집하여 3D 모델로 재구성할 수 있는 슬라이스를 생성합니다.
이 연구에서는 마우스의 SPECT-CT 이미징을 보여줍니다. 재구성된 마우스 CT 및 SPECT 이미지를 오버레이하여 컬러 SPECTRACE 및 그레이스케일 CT 스캔에서 볼 수 있듯이 해부학적 및 기능 평가를 모두 표시하는 이미지를 생성합니다.
SPECT-CT 이미징의 기본 원리를 검토했으므로 이제 프로토콜을 살펴보겠습니다.
먼저 시스템 소프트웨어를 엽니다. 그런 다음 소프트웨어에서 옵션을 선택하여 X선관이 예열될 수 있도록 스캔의 CT 부분을 설정합니다. 시스템이 튜브를 가열하기 시작합니다.
마우스를 마취 유도실에 넣고 이소플루란을 사용하여 동물을 마취합니다. 그런 다음 마우스를 노즈 콘이 있는 벤치 탑으로 옮깁니다. 다음으로, 발가락 꼬집기 기술을 사용하여 마우스가 의식이 없는지 확인합니다. 그런 다음 마취된 마우스에 방사성 핵종 테크네튬-99m을 주입합니다. 방사성 핵종이 혈류에 분포되어 부패하기 시작할 때까지 기다립니다. 심장학 애플리케이션의 경우 스캔을 거의 즉시 시작할 수 있는 반면, 종양을 이미지화하기 위한 대기 시간은 몇 시간에서 며칠이 걸릴 수 있습니다.
그런 다음 ECG 및 호흡 모니터링 센서가 장착된 SPECT-CT 스테이지 베드에 마우스를 놓습니다. 콧대를 고정하고 마취제의 흐름을 시작합니다. 마우스 베드 히터를 켜고 센서와 장치의 내부 카메라를 사용하여 마우스의 생리학적 매개변수를 모니터링합니다.
그런 다음 마우스 베드를 시준기 내부로 밀어 넣습니다. 그런 다음 마우스의 단일 축 이미지를 참조로 획득하여 SPECT 스캐닝 중에 동물의 위치를 확인합니다. 이를 참조 이미지로 사용하여 파일럿 SPECT 스캔에 대한 관심 영역을 설정합니다. 이 파일럿 스캔은 사용자가 수집된 이미지 수, 이미지당 시간, 스캔 모드 또는 검출기 회전 경로, 이미지 정확도 향상 또는 이미징 속도 향상을 위한 단계 모드를 포함하여 실험적 SPECT 스캔에 대한 설정을 정의하는 데 도움이 됩니다.
다음으로, 튜브 전류 및 전압, 회전 각도, 스캔 속도, 각 회전 각도에서 촬영한 이미지 수와 같은 CT 스캔에 대한 매개변수를 정의합니다. 마지막으로 수집 시작 버튼을 눌러 데이터 수집을 시작합니다. 검사 시간은 검사 매개 변수에 따라 다르지만 일반적으로 30-60분 정도 걸립니다.
스캔이 완료되면 시준기에서 베드를 제거하고 베드에서 마우스를 제거합니다. 마우스가 의식을 되찾고 정상적으로 움직일 수 있을 때까지 마우스를 모니터링합니다. 수집된 SPECT 및 CT 이미지는 이제 개별적으로 재구성하고 나중에 내장 소프트웨어를 사용하여 결합할 수 있습니다.
이제 SPECT-CT 이미징 결과를 검토해 보겠습니다.
이 그림은 마우스에서 테크네튬-99m 염기 추적자를 사용하여 얻은 대표적인 결합 SPECT-CT 스캔을 보여줍니다. 결합된 SPECT-CT 스캔은 회색 음영으로 표시된 CT 데이터 위에 겹쳐진 그림에서 SPECT 데이터를 노란색에서 주황색 음영으로 표시합니다.
SPECT 데이터 내에서 생리적 활동의 정도는 색의 강도로 입증됩니다. 따라서 노란색 영역은 주황색 영역보다 더 큰 활동을 보여줍니다.
이제 핵의학 기술을 사용하여 의료 진단을 개선하기 위해 보다 정확한 영상 데이터를 얻는 방법을 살펴보겠습니다.
암 검진에서 방사성 추적자는 종양에서 발견되는 특정 세포 표면 수용체를 선택적으로 표적으로 삼는 데 사용됩니다. SPECT-CT 영상에서 방사성 추적자의 흡수는 종양의 존재를 나타냅니다.
통합 PET-MRI는 연조직의 높은 대비와 대사 정보를 모두 제공하기 때문에 질병을 진단하고 치료를 모니터링하는 데 사용되는 또 다른 하이브리드 이미징 기술입니다. 대비가 높은 영역은 방사선 표지된 추적자의 흡수를 나타내며 암 검진에서 전이를 암시할 수 있습니다. 이러한 병합된 PET와 MRI 이미지는 여러 개의 대사 과다성 폐 전이와 심장의 우심실 유출로에서의 전이를 보여줍니다.
심근경색에 대한 새로운 치료 전략의 효능을 측정하기 위해서는 급성 단계와 장기 결과에 대한 평가가 필요합니다. 마우스 심장의 순차적 PET-MRI 영상을 위해 정맥 조영제가 전달됩니다. MRI 절차는 일반적으로 30분이 소요되며 PET 스캔은 45분 동안 지속됩니다. 이는 시간 경과를 알 수 없기 때문에 새로운 치료법을 평가하는 데 중요합니다. MRI에서 향상된 영역은 생존 불가능한 조직을 나타내며 잠재적인 관상 동맥 폐색 또는 경색을 암시하는 FDG 흡수가 감소된 영역에 해당합니다.
방금 JoVE의 Combined Single Photon Emission Computed Tomography and Computed Tomography Imaging에 대한 소개를 시청했습니다. 이제 SPECT 및 CT 매개변수를 설정하고, 결합된 스캔을 수행하고, 이미지를 분석하는 방법을 알게 되었습니다. 또한 핵 이미징이 생물 의학 응용 분야에서 어떻게 사용되는지 알아야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!
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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.