Gecombineerde SPECT- en CT-beeldvorming om hartfunctie te visualiseren
Bron: Alycia G. Berman, James A. Schaber en Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, West Lafayette, Indiana
Hier…
1. In Vivo Imaging Set-up
- Open het beeldvormingssoftware.
- Om het CT-gedeelte van de scan in te stellen, laat de röntgenbuis opwarmen door de optie in de software te selecteren. Het systeem begint de buis te verwarmen.
- Anesthesier de muis. Om ervoor te zorgen dat de muis buiten bewustzijn is, spreid een poot uit en knijp in de poot van het dier. Als de muis geen terugtrekkingsreflex vertoont, is het dier voldoende verdoofd.
- Injecteer de muis intraveneus met het radionuclide. Een veel gebruikte SPECT-radionuclide is Technetium99m (99mTc), deels vanwege zijn halfwaardetijd. Er zijn echter ook veel andere beschikbare radionucliden die kunnen worden gebruikt, waaronder Jodium-123 (123I) en Indium-111 (111In).
- Wacht. Het radionuclide zal tijd nodig hebben om zich door de bloedbaan te verspreiden en te beginnen met vervallen. De benodigde tijd is afhankelijk van het gebruikte radionuclide en de beeldvormingstoepassing. Voor cardiale toepassingen kunnen scans bijna onmiddellijk beginnen, terwijl voor tumoren de wachttijd enkele uren tot dagen kan zijn. Afhankelijk van het tijdstip van de beeldvorming, kan de muis voor de hele procedure verdoofd blijven of wakker worden en dan opnieuw worden verdoofd wanneer het klaar is voor beeldvorming.
- Plaats de muis in het muizenbed op het SPECT/CT-platform. Het bed moet zijn uitgerust met een buis voor verdovingsgas, een verwarming en een middel om ECG en ademhaling te controleren. Tijdens de beeldvorming zal de operator de muis niet direct kunnen waarnemen, dus het is noodzakelijk om alternatieve middelen te hebben om fysiologische parameters tijdens de beeldvorming te monitoren (d.w.z. hartslag en ademhaling).
2. SPECT/CT Imaging
- Verplaats het bed (met de muis erin) in de collimator.
- Verkrijg een enkele axiale afbeelding van de muis. Gebruik deze pilotafbeelding om een gebied van belang te definiëren voor een secundaire scan.
- Definieer de instellingen voor SPECT, inclusief het aantal verzamelde beelden, de tijd per afbeelding, de scanmodus (detectorrotatiepad) en de stapmodus voor verbeterde beeldaccuraatheid of hogere beeldvormingssnelheid.
- Om het CT-gedeelte van de scan in te stellen, laat de röntgenbuis opwarmen door de optie in de software te selecteren. Het systeem begint de buis te verwarmen.
- Definieer de instelling voor CT, zoals de buisstroom en spanning, de rotatiehoek, de snelheid van de scan en het aantal beelden dat bij elke rotatiehoek is genomen.
- Begin met het verzamelen van gegevens. De tijd die nodig is om de scan te voltooien, is afhankelijk van de geselecteerde scanparameters, maar is meestal 30-60 minuten lang.
- Verwijder het bed uit de collimator.
- Verwijder de muis uit het bed en blijf de muis controleren totdat deze bij kennis is en zich normaal kan bewegen.
3. SPECT/CT Reconstructie
- Reconstructie wordt meestal uitgevoerd met behulp van ingebouwde software. De CT-gegevens en de SPECT-gegevens kunnen afzonderlijk worden gereconstrueerd en vervolgens worden gecombineerd met behulp van interne registratie.
Gecombineerde SPECT-CT-scans kunnen worden gebruikt om tegelijkertijd anatomische en functionele informatie te verkrijgen over een specifiek orgaan van belang.
Single Photon Emission Computed Tomography, of SPECT-beeldvorming, meet direct de straling van een intraveneus geïnjecteerde radioactieve soort via een gammacamera. Dit maakt niet-invasieve beeldvorming van biologische activiteit mogelijk in plaats van slechts een momentopname van het orgaan.
Wanneer gecombineerd met computertomografie of CT, biedt SPECT-CT-beeldvorming zowel metabole gegevens als anatomische informatie die nuttig kan zijn voor een breed scala aan toepassingen.
Deze video illustreert de basisprincipes van gecombineerde SPECT-CT-beeldvorming en geeft een kort overzicht van hoe SPECT-CT-beelden worden verkregen, gereconstrueerd en geanalyseerd.
SPECT-CT-beeldvorming maakt gebruik van twee afzonderlijke beeldvormingsmodaliteiten, SPECT en CT, om zowel functionele beoordeling als anatomische informatie te combineren om het algehele diagnostische vermogen te verbeteren.
Bij CT worden meerdere 2D X-ray-beelden verzameld om een 3D-model van de anatomie van de patiënt of het dier te creëren. Tijdens CT-beeldvorming worden X-stralen uitgezonden vanuit een bron. Terwijl X-stralen door de patiënt bewegen, worden sommige van de X-stralen geabsorbeerd en de rest passeert de patiënt. In het algemeen absorberen materialen met een hogere dichtheid, zoals bot, meer X-stralen dan materialen met een lagere dichtheid zoals zacht weefsel.
De overblijvende, niet-geabsorbeerde X-stralen worden verzameld door een detector aan de andere kant van de patiënt die de intensiteit van de niet-geabsorbeerde X-stralen in Hounsfield-eenheden bepaalt. Dit produceert een 2D-beeld, een slice genoemd. De X-straalbron en detector worden vervolgens geroteerd rond de patiënt om een verzameling 2D-slices te verkrijgen. De slices worden vervolgens gereconstrueerd om een 3D-model te creëren.
Analog aan CT-beeldvorming, is SPECT een nucleaire beeldvormingstechniek die de emissie van straling van een radioactief traceermiddel dat in de patiënt wordt geïnjecteerd, verwerft. Het geïnjecteerde traceermiddel vervalt na verloop van tijd en zendt gammastralen uit die worden geïmagerd door een gammacamera om een 2D-beeld te creëren. Vergelijkbaar met CT, verzamelt de gammacamera 2D-beelden op verschillende locaties om een slice te genereren, die kan worden gereconstrueerd in een 3D-model.
In deze studie tonen we de SPECT-CT-beeldvorming van een muis. De gereconstrueerde CT- en SPECT-beelden van de muis worden over elkaar gelegd om een afbeelding te creëren die zowel anatomische als functionele beoordelingen weergeeft, zoals wordt getoond door de gekleurde SPECTRACE en de grijswaardige CT-scan.
Nu we de basisprincipes van SPECT-CT-beeldvorming hebben besproken, laten we nu het protocol bekijken.
Open eerst de systeemfabriekssoftware. Stel vervolgens de CT-portie van de scan in om de röntgenbuis op te warmen door de optie in de software te selecteren. Het systeem begint de buis te verwarmen.
Plaats de muis in een anesthesiegaskamer en verdoof het dier met isofluraangebruik. Breng vervolgens de muis over naar een werkblad uitgerust met een neuskoker. Controleer vervolgens of de muis bewusteloos is met behulp van de teenknijtechniek. Injecteer vervolgens de verdoofde muis met het radionuclide technetium-99m. Wacht tot het radionuclide in de bloedbaan is verdeeld en begint te vervallen. Scans kunnen bijna onmiddellijk worden gestart voor cardiologische toepassingen, terwijl de wachttijd om tumoren te beeldvormen enkele uren tot dagen kan zijn.
Plaats vervolgens de muis op het SPECT-CT-stagebed dat is uitgerust met ECG- en ademhalingsbewakingssensoren. Bevestig de neuskoker en start de stroom van het anesthesiemiddel. Schakel de muisbedverwarming in en bewaak de fysiologische parameters van de muis met behulp van de sensoren en de interne camera van het apparaat.
Schuif vervolgens het muisbed in de collimator. Vervolgens verwerft u een enkele axiale afbeelding van de muis als referentie om de plaatsing van het dier tijdens SPECT-scannen te bepalen. Met dit als referentieafbeelding, stelt u een gebied van belang in voor een pilot-SPECT-scan. Deze pilot-scan helpt de gebruiker bij het definiëren van de instellingen voor de experimentele SPECT-scan, inclusief het aantal verzamelde beelden, de tijd per afbeelding, de scanmodus of de rotatieroute van de detector, en de stapmodus voor verbeterde beeldaccuraatheid of verhoogde beeldsnelheid.
Definieer vervolgens de parameters voor de CT-scan, zoals de buisstroom en spanning, de rotatiehoek, de snelheid van de scan en het aantal beelden dat bij elke rotatiehoek wordt genomen. Begin ten slotte met de gegevensverwerving door op de knop startverwerving te drukken. De duur van de scan hangt af van de scanparameters, maar is meestal 30 tot 60 minuten lang.
Zodra de scan is voltooid, verwijdert u het bed uit de collimator en verwijdert u de muis uit het bed. Bewaak de muis totdat deze bij bewustzijn is en zich normaal kan bewegen. De SPECT- en CT-afbeeldingen die zijn verzameld, kunnen nu afzonderlijk worden gereconstrueerd en later worden gecombineerd met behulp van ingebouwde software.
Laten we nu de resultaten van de SPECT-CT-beeldvorming bekijken.
Deze figuur toont een representatieve gecombineerde SPECT-CT-scan verkregen met behulp van een technetium-99m basistracer in een muis. De gecombineerde SPECT-CT-scan toont de SPECT-gegevens in tinten geel tot oranje in de figuur over de CT-gegevens, die in tinten grijs worden weergegeven.
Binnen de SPECT-gegevens wordt de mate van fysiologische activiteit gedemonstreerd door de kleurintensiteit. Dus, de gebieden van geel tonen meer activiteit dan de gebieden van oranje.
Nu laten we kijken hoe nucleaire geneeskundetechnieken worden gebruikt om nauwkeurigere beeldgegevens te verkrijgen voor verbeterde medische diagnostiek.
Bij kankerscreening wordt een radioactief traceermiddel gebruikt
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.