Overview
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 היסודות של טומוגרפיה ממוחשבת בפליטת פוטון יחיד/טומוגרפיה ממוחשבת (SPECT/CT) באמצעות עכברים. הטכניקה כוללת הזרקת רדיונוקליד לעכבר, הדמיה של החיה לאחר הפצתו בכל הגוף, ולאחר מכן שחזור התמונות המיוצרות כדי ליצור ערכת נתונים נפחית. זה יכול לספק מידע על אנטומיה, פיזיולוגיה, חילוף החומרים כדי לשפר את אבחון המחלה ולעקוב אחר התקדמותה.
במונחים של נתונים שנאספו, SPECT / CT מספק מידע דומה כמו טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET)/ CT. עם זאת, העקרונות הבסיסיים של שתי טכניקות אלה שונים במהותם שכן PET דורש זיהוי של שני פוטונים גמא, אשר נפלטים בכיוונים מנוגדים. לעומת זאת, הדמיית SPECT מודדת קרינה ישירות באמצעות מצלמת גמא. כתוצאה מכך, להדמיית SPECT יש רזולוציה מרחבית נמוכה יותר מאשר PET. עם זאת, זה גם פחות יקר כי איזוטופים רדיואקטיביים SPECT זמינים יותר. הדמיית SPECT/CT מספקת מידע מטבולי ולא אנטומי לא פולשני שיכול להיות שימושי עבור מגוון רחב של יישומים.
Principles
הדמיית SPECT/CT משתמשת בשתי שיטות הדמיה נפרדות, SPECT ו- CT, כדי להשיג מידע פונקציונלי ואנטומי כדי לשפר את יכולת האבחון הכוללת. ב- CT, תמונות רנטגן מרובות של 2D נאספים כדי ליצור מודל תלת-ממדי של האנטומיה של המטופל או החיה. מודל CT זה מותך לאחר מכן עם SPECT, המשתמש במעקב רדיואקטיבי כדי לספק הערכה תפקודית של איבר פנימי (כלומר, המוח או שריר הלב). בדומה ל-CT, SPECT משתמש גם בתמונות 2D שנרכשו כדי ליצור דגם תלת-ממדי. יחד, SPECT/CT מספק ציוני דרך אנטומיים והערכה תפקודית שניתן להשתמש בהם באבחון ראשוני או כדי לאפיין את התקדמות המחלה.
הבסיס להדמיית CT הוא אוסף של תמונות רנטגן 2D. במהלך ההדמיה, צילומי רנטגן נפלטים ממקור. כשצילומי הרנטגן עוברים דרך החולה, חלק מצילומי הרנטגן נספגים. באופן כללי, חומרים בצפיפות גבוהה יותר סופגים יותר צילומי רנטגן מחומרים בצפיפות נמוכה יותר. בגלל זה, העצם נוטה לספוג יותר צילומי רנטגן מאשר רקמה רכה. לאחר שצילומי הרנטגן עוברים בגוף, צילומי הרנטגן הנותרים (שאינם נספגים) נאספים על ידי גלאי שיכול לקבוע את עוצמת צילומי הרנטגן ביחידות הונספילד. פעולה זו מפיקה תמונה 2D הנקראת פרוסה. מקור הרנטגן והגלאי מסתובבים לזווית ייעודית ומתורגמים לרכישת פרוסה נוספת. ככל שהסריקה מתקדמת, המקור והגלאי ממשיכים לסובב את פרוסות הדו-ממדיות, ויוצרים אוסף של תחזיות באוריינטציות שונות (איור 1). לאחר מכן, הפרוסות משוחזרות ליצירת דגם תלת-ממד.
איור 1: דיאגרמה המדגימה a) ייצור של הקרנת רנטגן בודדת ו-b) סיבוב של מקור רנטגן וגלאי ליצירת תמונה 2D מלאה. לאחר מכן ניתן לתרגם התקנה שלמה זו ליצירת נתונים נפחיים.
SPECT עובד באופן דומה ל- CT, אך רוכש את פליטת קרני הגמא במקום קרני רנטגן. בטכניקת הדמיה גרעינית זו, מכשיר מעקב רדיואקטיבי מוזרק למטופל. עם הזמן, העוקב נרקב, פולט קרני גמא. מצלמת גמא מצלמת את קרינת הגמא ויוצרת תמונה דו-ממד. בדומה ל-CT, המצלמה אוספת תמונות 2D במקומות שונים. לאחר ההדמיה, הפרוסות משוחזרות ויוצרות ערכת נתונים תלת-ממדית. לאחר מכן, הכרכים מ- CT ו- SPECT רשומים במשותף כדי לספק הערכות אנטומיות ופונקציונליות כאחד.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
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.
סריקת SPECT-CT משולבת יכולה לשמש כדי לספק בו זמנית מידע אנטומי ופונקציונלי על איבר מסוים של עניין.
טומוגרפיה ממוחשבת של פליטת פוטון בודדת, או הדמיית SPECT, מודדת ישירות את הקרינה ממין רדיואקטיבי מוזרק תוך ורידי באמצעות מצלמת גמא. זה מאפשר הדמיה לא פולשנית של פעילות ביולוגית ולא רק תמונה 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 וידאו 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 פונקציונלית והן מידע אנטומי כדי לשפר את יכולת האבחון הכוללת.
ב- CT, תמונות רנטגן מרובות של 2D נאספים כדי ליצור מודל תלת-ממדי של האנטומיה של המטופל או החיה. במהלך הדמיית CT, צילומי רנטגן נפלטים ממקור. כשצילומי הרנטגן עוברים דרך החולה, חלק מצילומי הרנטגן נספגים, והשאר עוברים דרך המטופל. באופן כללי, חומרים בצפיפות גבוהה יותר, כמו עצם, סופגים יותר צילומי רנטגן מחומרים בצפיפות נמוכה יותר כמו רקמות רכות.
צילומי הרנטגן הנותרים, שאינם נספגים, נאספים על ידי גלאי שהוצב בצד השני של המטופל הקובע את עוצמת צילומי הרנטגן שאינם נספגים ביחידות הונספילד. פעולה זו מפיקה תמונה 2D הנקראת פרוסה. מקור הרנטגן והגלאי מסתובבים סביב המטופל כדי לרכוש אוסף של פרוסות 2D. לאחר מכן, הפרוסות משוחזרות ליצירת דגם תלת-ממד.
מקביל הדמיית CT, SPECT היא טכניקת הדמיה גרעינית שרוכשת פליטת קרינה ממעקב רדיואקטיבי המוזרק לחולה. העקבות המוזרקות נרקבות עם הזמן, פולטת קרני גמא אשר מתמונה על ידי מצלמת גמא כדי ליצור תמונה 2D. בדומה ל-CT, מצלמת הגמא אוספת תמונות 2D במקומות שונים כדי ליצור פרוסה, שניתן לשחזר לדגם תלת-ממד.
במחקר זה, אנו מראים את הדמיית SPECT-CT של עכבר. תמונות העכבר המשוחזרות CT ו- SPECT מכוסות על-ידי יצירת תמונה המציגה הערכות אנטומיות ופונקציונליות, כפי שמוצג על-ידי SPECTRACE הצבעוני וסריקת ה-CT בגווני אפור.
כעת, לאחר שבדקנו את העקרונות הבסיסיים של הדמיית SPECT-CT, הבה נבחן כעת את הפרוטוקול.
ראשית, פתח את תוכנת המערכת. לאחר מכן, הגדר את חלק ה- CT של הסריקה כדי לאפשר לצינור הרנטגן להתחמם על ידי בחירת האפשרות בתוכנה. המערכת תתחיל לחמם את הצינור.
מניחים את העכבר בתא אינדוקציה הרדמה ומרדים את החיה באמצעות איזופלוראן. לאחר מכן, העבר את העכבר לספסל עליון המצויד בקונוס אף. לאחר מכן, ודא שהעכבר חסר הכרה באמצעות טכניקת צביטת בוהן. ואז להזריק את העכבר מרדים עם טכנציום-99m רדיונוקלידים. המתן עד שהרדיונוקלידים יתחלקו בזרם הדם ויתחילו להירקב. סריקות ניתן להתחיל כמעט מיד עבור יישומים קרדיולוגיים, בעוד זמן ההמתנה לגידולים תמונה עשוי להיות כמה שעות עד ימים.
לאחר מכן, הנח את העכבר על מיטת הבמה SPECT-CT המצוידת בחיישני ניטור אק"ג ונשימה. אבטחו את חרוט האף והתחלו את זרימת ההרדמה. הפעל את מחמם מיטת העכבר ונטר את הפרמטרים הפיזיולוגיים של העכבר באמצעות החיישנים והמצלמה הפנימית של ההתקן.
לאחר מכן, החלק את מיטת העכבר בתוך הקולימטור. לאחר מכן, לרכוש תמונה צירית אחת של העכבר כהפניה כדי לקבוע מיקום בעלי חיים כפי שהוא שוכן במהלך סריקת SPECT. באמצעות אפשרות זו כתמונת ייחוס, הגדר אזור עניין עבור סריקת SPECT פיילוט. סריקת פיילוט זו תסייע למשתמש להגדיר את ההגדרות לסריקת SPECT הניסיונית, כולל מספר התמונות שנאספו, הזמן לתמונה, מצב הסריקה או נתיב סיבוב הגלאי ומצב השלב לשיפור דיוק התמונה או מהירות ההדמיה המוגברת.
לאחר מכן, הגדר את הפרמטרים עבור סריקת CT כגון זרם הצינור והמתח, זווית הסיבוב, מהירות הסריקה ומספר התמונות שצולמו בכל זווית סיבוב. לבסוף, התחל ברכישת נתונים על-ידי לחיצה על לחצן התחל רכישה. משך הסריקה תלוי בפרמטרי הסריקה אך הוא בדרך כלל באורך של 30 עד 60 דקות.
לאחר השלמת הסריקה, הסר את המיטה מהקולימטור והסר את העכבר מהמיטה. נטר את העכבר עד שהוא יהיה מודע ויכול לנוע כרגיל. כעת ניתן לשחזר את תמונות SPECT ו- CT שנאספו בנפרד ומאוחר יותר לשלבן באמצעות תוכנה מובנית.
הבה נסקור כעת את תוצאות הדמיית SPECT-CT.
איור זה מציג סריקת SPECT-CT משולבת מייצגת המתקבלת באמצעות נותב בסיס טכנציום-99 מ 'בעכבר. סריקת SPECT-CT המשולבת מציגה את נתוני SPECT בגוונים של צהוב עד כתום באיור על נתוני ה- CT המוצגים בגווני אפור.
בתוך נתוני SPECT, מידת הפעילות הפיזיולוגית מודגמת על ידי עוצמת הצבע. לכן, האזורים של צהוב להראות פעילות גדולה יותר מאשר את האזורים של כתום.
עכשיו בואו נבחן כיצד טכניקות לרפואה גרעינית משמשות להשגת נתוני הדמיה מדויקים יותר לאבחון רפואי משופר.
בהקרנת סרטן, מעקב רדיואקטיבי משמש באופן סלקטיבי למקד באופן סלקטיבי קולטן משטח תא מסוים נמצא בגידולים. ספיגת המעקב הרדיואקטיבי בתמונת SPECT-CT מצביעה על נוכחות של גידול.
PET-MRI משולבת היא טכניקת הדמיה היברידית נוספת המשמשת לאבחון מחלות ולטיפול ניטור מכיוון שהיא מספקת ניגודיות גבוהה של רקמות רכות ומידע מטבולי. אזורים של ניגודיות גבוהה מצביעים על ספיגת מכשיר המעקב radiolabeled והוא יכול להציע גרורות בהקרנת סרטן. תמונות PET ו- MRI ממוזגות אלה מראות גרורות ריאתיות היפרמטבוליות מרובות ומטבולית במערכת היציאה הימנית של הלב.
כדי למדוד את היעילות של אסטרטגיות טיפול חדשות עבור אוטם שריר הלב, הערכת השלב החריף, כמו גם תוצאה ארוכת טווח נדרש. סוכני ניגודיות תוך ורידי מועברים להדמיית PET-MRI רציפה של לב העכבר. הליך ה-MRI נמשך בדרך כלל 30 דקות, וסריקת PET נמשכת 45 דקות. זה משמעותי בהערכת טיפולים חדשניים כי קורס הזמן לא יכול להיות ידוע. האזורים המשופרים ב- MRI מייצגים רקמה בלתי ניתנת לערימה ומתכתבים עם אזורים של ספיגת FDG מופחתת המציעים חסימות כלילית פוטנציאליות או אוטם.
הרגע צפיתם בהקדמה של JoVE לשילוב טומוגרפיה ממוחשבת של פליטת פוטון בודדת והדמיה טומוגרפית ממוחשבת. עכשיו אתה צריך לדעת איך להגדיר פרמטרי SPECT ו- CT, לבצע את הסריקה המשולבת ולנתח את התמונה. אתה צריך גם לדעת איך הדמיה גרעינית משמשת ביישומים ביו-רפואיים. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
תוצאות מייצגות באמצעות מעקב מבוסס Tc 99 מ 'בחולדהמודגמים באיור 2. רכישת SPECT/CT אמורה להציג את נתוני SPECT (המוצגים כגוונים של צהוב/כתום באיור) על נתוני CT (המוצגים כגוונים של אפור). בתוך מודל SPECT, מידת הפעילות הפיזיולוגית מודגמת על ידי עוצמת הצבע. לכן, האזורים של צהוב להראות פעילות גדולה יותר מאשר אזורים של כתום. נתוני SPECT בנתון נרכשו על ידי איסוף 30 תמונות של דקה אחת. הרזולוציה המתקבלת היא 0.8 מ"מ.
איור 2: תמונות מייצגות הממחיות פונקציונליות לבבית. הנוף משמאל הוא דגם SPECT/CT הכולל, בעוד ששלוש התצוגות מימין מציגות תמונות מוגדלות של המישורים הטרונליים, הקשתים והטרנסאקסיאליים של הלב. גוונים אפורים הם של CT ומצביעים על מבנה השלד, בעוד הגוונים הכתומים / צהובים הם של SPECT. מידת הפעילות מסומנת על ידי עוצמת הצבע עם לבן להיות גדול יותר מאשר שחור. תמונות באדיבות ד"ר שואנג ליו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
SPECT/CT שימש לאספקת מידע אנטומי ופונקציונלי. ההליך הכללי כלל הזרקת רדיונוקליד, הדמיה, ולאחר מכן שחזור של הנתונים. הליך זה, הנדון בהקשר של הדמיה קטנה של בעלי חיים, דומה למה שבוצע קלינית. עם זאת, השימוש בבעלי חיים קטנים מוסיף כמה ניואנסים טכניים נוספים שאין להתעלם מהם. מודלים קטנים של בעלי חיים, כפי שניתן לשער, מחייבים שימוש ברזולוציה גבוהה יותר בהדמיה. בנוסף, בעלי חיים קטנים הגבירו את קצב הלב ואת קצב הנשימה, הדורשים הדמיה מהירה יותר. נשימה ופעימות לב עלולות לגרום לתנועה של החיה במהלך ההדמיה, מה שמקשה על השגת נתונים מדויקים. כדי לפצות על בעיות פוטנציאליות אלה, ניתן ליישם את ההבעה הלב והנשימה. הגטינג מאפשר למכונה לרכוש תמונות בזמנים ספציפיים ביחס למחזורי הלב והנשימה של החיה. לדוגמה, הדמיה מתרחשת בין נשימות החיה ובחלק מסוים של מחזור הלב שלה. שינויים אלה מאפשרים הדמיה משופרת של מודלים קטנים של בעלי חיים.
ההליך הכללי להדמיית SPECT/CT של מודל בעלי חיים קטן הודגם. הנתונים המתקבלים מראים אזורים של חילוף חומרים מוגבר בהקשר של האנטומיה, ובכך מאפשרים אבחון טוב יותר ואפיון מחלות.
הדמיית SPECT/CT היא טכניקה ישימה נרחבת, המשתרעת על פני מגוון תחומים כולל קרדיולוגיה, אונקולוגיה ודלקת. בתחום הקרדיולוגיה, מחקרי זלוף שריר הלב מעסיקים SPECT / CT כדי לאבחן חסימות של עורקים כליליים על ידי הדגמת כמה טוב הדם זורם דרך שריר הלב. חולים שעברו מחקר זלוף שריר הלב יתאמנו כדי לגרום ללחץ לבבי. לאחר מכן יוזרק למטופל מעקב רדיואקטיבי המתערבב עם הדם הנע בכל הגוף. אם הדם אינו מסוגל להגיע לאזור מסוים של הלב עקב חסימה בעורק הכלילי, אז גם לא המעקב. תמונות SPECT/CT יצולמו לאחר פעילות גופנית, ולאחר מכן, לאחר שהמטופל נח. במהלך הדמיית SPECT/CT, אזורים שהדם לא יכול להגיע אליהם יופיעו כחשוכים, מה שמצביע על חסימות כלילית פוטנציאליות או אוטם.
ביישומים אחרים, כגון באונקולוגיה ובדלקת, ניתן לבחור את המעקב הרדיואקטיבי כדי למקד באופן סלקטיבי מולקולה ביולוגית. במקרה של אונקולוגיה, המעקב הרדיואקטיבי מכוון לקולטן ספציפי של פני תא שנמצא בגידולים. לאחר מכן, ספיגת המעקב הרדיואקטיבי במהלך הדמיית SPECT/CT מרמזת על נוכחות של גידול. לבסוף, במקרה של דלקת, המעקב הרדיואקטיבי יכול למקד את הזיהום או דלקת תוך מתן מיקום אנטומי מדויק. זה בעל ערך בעת אבחון היקף דלקת הניוונית, שהיא זיהום של העצם. לסיכום, SPECT/CT היא גישת הדמיה רב-תכליתית המשלבת שתי טכניקות כדי לספק מידע אנטומי ותפקודי לא פולשני.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
