English Version

Planar Gamma Camera

Radionuclides in Therapy

Εκπαίδευση- Ενημέρωση-Ανακοινώσεις

 

                                         

ΔΙΟΡΘΩΣΗ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗΣ ΣΤΗΝ ΤΟΜΟΓΡΑΦΙΑ

ΜΥΟΚΑΡΔΙΟΥ ΜΕ γ-camera

Διόρθωση εξασθένησης στην SPECT με τεχνική STEP

Τεχνική ταυτόχρονης εκπομπής - διάδοσης

SPECT: SINGLE PHOTON EMISSION TOMOGRAPHY

STEP: SIMULTANEOUS TRANSMISSION EMISSION PROTOCOL

 

Βασικό προτέρημα της τομογραφίας με γ-camera είναι ότι οι εικόνες της «περιέχονται» στο χώρο δηλαδή έχουν την ιδιότητα και των τριών διαστάσεων. Με αποτελεσματική αφαίρεση δεδομένων από περιοχές γύρω από το αντικείμενο ενδιαφέροντος, βελτιώνεται η αντίθεση στην εικόνα. Eτσι, η τομογραφία καρδιάς παρέχει διαγνωστικές πληροφορίες λόγω της παρουσίασης δεδομένων και από τις τρεις διαστάσεις και λόγω της αυξημένης αντίθεσης της εικόνας.

Εντούτοις, παρά τις σημαντικές βελτιώσεις των συστημάτων, για τη σωστή ερμηνεία εικόνων και εξετάσεων πρέπει να ληφθούν υπόψη οι τεχνικοί περιορισμοί της μεθόδου.

Η εξασθένηση της ακτινοβολίας, καθώς περνά από υπερκείμενους ιστούς μέχρι την επιφάνεια του εξεταζόμενου, είναι ένας αναπόφευκτος περιορισμός στην απεικόνιση με ραδιοϊσότοπα. Περιορίζει, έτσι, η εξασθένηση την δυνατότητα της τομογραφικής απεικόνισης για ποσοτικές μετρήσεις, αφού ο αριθμός των κρούσεων στην περιοχή ενδιαφέροντος δεν εξαρτάται μόνο από την ενεργότητα της περιοχής αυτής αλλά και από το βάθος της και τη σύστασή της καθώς και από τους συντελεστές εξασθένησης των ιστών που την περιβάλλουν.

Οι πιθανές διαδρομές των εκπεμπόμενων φωτονίων στην τομογραφία μυοκαρδίου είναι διάφορες. Φωτόνια σκεδαζόμενα λόγω Compton μπορεί να φθάσουν στον ανιχνευτή οπισθοπροβαλλόμενα από περιοχές που δεν ξεκίνησαν. Φωτόνια που απορροφώνται στο σώμα προκαλούν υποεκτίμηση της αληθούς πληροφορίας στην ανακατασκευασμένη εικόνα.

Επιστροφή

 

Σκέδαση

Είναι γνωστό ότι η σκέδαση φωτονίων συνεισφέρει στη μείωση της Διακριτικής Ικανότητος και της Αντίθεσης και οδηγεί σε σφάλματα ποσοτικών μετρήσεων στην τομογραφία καρδιάς.

Η σκέδαση μπορεί να προκληθεί από διάφορους μηχανισμούς αλλά τυπικά, μόνον η αλληλεπίδραση Compton είναι σημαντική στην εικόνα SPECT.

Το ποσοστό συμμετοχής της σκέδασης στην φωτοκορυφή (και επομένως και στην εικόνα) αυξάνει για φωτόνια χαμηλής ενέργειας. Ετσι στη συσχέτιση Tl²⁰¹ και Tc^99m υπερτερεί η απεικόνιση καρδιάς με Τεχνήτιο (υπερδιπλάσιο ποσοστό σκεδαζόμενης περιέχεται στη φωτοκορυφή του Tl²⁰¹).

Αυξάνει επίσης, η σκέδαση με το βάθος της πηγής και εικόνες από πηγές βαθύτερα στο σώμα εξασθενούν περισσότερο απ’ ότι επιφανειακές πηγές. Η διόρθωση λόγω σκέδασης είναι ένα ουσιαστικό βήμα προς τη διόρθωση της εξασθένησης. Οι ιδιότητες, όμως, των ιστών του θώρακα κάνουν τις μεθόδους για διόρθωση σκέδασης στην τομογραφία καρδιάς σύνθετες.

Καθώς η γ-camera περιστρέφεται γύρω από τον εξεταζόμενο, απεικονίζεται μια δεδομένη περιοχή του μυοκαρδίου σε διάφορα βάθη και μέσω διαφόρων ιστών ακόμη το ποσοστό καθώς και η κατανομή της σκέδασης στο χώρο μεταβάλλεται με τη γωνία περιστροφής. Π.χ. σε αριστερή-πρόσθια λοξή (LAO ) προβολή, η ραδιενέργεια στην περιοχή της βάσης του μυοκαρδίου περιέχει μεγαλύτερο ποσοστό σκεδαζόμενης απ’ αυτή που προέρχεται από την κορυφή. Σε αριστερή-οπίσθια (LPO) προβολή, το ποσοστό σκέδασης στις δύο περιοχές είναι σχετικά όμοιο αφού η κορυφή και η βάση είναι και οι δυο στο αυτό επίπεδο περίπου, παράλληλο στον ανιχνευτή.

Επιστροφή

Εξασθένηση φωτονίων.

Απορρόφηση - Σκέδαση

Είναι σημαντικό να γίνεται διάκριση μεταξύ των όρων απορρόφηση και εξασθένηση. Η εξασθένηση περιλαμβάνει και το φαινόμενο της σκέδασης Compton.

Ποσοτική μέτρηση της απορρόφησης μπορεί να περιγραφεί μονοσήμαντα για συγκεκριμένη ενέργεια φωτονίου και συγκεκριμένο υλικό, ενώ η εξασθένηση απαιτεί καθορισμό της ακριβούς γεωμετρίας για μια μέτρηση. Οπως και με τη σκέδαση, η εξισορρόπηση της απορρόφησης στην τομογραγία [SPECT] καρδιάς γίνεται σύνθετη από το πλήθος των ιστών που αποτελούν τον θώρακα.

Φωτόνια που εκπέμπονται από εν τω βάθει περιοχές έχουν σημαντικά υψηλότερη πιθανότητα να απορροφηθούν, απ’ ότι φωτόνια από επιφανειακές περιοχές, όπως π.χ. το αριστερό πλάγιο τοίχωμα του μυοκαρδίου που κατά μέσο όρο εξασθενεί λιγότερο απ’ ότι η βάση λόγω της γειτονίας του με το θωρακικό τοίχωμα.

Τα φωτόνια που απορροφώνται στον ιστό, εναποθέτουν την ενέργειά τους και έτσι παραμένουν μη ανιχνεύσιμα και οδηγούν στο αποτέλεσμα των «ψευδών πληροφοριών» (artifacts) λόγω εξασθένησης, που είναι σημαντικό εμπόδιο στην ερμηνεία των εικόνων καρδιάς.

Τέτοιες «ψευδείς πληροφορίες» παρατηρούνται συχνά σε άνδρες που το αριστερό ημιδιάφραγμα επισκιάζει το κατώτερο τμήμα του μυοκαρδίου και σε γυναίκες με μεγάλο ή πυκνό στήθος.

1. Παράδειγμα του φαινομένου μπορεί ν’ απεικονισθεί σε τομή ελλειπτικού κυλίνδρου με ομοιόμορφο διάλυμα Tc^99m που θα δείχνει το θερμό περίγραμμα και το ψυχρό κέντρο, χαρακτηριστικά artifacts μιας τόσο μεγάλης πηγής
2. Ενώ η ίδια τομή μετά από απλή διόρθωση εξασθένησης δείχνει όμοια κατανεμημένη την ραδιενεργό ουσία.

1.	2.

 

3. Τομή φυσιολογικού μυοκαρδίου ανδρός με την χαρακτηριστική διαφραγματική πληροφορία.



4. Τομή φυσιολογικής αιμάτωσης μυοκαρδίου γυναίκας που δείχνει το artifact λόγω εξασθένησης από το στήθος στο ανώτερο τοίχωμα.

(οι περιπτώσεις 3 και 4 προσομοιάζουν σε εικόνες από υποαιματούμενες περιοχές)

5. Artifact κίνησης ασθενούς.

Οσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος της εξέτασης τόσο οι πιθανότητες να κινηθεί ο εξεταζόμενος, αυξάνουν.

6. Artifact κακής στατιστικής.

Οταν η στατιστική των τομών είναι χαμηλή είναι προτιμότερο να μην αφαιρείται το υπόστρωμα γιατί η εικόνα της καρδιάς φαίνεται ανομοιογενής.

Επιστροφή

Αναγκαιότης τεχνικής διόρθωσης STEP

(STEP: SIMULTANEOUS TRANSMISSION EMISSION PROTOCOL)

 

ΙΔΑΝΙΚΑ ΚΑΘΕ ΣΩΜΑ ΕΧΕΙ ΜΙΑ ΜΟΝΑΔΙΚΗ "ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ" Καλύτερος τρόπος προσέγγισης: @ Η ΕΞΑΤΟΜΙΚΕΥΣΗ ΤΗΣ ΔΙΟΡΘΩΣΗΣ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗΣ

Είναι γεγονός, ότι υπάρχει ένα τεράστιο πλήθος διαφορετικών κατασκευών σώματος, και ιδεατά καθένας θα είχε τη δική του «φυσιολογική κατανομή» στην SPECT απεικόνιση. Η καλύτερη προσέγγιση στην αναγνώριση αυτής είναι οι διορθώσεις εξασθένησης να γίνονται εξειδικευμένες για κάθε άτομο.

Αν ο τύπος του ιστού σε κάθε στοιχειώδη όγκο μιας τομής είναι γνωστός ή μπορεί να μετρηθεί θεωρητικά, η εξισορρόπηση της εξασθένησης θα ήταν εφικτή και ποσοτικές μετρήσεις θα ήταν ακριβείς. Απαιτείται, λοιπόν, στην τομογραφία [SPECT] μυοκαρδίου η γνώση της γεωμετρίας και ο συνδυασμός συντελεστών εξασθένησης για τον πνεύμονα, αέρα, μαλακό ιστό και οστούν.

Η απαιτούμενη πληροφορία μπορεί να εξαχθεί από σάρωση με τεχνική διάδοσης ταυτόχρονα ή κατ’ ακολουθία με τη σάρωση εκπομπής. Αυτή θα χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία χάρτη εξασθένησης και τη διόρθωση κατά την ανασύσταση της εικόνας με προσεγγιστικές μεθόδους.

Η λήψη εικόνας διάδοσης με σύστημα ενός ανιχνευτού απαιτεί την κατ’ ακολουθία εκτέλεσή του, μετά το σπινθηρογράφημα εκπομπής. Με σύστημα πολλών ανιχνευτών, ο ένας ανιχνευτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί με συγκλίνοντα κατευθυντήρα, για τη δημιουργία χάρτη εξασθένησης με πηγή Co⁵⁷ και δύο από αυτούς με κατευθυντήριες παράλληλων οπών να συλλέγουν δεδομένα εκπομπής. Οι παράλληλοι κατευθυντήρες, οι πλέον διαδεδομένοι σε χρήση, έχουν παράλληλες οπές, κάθετες στην επιφάνεια του κρυστάλλου. Οι συγκλίνοντες ανιχνευτές, έχουν οπές που συγκλίνουν σε σημείο ή γραμμή μπροστά από την κεφαλή, έτσι δημιουργούν πεδίο που στενεύει με την αύξηση της απόστασης από τον κατευθυντήρα. Με αυτούς όργανα, μεταξύ του κατευθυντήρα και του σημείου ή γραμμής σύγκλισης, μεγεθύνονται. Το πλεονέκτημά τους είναι η βελτίωση της ευαισθησίας και της διακριτικής ικανότητας της τομογραφίας και η απεικόνιση μικρών οργάνων, όπως η καρδιά, σε μεγαλύτερο μέρος της επιφάνειας του κρυστάλλου. Χρησιμοποιούνται σε συστήματα πολλών κεφαλών για την καταγραφή των εικόνων διάδοσης σε κλινικά λογικό χρόνο και με σχετικά χαμηλής ενεργότητoς πηγές.

Σε σύγκριση εικόνων μυοκαρδίου με παράλληλων οπών και συγκλίνοντα κατευθυντήρια μια δεύτερη βλάβη είναι δυνατόν ν'ανιχνευθεί στη μελέτη με τον συγκλίνοντα. Ομοια, τα ελλείμματα σε μία τομή είναι, συνήθως, πλέον προφανή με τον συγκλίνοντα κατευθυντήρα.

Οι συγκλίνοντες κατευθυντήρες μειονεκτούν, όμως, σε ότι μπορεί να αποκόπτουν μέρος του ενδιαφέροντος πεδίου. Οσο μεγαλύτερο το εστιακό μήκος, τόσο μικρότερη η αφαίρεση πεδίου δεδομένων διάδοσης. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε παχείς ασθενείς. Εντούτοις, με πολύ μεγάλο εστιακό μήκος, η δέσμη διάδοσης μπορεί να μειωθεί λόγω οπισθοσκέδασης, σε γειτονικό ανιχνευτή.

Σε συστήματα δύο ή τριών κεφαλών, η πηγή διάδοσης, γραμμική πηγή, με μήκος περίπου 40 cm και διάμετρο 1,5 mm είναι κλειστή πηγή, θωρακισμένη σε κέλυφος από ανοξείδωτο χάλυβα, απέναντι από τον ένα ανιχνευτή.

Στην περίπτωση συστήματος δύο ανιχνευτών, με παράλληλων οπών κατευθυντήρες, με τεχνική ταυτόχρονης σάρωσης εκπομπής-διάδοσης και με δυνατότητα διάταξης σε γωνία 90^ο, η ράβδος-πηγή σαρώνει κατά τον επιμήκη άξονα ολόκληρο το πεδίο με ταχύτητα ελεγχόμενη από το χρήστη. Γίνεται ταχεία λήψη δεδομένων, και διάδοσης και εκπομπής, σε τόξο 180^ο.

Διάφορες πηγές ραδιοϊσοτόπων έχουν επιλεγεί ως πηγές διάδοσης, με χαρακτηριστικά ενέργειας κατάλληλα για την απόκριση της γ-camera. Ταυτόχρονη λήψη δεδομένων εκπομπής με Tl²⁰¹ ή Tc^99m σε τομογραφίες μυοκαρδίου και δεδομένων διάδοσης γίνονται με πηγή γαδολινίου με ενέργεια 99 KeV και χρόνο ημιζωής αρκετά μεγάλο Τ_1/2=242 ημέρες (σχετικά μακρόβια πηγή).

χαρακτηριστικά πηγής στην τεχνική διάδοσης

ΡΑΔΙΟΙΣΟΤΟΠΟ		ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΦΩΤΟΝΙΩΝ
Tc 99m Co 57 Gd 153 Am 241			140 Kev 122 KeV 99 KeV 60 KeV

Μετρήσεις με δοσίμετρα θερμοφωταύγειας έδωσαν την κατανομή της συνεισφοράς της δόσης από την πηγή διάδοσης με μέγιστες τιμές ολίγων microSievert (μSv) ενώ η πιθανή ακτινοβολία διαρροής με την πηγή σε θέση ηρεμίας, σε απόσταση 1 μέτρου δεν ξεπερνά τον ρυθμό του 1μSv/h.

Αλγόριθμοι για τη διόρθωση της εξασθένησης μετά τη λήψη των δεδομένων μπορούν να ταξινομηθούν αδρά σε δύο κατηγορίες.

Αναλυτικοί που βασίζονται σε μαθηματικά μοντέλα εξασθένησης και

Εμπειρικοί βασισμένοι σε απ’ ευθείας μετρήσεις εξασθένησης.

Ο πλέον χρησιμοποιούμενος αλγόριθμος στην SPECT μέχρι σήμερα είναι η τεχνική οπισθοπροβολής FBP (Filtered Back Projection). Για ιδανική λήψη πληροφοριών που δεν θα επηρεάζετο από διάφορους παράγοντες όπως π.χ. φυσικοί παράμετροι του συστήματος, ο αλγόριθμος αυτός δίδει αξιόπιστες απεικονίσεις.

Επιστροφή

Για τη λήψη «ποσοτικών» εικόνων, όμως, στην καρδιά

1. Ενδείκνυται η χρήση προσεγγιστικών αλγορίθμων ανασύστασης, όπως ο ML-EM (Maximum-Likelihood-Expectation-Maximisation) (Μεγίστη πιθανότητα αναμενόμενης βελτιστοποίησης).

2. Ο χάρτης εξασθένησης είναι απαραίτητη διόρθωση στις λήψεις κάθε εξεταζόμενου με STEP και με μεγάλο αριθμό προβολών λήψεων.

3. Απαιτείται, επίσης, έλεγχος με πρότυπα απεικόνισης στις τρεις διαστάσεις. (Σε τριών διαστάσεων απεικόνιση φυσιολογικής αιμάτωσης μυοκαρδίου με προοπτική από τη βάση είναι πιθανόν ν’ απεικονίζονται ψευδώς ελλείμματα στη βάση λόγω εξασθένησης από το διάφραγμα και με προοπτική από την κορυφή ελλείμματα στην κορυφή, λόγω φυσιολογικής λέπτυνσης του μυοκαρδίου).

Τα πιθανά σφάλματα στην STEP τεχνική βρίσκονται:

• στον καθορισμό του χάρτη εξασθένησης
• η ακρίβεια
• ο θόρυβος
• η χωρική διακριτική ικανότητα
• η αποκοπή πεδίου
• στη διόρθωση του φαινομένου σκέδασης
• στην απόκριση ανιχνευτή / κατευθυντήρα
• στη μη ταύτιση δεδομένων διάδοσης και εκπομπής

Η STEP τεχνική δίδει την δυνατότητα βελτίωσης της

• ποιότητας της εικόνας και
• ακρίβειας των μετρήσεων

αλλά και την υπόσχεση βελτίωσης

• της κλινικής διάγνωσης με τη διόρθωση «ψευδών πληροφοριών»
• της ταχύτητας λήψης εικόνας με την γεωμετρία πολλαπλών ανιχνευτών, στις παράλληλες τεχνικές εκπομπής και διάδοσης.

Στην Τομογραφία Μυοκαρδίου με γ-camera

• Η ακριβής εξισορρόπηση εξασθένησης με STEP
• Οι αλγόριθμοι διόρθωσης κίνησης
• Τα συστήματα πολλών ανιχνευτών
• Η τεχνική Gated SPECT

μειώνουν τις ψευδείς πληροφορίες και αυξάνουν την αξιοπιστία της μεθόδου.

 

Εισήγηση
Μ. Λύρα-Γεωργοσοπούλου
5^ο Πανελλήνιο Συνέδριο Πυρηνικής Ιατρικής
Στρογγυλή τράπεζα: Ανάπτυξη νέων τεχνολογιών απεικόνισης
στην Πυρηνική Ιατρική

Maria Lyra Georgosopoulou
Assoc. Prof. Medical Physicist
University of Athens
email: mlyra@medimaging.gr

Επιστροφή