Markus Diemling Hermes Medical Solutions, Stockholm
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Markus Diemling Hermes Medical Solutions, Stockholm und Medizinische Universität, Wien Zürich, 2016-10-29 Einleitung Methoden Parameter und Korrekturen SUV SPECT Warum brauchen wir überhaupt SPECT & Rekonstruktion? SPECT/CT IMAGING Benefits to Clinical Nuclear Medicine. Published by Lance Morrey SPECT/CT IMAGING Benefits to Clinical Nuclear Medicine. Published by Lance Morrey Was genau passiert bei SPECT? Was genau passiert bei SPECT? Was genau passiert bei PET? Projection Sinogram Angle +90° 0° -90° Position Die Rekonstruktion soll daraus wieder ein Bild machen. Filtered Back Projection Iterative Rekonstruktion Die Rekonstruktion soll daraus wieder ein Bild machen. Projection Filtered Back Projection Backprojection Objekt 4 projections Backprojection Erster Parameter: Anzahl der Projektionen 16 projections 128 projections Filter für die Backprojection Idealer Ramp Filter Reduziert1/r Unschärfe, verstärkt Details. Verstärkt aber auch Rauschen Ramp Filter mit “Roll-Off” Statistisches Rauschen wird durch “Roll-off” geglättet 4 projections Backprojection Object Filtered Backprojection FBP Zweiter Parameter: Art und Stärke des Filters 16 projections 128 projections Filtered Backprojection Iterative Reconstruction Iterative Rekonstruktion Iteration 1 image space projection space projection Estimated projection Measured projection Current estimate Update backprojection Error image Error projection Compare (e.g. – or / ) Iterative Rekonstruktion Iteration 2 image space projection space projection Estimated Estimate projection d projectio n Current estimate Measured projection Update backprojection Error image Error projection Compare (e.g. - or / ) Iterative Rekonstruktion Iteration N projection space image space projection Estimated Estimate Estimated projection dprojection d projectio n n Current estimate Measured projection Update backprojection Error image Error projection Compare (e.g. - or / ) Iterative Rekonstruktion Dritter Parameter: Anzahl der Iterationen Filtered Back Projection oder Iterative Rekonstruktion ?? Scan duration 7 min 5 min 3 min Filtered Backprojection Iterative Reconstruction Townsend, Phys Med Biol 2008; 53 Filtered Backprojection Iterative Reconstruction Anzahl der Projektionen Art und Stärke des Filters Anzahl der Iterationen Anzahl der Projektionen Art und Stärke des Filters Filtered Back Projection: - Pre-filter - Butterworth - Wiener - Metz Iterative Recon: - Post-filter - Gauss - Butterworth Gauss Filter FWHM = 0,0 cm FWHM = 1,0 cm FWHM = 0,6 cm FWHM = 1,5 cm FWHM = 0,8 cm FWHM = 2.0 cm Der Optimale Filter hängt ab von: Organ der Untersuchung Radiophamacon Patientengewicht Aufnahmeparameter (Zeit pro Projektion, Matrix Größe) Persönlichen Vorlieben .... Viele quantitative Programme verlangen bestimmte Filter: QGS, BRASS, … Anzahl der Iterationen …und Subsets B. Hutton, UCL OSEM – ordered subset expectation-maximization MLEM – maximum likelihood expectation-maximization Anzahl der Iterationen …und Subsets Es gibt keine fixe Regeln Lässt man das Produkt aus Subsets und Iterationen konstant, bekommt man ähnliche Ergebnisse. Also 4 Iterationen und 8 Subsets sind ähnlich wie 8 Iterationen und 4 Subsets. Mehr Iterationen machen den Prozess langsamer Mehr Subsets machen den Prozess schneller, aber die Qualität schlechter Anzahl der Projektionen Art und Stärke des Filters Anzahl der Iterationen Schwächungskorrektur Streustrahlungskorrektur – Scatter Correction Auflösungskorrektur – Resolution Recovery SUV SPECT Schwächungskorrektur SPECT images (top) of uniform cylindric phantom and corresponding count profiles (bottom) along a line through center of image. Youngho Seo et al. J Nucl Med 2005;46:868-877 (c) Copyright 2014 SNMMI; all rights reserved Immer verwenden, sonst ist keine Quantifizierung möglich Idealerweise mittels CT Chang bei Hirnstudien ausreichend validiert und aus Strahlenschutzgründen sehr angebracht. Streustrahlungskorrektur – Scatter Correction Scatter entsteht im Patienten aber auch in Kollimator und Detektor. Scatter ist abhängig von: Isotop (Energie des Zerfalls) Dichte und Verteilung des Gewebes Verteilung des Tracers im Körper Energie-Fenster der Kamera Scatter Anteil: SPECT: abhängig vom Isotop 2D-PET: 10 % 3D-PET: 35-45 % I-131 Scatter – You cant‘ always ge what you want! 81,1 % This is what you get This is what you want M. Ljungberg, IAEA Publication, 2004 Energy (keV) Trues % Penetration % Scatter % 364 26,8 34,8 17,8 637 0,22 6,4 8,4 723 0,04 1,8 2,7 Streustrahlung beeinflusst in SPECT und PET Den Kontrast Die quantitative Genauigkeit Ein wenig die Auflösung Korrekturmöglichkeiten: Niedriger energetisches Fenster extra messen und abziehen (Dual oder Triple Energy Windows Method) – SPECT Hintergrund außerhalb des menschlichen Körpers als Maß für Scatter hernehmen und abziehen Monte Carlo Simulation mittels CT Auflösungskorrektur – Resolution Recovery Klinische Beispiele OSEM OSEM Attenuation correction OSEM Attenuation correction Collimator correction OSEM AC + RR + SC Uncorrected OSEM Fully corrected OSEM OSEM No corrections HERMES Hybrid Reconstruction In111 OctreoScan Motivation SUV wird in PET seit Jahrzehnten verwendet, ist klinisch validiert und nicht mehr aus der PET/CT Diagnose wegzudenken.[1] SUV wird verwendet, um die Variabilität in der Tracer-Speicherung auszugleichen. Diese wird verursacht durch unterschiedliche Größe der Patienten und unterschiedliche Tracer-Dosis. Diese Variationen sind die größten unterschiede zwischen PET Aufnahmen. Keyes JW Jr (1995) SUV: standard uptake or silly useless value? J Nucl Med 36: 1836–1839. Konzept Klinische Beispiele 99mTc-MDP Image Presentation Count presentation Patient 1 Pre Treatment Patient 1 Post Treatment 600MBq 99mTc-MDP bone scan SUV presentation Patient 1 Pre Treatment Patient 1 Post Treatment 99mTc-HMPAO Epilepsy SUV SPECT Perfusion Quantification Initial / Pre-surgery 23 April 2014 Sum of SUVbw 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 Upper Middle Lower RIGHT LEFT Upper LEFT RIGHT Lobar Anatomy Initial / Pre-surgery Follow Up / Post-surgery 23 May 2014 Lower FollowUp / Post-surgery [email protected]
