シーメンスIQ-SPECTとSMARTZOOMコリメータを用いたTc-99m/I-123デュアル放射性核種心筋灌流/神経支配同時イメージング

Simultaneous Tc-99m/I-123 dual-radionuclide myocardial perfusion/innervation imaging using Siemens IQ-SPECT with SMARTZOOM collimator.

抄録

デュアル放射性核種心筋灌流/神経支配同時SPECT画像は、瘢痕組織と脱神経領域のミスマッチに関する重要な情報を提供することができる。心臓イメージング用に開発されたシーメンスのIQ-SPECTシステムは、多焦点SMARTZOOMコリメータを使用することで、一般的なパラレルホール低エネルギー高分解能コリメータと比較して、心臓領域で4倍の感度を達成するが、従来の収束ビームコリメータで生じる可能性のあるデータの切り捨てはない。感度の向上により、画像収集時間の短縮や患者線量の低減が可能となり、IQ-SPECTは、患者の放射線被曝を低減するために投与放射能の低減が望まれるデュアル放射性核種同時SPECTに理想的である。しかしながら、クロストークはデュアル放射性核種イメージングにおける画質に影響を与える主要な要因である。本研究では、IQ-SPECTデータにおけるクロストークを推定・補正できるモデルベースの手法を開発した。クロストーク・モデルは被写体とコリメータ・検出器システムにおける相互作用を考慮したものである。被写体内の散乱は、平行穴コリメータによる散乱をモデル化するために開発された有効線源散乱推定法（ESSE）を用いてモデル化した。幾何学的コリメーター-ディテクター応答はIQ-SPECTプロジェクターで解析的にモデル化されました。そして推定されたクロストークを反復再構成処理で補正した。新しい方法はモンテカルロシミュレーションと物理的ファントム実験の両方から得られたデータで検証された。その結果、推定されたクロストークはシミュレーション結果および測定結果とよく一致した。モデルベースの補正後、同時二核種撮影からの画像は、クロストーク汚染のない一核種撮影からの画像と同程度の品質であった。提案されたモデルベースの方法は、IQ-SPECTを用いて取得された同時デュアル放射性核種画像を改善するために用いることができる。この研究はまた、ESSE散乱モデリングが非平行ビーム投影形状に適用できることを実証している。

Simultaneous dual-radionuclide myocardial perfusion/innervation SPECT imaging can provide important information about the mismatch between scar tissue and denervated regions. The Siemens IQ-SPECT system developed for cardiac imaging uses a multifocal SMARTZOOM collimator to achieve a four-fold sensitivity for the cardiac region, compared to a typical parallel-hole low-energy high-resolution collimator, but without the data truncation that can result with conventional converging-beam collimators. The increased sensitivity allows shorter image acquisition times or reduced patient dose, making IQ-SPECT ideal for simultaneous dual-radionuclide SPECT, where reduced administrated activity is desirable in order to reduce patient radiation exposure. However, crosstalk is a major factor affecting the image quality in dual-radionuclide imaging. In this work we developed a model-based method that can estimate and compensate for the crosstalk in IQ-SPECT data. The crosstalk model takes into account interactions in the object and collimator-detector system. Scatter in the object was modeled using the effective source scatter estimation technique (ESSE), previously developed to model scatter with parallel-hole collimators. The geometric collimator-detector response was analytically modeled in the IQ-SPECT projector. The estimated crosstalk was then compensated for in an iterative reconstruction process. The new method was validated with data from both Monte Carlo simulations and physical phantom experiments. The results showed that the estimated crosstalk was in good agreement with simulated and measured results. After model-based compensation the images from simultaneous dual-radionuclide acquisitions were similar in quality to those from single-radionuclide acquisitions that did not have crosstalk contamination. The proposed model-based method can be used to improve simultaneous dual-radionuclide images acquired using IQ-SPECT. This work also demonstrates that ESSE scatter modeling can be applied to non-parallel-beam projection geometries.