مطالعه ای در زمین بهینه سازی کولیماتور medium energy برای تصویربرداری کمّی با رادیو ایزوتوپ 90Y در تصویربرداری SPECT

Abstract

رادیوایزوتوپ ایتریم-90 (90Y) رادیوایزوتوپی تابش کننده پرتو بتای خالص است که نقش کلیدی در درمان رادیونوکلئیدتراپی هدفمند (TRT) تومورهای سرطانی اولیه و متاستاتیک کبد و لنفوم غیرهوچکین ایفا میکند. در این مطالعه، تاثیرات هندس کولیماتور روزنه‌موازی بر تصویربرداری با رادیوایزوتوپ 90Y از نظر کمّی و کیفی مورد ارزیابی قرار گرفته است.مواد و روش کار: سیستم تصویربرداری SPECT زیمنس مدل e.cam به انضمام کولیماتور روزنه‌موازی "انرژی متوسط"(ME) توسط برنامه SIMIND مونت کارلو شبیه‌سازی و با تصویربرداری از چشمه نقطه‌ای و فانتوم Jaszczak حاوی رادیوایزوتوپ 67Ga بوسیل هر دو سیستم های شبیه سازی و تجربی تعیین صحت گردید. سپس، کولیماتور ME دراقطارروزنه ای 35/2 ،59/2، 82/2، 94/2، 06/3 و 3/3 میلیمتر شبیه سازی و اسکن های چشمه نقطه‌ای، فانتوم Jaszczak و فانتوم بدنی XCAT با رادیوایزوتوپ 90Y انجام گردید. مقایسه کیفیت تصاویر توسط مقایسه شاخص شباهت ساختاری (SSIM)و دو متخصص پزشکی هسته ای انجام گرفت.نتایج: مقادیر حساسیت، تفکیک انرژی و فضایی سیستمهای تجربی وشبیه سازی بدست آمده در فاصله ده سانتیمتری چشمه نقطه ای از سطح کولیماتور به ترتیب (68/34 ،71/34) بواحد(Cps/MBq)، (99/12 ،95/12) درصد و (94/4 ،8/4) میلیمتر انطباق مناسبی نشان دادند. همین مقادیر برای اسکن چشمه نقطه ای 90Y با کولیماتور ME بترتیب (Cps/MBq) 98/4، 1/14 میلیمتر و 00/2 درصد و برای کولیماتور بهینه شده ME (با ارتفاع ، ضخامت تیغه و قطر روزنه به ترتیب 8/32 ،14/1 و 3/3 میلیمتر) به ترتیب 41/6 (Cps/MBq)، 15 میلیمتر و 09/2 درصد بدست آمد. مقادیر کنتراست جسم کروی داغ 1/19 میلیمتری فانتوم Jaszczak به ترتیب برای کولیماتور ME و کولیماتور بهینه :79/57 و 99/61 درصد بدست آمد. همچنین مقادیر SSIM برای تصاویر اسکن فانتوم Jaszczak و XCAT با کولیماتور بهینه در مقایسه با کولیماتور ME به ترتیب 543/0 و 232/0 بدست آمد. مقادیر FOM (خطا در تخمین اکتیویته) با استفاده از اسکن کبد فانتوم XCAT با کولیماتور ME و کولیماتور بهینه به ترتیب : 45/684 و 85/538 کیلوبکرل بدست آمد. نتایج بدست آمده از اسکن های 90Y نشان داد، کولیماتور ME با ارتفاع ، ضخامت تیغه و قطر روزنه به ترتیب 8/32 ،14/1 و 3/3 میلیمتر حساسیت ،کنتراست تصاویر و FOM را به ترتیب به میزان 71/23 ، 38/14 و4/21 درصد نسبت به کولیماتور متداول ME افزایش داده است .همچنین اسکن های کبدی فانتوم XCAT این کولیماتور کیفیت آشکارسازی ضایعات داغ را در تصاویر SPECT از نظر متخصصین پزشکی هسته ای 42/20 درصد بهبود داد., Yttrium-90 (90Y) is a pure beta-emitting isotope that plays a key role in the Targeted Radionuclide Therapy (TRT) treatment of primary and metastatic liver tumors and non-Hodgkin lymphoma. In this study, the effects of geometry of a parallel-hole collimator on the quality of the 90Y bremsstrahlung SPECT images were qualitatively and quantitatively evaluated. Materials and Methods: A Siemens e.cam SPECT imaging system equipped with a conventional "medium energy" (ME) parallel-hole collimator was simulated by SIMIND Monte Carlo simulation program and validation was done by a 67Ga point source and Jaszczak phantom scan with the both simulated and experimental systems. Then, the collimator with hole diameter ranges of 2.35, 2.59, 2.82, 2.94, 3.06, 3.3 (mm) were simulated and scan of a point source, a Jaszczak Phantom and also a XCAT phantom were done by 90Y radioisotope. Image quality was assessed by the images comparing of Structrual SIMilarity index (SSIM) and by interpreting of two nuclear medicine specialists. Results: The sensitivity, spatial resolution and energy resolution values obtained from the experimental and simulated systems for a distance of 10 centimeters from the point source to the ME collimator showed proper superimposition by (34.68, 34.71) (Cps/MBq), (12.99, 12.95) percent and (4.94, 4.8) millimeter, respectively. The same parameters for a 90Y point source scanning with the ME collimator was calculated to 4.98 (Cps/MBq), 2.00 (%) and 14/1(mm), respectively, and for the optimum collimator (with a collimator thickness, septal thickness and hole diameter of 32.8, 1.14 and 3.3 millimeter) calculated to 6.41(Cps/MBq), 2.09 (%) and 15 (mm) ,respectively. The calculated contrast for 19.1(mm) hot sphere of the Jaszczak phantom with ME collimator and optimized collimator was were 57.79 and 61.99 respectively. As well as the SSIM index values for the Jaszczak and the XCAT phantom images obtained with optimized collimator compared to the ME collimator were 0.543 and 0.232 respectively. The FOM (error of radioactivity estimation) for liver scans of XCAT phantom with ME and optimized collimators were determined 684.45 and 538.85 (KBq) respectively .The results obtained from 90Y simulated scans demonstrated that the ME collimator with a collimator thickness, septal thickness and hole diameter of 32.8, 1.14 and 3.3 millimeter in comparison to the conventional ME collimator have increased the sensitivity, the contrast and the FOM up to 23.71%, 14.38% and 21.4%, respectively. In addition, this collimator improved the detectability of the liver hot lesion as much as 20.41% from the point of view of diagnostic interpretation.