Моделирование полно-кольцевой ОФЭКТ-системы на основе CZT для визуализации всего тела с использованием 99mTc и 177Lu

Введение: Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) доказала свою ценность при ряде клинических показаний. Несмотря на достигнутый прогресс, пока нет ОФЭКТ-системы с высокой чувствительностью и высоким пространственным разрешением, большим полем обзора и возможностью визуализации нескольких радионуклидов, пригодной для сканирования всего тела с широким спектром радиофармпрепаратов для тераностики.

Цель: Для восполнения этого технологического пробела мы разработали полно-кольцевой ОФЭКТ-сканер на основе теллурида кадмия и цинка (CZT), оснащённый вольфрамовым коллиматором с широким энергетическим диапазоном. В перспективе система должна обеспечить визуализацию нескольких радионуклидов головного мозга и всего тела. Наша стационарная система ОФЭКТ не использует стандартную схему с вращающимися двух- и трёхдетекторными камерами, что позволяет увеличить эффективную площадь детектирования при каждом сканировании и повысить чувствительность. Работу системы мы оценили на реалистичной модели детектора с помощью моделирования фантомов размером с человеческое тело, заполненных 99mTc и 177Lu.

Методы: Реалистичную модель детектора создали с помощью Монте-Карло моделирования в программе Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) в сочетании с конечно-элементной моделью отклика CZT. В модели учитывали низкоэнергетический хвост спектра CZT, влияющий на чувствительность и коррекцию рассеянного излучения. Реализовали модифицированную коррекцию рассеяния по двум энергетическим окнам, адаптированную для CZT. Также учитывали ослабление излучения, отклик детектора и коллиматора, а также зазоры и краевые эффекты детектора. Изображения реконструировали алгоритмом максимизации правдоподобия методом ожидания-максимизации. Характеристики детектора и реконструкции оценивали с помощью точечных источников, фантомов Деренцо и фантома NEMA для оценки качества изображения (IQ), имитирующего тело человека; исследовали оба радионуклида — 99mTc и 177Lu.

Результаты: При экспозиции 3 мин система различала стержни диаметром 7,9 мм для 99mTc (140 кэВ) и 9,5 мм для 177Lu (208 кэВ) в горячем фантоме Деренцо. При экспозиции 6 мин контраст изображения в фантоме NEMA IQ составлял 78% для 99mTc и 57% для 177Lu. Предложенная модификация коррекции рассеяния улучшила отношение восстановления контраста по сравнению со стандартной коррекцией.

Выводы: Показаны хорошие характеристики разработанной системы при визуализации всего тела. Это дополняет ранее продемонстрированные преимущества системы перед современными двухдетекторными камерами на основе NaI при качественной и количественной визуализации перфузии головного мозга с 99mTc и транспорта дофамина с 123I. Качество изображения и контраст при исследовании 99mTc сопоставимы с показателями коммерческой полно-кольцевой ОФЭКТ-системы VERITON. При визуализации 177Lu по фотонам с энергией 208 кэВ система обеспечивает контраст, сопоставимый с другими современными ОФЭКТ-системами, при значительном сокращении времени экспозиции. Высокая чувствительность и расширенный до 250 кэВ энергетический диапазон делают эту систему перспективной для клинической визуализации и тераностики с применением новых радионуклидов.