Verkürzung der Transmissionszeit bei einem Positronen-Emissions-Tomographen (PET) durch die segmentierte Schwächungskorrektur

Abstract

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein bildgebendes nuklearmedizinisches Verfahren, mit dem Stoffwechselvorgänge quantitativ analysiert werden können. Die wichtigste Korrektur um quantitative Bilder zu erhalten, ist die Korrektur der im Patienten absorbierten Photonen. Die Standardmethode der Schwächungskorrektur (Messung der Patientenschwächung im Koinzidenzmodus) benötigt, um eine ausreichende Bildqualität zu gewährleisten, eine Meßzeit von 15-20min pro Bettposition (~15cm). Diese Meßzeit kann durch den Einsatz der 'segmentierten Schwächungskorrektur' (SAC) verkürzt werden. Das Ziel der Arbeit war die Reduktion der Transmissionsmeßzeit bei einem GE ADVANCE Scanner. Es wurden drei Verfahren entwickelt und getestet:

1. TSH = Transmissions-Segmentierung mit Histogramm-Fit 2. TSF = Transmissions-Segmentierung mit Fuzzy-Inferenz 3. ESF = Emissions-Segmentierung mit Fuzzy-Inferenz

Mit TSH konnte eine klinische Transmissionszeit von 50s-90s pro Bettposition ohne Verlust an Genauigkeit erreicht werden. Das Verfahren ist damit im Vergleich zu dem seit diesem Jahr herstellerseitig angebotenen Segmentierungstools um den Faktor 2 schneller. Die Segmentierung mit TSH wurde 1997 zusammen mit der iterativen Rekonstruktion für Emissionsdaten als Programmpaket 'SAC/IR' in der klinischen Routine als Standardverfahren integriert und seither bei allen Ganzkörperuntersuchungen angewendet. Mit Fuzzy Logic (TSF) und den lokalen Korrekturen kann im Vergleich zur Standardsegmentierung noch ein Zugewinn von 10-15s in der Meßzeit erreicht werden. Mit dem dritten System - ESF - lassen sich Genauigkeiten von 10-15 ohne Transmissionsmessung erreichen, wobei dieses System für den klinischen Routineeinsatz noch verbessert werden müßte. Der signifikanteste Schritt war aber die Einführung von IR/SAC (mit TSH) 1997 als Standardmethode, die es erlaubte, quantitative Bildauswertung bei Ganzkörperstudien durchzuführen und zudem die Bildqualität drastisch zu erhöhen.

Positron Emission Tomography (PET) is a nuclear medicine imaging device, which has the potential for quantitative analysis of metabolic rates. The most important correction used to obtain quantitative images is the correction of photon absorption (attenuation) within the patient. The standard procedure in transmission scanning (measuring the attenuation of a patient in coincidence mode) requires scan times from 15-20 min. per bed position (~15cm) to assure accurate quantitative imaging. This is the reason why this method is not wholly suitable for whole body PET imaging. The aim of this study was to reduce the transmission scan time for a GE-ADVANCE scanner by the so-called segmented attenuation correction (SAC). Three different methods for segmented attenuation correction were implemented and tested:

1. TSH: Transmission Segmentation by Histogram Fitting 2. TSF: Transmission Segmentation by Fuzzy Inference 3. ESF: Emission Segmentation by Fuzzy Inference

TSH allows for transmission scan times within a range of 50-90 sec. per bed position in clinical routine, which is, compared to standard GE segmentation, an improvement in scan time by a factor of 2. TSH was introduced into clinical routine in 1997 together with an iterative reconstruction technique (IR) as a standard reconstruction method and applied to all whole body studies up to date. Fuzzy Logic - TSF - with local segmentation operators can provide a further improvement of about 10-15 sec. in scan time compared to TSH clinical standard segmentation. ESF allows the calculation of attenuation maps from emission scans with an accuracy of 10-15 in image quantification without any transmission scan, but it needs further improvement to become clinically applicable. However, the greatest impact on clinical routine was the introduction of SAC/IR (with TSH) in 1997 as standard reconstruction protocol, making attenuation correction available and significantly increasing image quality for whole body PET studi