陽電子レンジフリーでマルチアイソトープを用いた陽電子放出体のトモグラフィー

Positron range-free and multi-isotope tomography of positron emitters.

• Freek J Beekman
• Chris Kamphuis
• Sofia Koustoulidou
• Ruud M Ramakers
• Marlies C Goorden

抄録

小動物用PET装置の改良にもかかわらず、多くのトレーサーは陽電子の飛距離の関係で十分な高分解能が得られず、また、マルチトレーサーPETはすべての消滅光子のエネルギーが同じであることが問題となっている。本研究では、これまで無視されてきたガンマ線を利用することで、数mmの陽電子範囲を持つ同位体のマルチアイソトープやサブミリ分解能PETを実現した。高エネルギークラスターピンホールコリメータを搭載したPET-SPECT-CTスキャナ(VECTor/CT, MILabs, The Netherlands)を用いて、ファントムとマウスの124Iと124Iと18Fの混合物を撮影した。124Iは陽電子(平均射程3.4mm)に加えて603keVのプロンプトガンマを大量に放出しており、NaIの優れたエネルギー識別により、陽電子の射程に影響されない124I像を再構成するために選択された。511keVの窓で検出された光子は18F画像の再構成に用いた。画像は各同位体のエネルギー依存性行列を用いて反復的に再構成された。18F画像の124I消滅光子による汚染の補正は、モンテカルロ法によるレンジモデリングと、18F画像から減算する前の124Iガンマ線画像のスケーリングによって行った。さらに、非常に高いエネルギー(909keV)のプロンプトを放出する89Zrについて、プロンプトガンマイメージングのテストを行った。デレンゾ分解能のファントムでは、0.75mmのロッドが124I, 89Zr及び124Iと18F画像を同時に取得した場合に明確に識別可能であった。124Iと18Fの両方で満たされたリザーバーを持つファントムでの画像定量は、優れた同位体の分離と高い定量精度を示した。マウスイメージングでは、甲状腺の小さな部分に124Iを取り込み、骨の構造物に18F-NaFを同時に注入した。数 mm のポジトロンレンジを持つ同位体とマルチ同位体 PET の両方でサブ mm の分解能で PET 画像を得ることができることは、同時サブ mm PET-SPECT や経皮的高エネルギー SPECT を含む VECTor のクラスター化ピンホールイメージングの他の多くのユニークな機能に加えています。

Despite improvements in small animal PET instruments, many tracers cannot be imaged at sufficiently high resolutions due to positron range, while multi-tracer PET is hampered by the fact that all annihilation photons have equal energies. Here we realize multi-isotope and sub-mm resolution PET of isotopes with several mm positron range by utilizing prompt gamma photons that are commonly neglected. A PET-SPECT-CT scanner (VECTor/CT, MILabs, The Netherlands) equipped with a high-energy cluster-pinhole collimator was used to image 124I and a mix of 124I and 18F in phantoms and mice. In addition to positrons (mean range 3.4 mm) 124I emits large amounts of 603 keV prompt gammas that - aided by excellent energy discrimination of NaI - were selected to reconstruct 124I images that are unaffected by positron range. Photons detected in the 511 keV window were used to reconstruct 18F images. Images were reconstructed iteratively using an energy dependent matrix for each isotope. Correction of 18F images for contamination with 124I annihilation photons was performed by Monte Carlo based range modelling and scaling of the 124I prompt gamma image before subtracting it from the 18F image. Additionally, prompt gamma imaging was tested for 89Zr that emits very high-energy prompts (909keV). In Derenzo resolution phantoms 0.75 mm rods were clearly discernable for 124I, 89Zr and for simultaneously acquired 124I and 18F imaging. Image quantification in phantoms with reservoirs filled with both 124I and 18F showed excellent separation of isotopes and high quantitative accuracy. Mouse imaging showed uptake of 124I in tiny thyroid parts and simultaneously injected 18F-NaF in bone structures. The ability to obtain PET images at sub-mm resolution both for isotopes with several mm positron range and for multi-isotope PET adds to many other unique capabilities of VECTor's clustered pinhole imaging, including simultaneous sub-mm PET-SPECT and theranostic high energy SPECT.

Creative Commons Attribution license.