Yttrium-90 görüntülemede kolimatör ve enerji penceresi optimizasyonu
Collimator and energy window optimization for yttrium-90 imaging
Yazar: CANER İNCE
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM KARADENİZ ; PROF. DR. HATİCE DURAK
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine
Dizin: Görüntüleme sistemleri = Imaging systems ; Radyonüklid görüntüleme = Radionuclide imaging ; Tomografi-emisyon-bilgisayarlı-tek foton = Tomography-emission-computed-single-photon ; Tıbbi fizik = Medical physics ; İtriyum = Yttrium

Özet:
Amaç: Yttrium-90, hedeflenmiş radyonüklid tedavisinde, primer hepatik ve metastatik tümörlerinde (mikroküreler ile radyoembolizasyon) kullanılır. Yttrium-90; fiziksel yarı ömrü 2.67 gün olan saf beta yayınlayıcı bir izotoptur. Yayılan parçacıklar 2.27 MeV' lik maksimum enerjiye sahiptir ve ortalama enerjileri 0.93 MeV' dir. Konvansiyonel SPECT görüntülemede, Tc-99m gibi bariz fotopike sahip (140 keV enerji fotopiki) gama yayınlayıcı radyoizotoplar kullanılır. Bunun aksine Yttrium-90 bremsstrahlung fotonları, beta parçacıklarının hasta vücudu ile etkileşiminden üretilir ve belirgin bir fotopiki olmayan sürekli ve geniş bir enerji spektrumuna sahiptir. Dolayısıyla görüntü kalitesi seçilen enerji penceresine ve ayrıca kolimatöre bağlıdır. Bu çalışmada Yttrium-90 kaynağı ile optimum bremsstrahlung görüntüleme şartlarının belirlenmesi hedeflenmiş, bu amaçla kolimatör, kaynak-kolimatör mesafesi ve enerji pencere genişliklerinin görüntü kalitesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yöntem: Araştırmada, Philips Forte JET stream markalı, iki başlı gama kamera sistemi ve akrilik zırh içine yerleştirilmiş 1,0 mL'lik cam flakon içinde bulunan ve ortalama 20-30 μm büyüklüğünde cam küreleri olan TheraSphere Yttrium-90 kaynağı kullanılmıştır. Planar görüntüler sırasıyla LEHR, MEGP ve HEGP kolimatörler ile 55-285 keV enerji aralığında 20 farklı enerji penceresi açılarak, iki farklı kaynak - detektör (25 ve 40 cm) mesafesi için alınmıştır. SPECT verileri; 128x128 matriks boyutu, iki rotasyon ve projeksiyon başına sayım süresi 28 saniye olmak üzere, 64 projeksiyon ile elde edilmiştir. Görüntülerin rekonstrüksiyonu filtreli geri projeksiyon ve iteratif yöntemleri ile yapılmıştır. Görüntü kalite parametreleri (hassasiyet, %FOV, kontrast ve S/B), farklı enerji pencereleri ve kolimatör kombinasyonları için araştırılmıştır.
Bulgular: Temel görüntü kalite parametreleri karşılaştırıldığında, en yüksek S/B, %FOV ve
kontrast değerleri, HEGP kolimatörü ile 25 cm' lik kaynak-dedektör mesafesinde ve planar
görüntülerde sırasıyla 34, %50 ve 436 iken; SPECT görüntülerde 460, %71, 3578 olarak
bulunmuştur.
Sonuç: Yttrium-90 vialinin en kaliteli görüntüsü, HEGP kolimatörü ve 25 cm' lik kaynakdedektör
mesafesinde, Butterworth filtre, 0,5' lik kesim frekansı ve 8' lik güç faktörü ile
Filtreli Geri Projeksiyon yöntemi kullanılarak ve 90-110 keV' lik enerji pencere seçimi ile
alınmıştır.
Anahtar Sözcükler: Yttrium-90, SPECT, Görüntüleme, Sinyal/Gürültü Oranı, Kontrast,
%FOV

Abstract:
Purpose: Yttrium-90 is used in the treatment of targeted radionuclide, primary hepatic and metastatic tumors (radioembolization with microspheres). Yttrium-90; is a pure beta-emitter isotope with a physical half-life of 2.67 days. The emitted particles have a maximum energy of 2.27 MeV and their average energy is 0.93 MeV. In conventional SPECT imaging, gamma-transmitting radioisotopes that have obvious photopeak such as Tc-99m (140 keV energy photopeak) are used. In contrast, Yttrium-90 bremsstrahlung photons are produced from the interaction of beta particles with the patient's body and have prominent non-photopeak continuous and broad energy spectrum. Accordingly, the image quality is highly dependent on the selected energy window and also collimator. In this study, the effects of the collimators, source-detector distance and energy window widths on image quality were investigated in order to determine the optimum bremsstrahlung imaging conditions with Yttrium-90 source. Methods: In the study, Philips Forte JET stream branded gamma camera system, 1.0 mL glass vials enclosed in an acrylic shield and the TheraSphere Yttrium-90 glass spheres with an average size of 20-30 μm were used. The planar images were acquired consecutively with the LEHR, MEGP and HEGP collimators for the two different source-detectors distances (25 and 40 cm) in 20 different energy windows ranging from 55 to 285 keV. SPECT data were obtained for 28 s/view for 64 projections and size of the 128x128 matrix with two rotations. The reconstruction of the images was performed by filtered back-projection and iterative methods. Image quality parameters (sensitivity, %FOV, contrast, and S/B) were investigated for different energy windows and collimator combinations.
Results: Compared to basic image quality parameters, the highest S/B, %FOV and contrast
values were found 460, %71, 3578 in the SPECT images whereas the HEGP collimator together
with a source to detector distance of 25 cm and the planar images were 34, %50 and 436,
respectively.
Conclusions: It was concluded that the best quality image of Yttrium-90 vial was taken with
HEGP collimator and choice of energy window with a width of 90-110 keV at the sourcedetector
distance of 25 cm, Butterworth filter, 0.5 cutoff frequency, and 8 order parameters
using the Filtered Back Projection method.
Key Words: Yttrium-90, SPECT, Imaging, Signal/Background Ratio, Contrast, %FOV.