Hochwertige Rekonstruktionsmethoden für PET und SPECT

Das Bildrauschen und die den Patienten applizierte Dosis sind die bestimmenden Faktoren bei zahlreichen klinischen Anwendungen nuklearmedizinischer Bildgebungsverfahren (z.B. Single Photon Emission Computer Tomography - SPECT, Positronenemissionstomographie - PET). Zum Beispiel kann ein hohes Bildrauschen in zeitlich unterteilten (Gating) Untersuchungen des Herzens die klinische Wertigkeit der PET- bzw. SPECT-Untersuchung beschränken. Gleichermaßen soll die applizierte Menge des radioaktiv markierten Tracers bei onkologischen Untersuchungen von Kindern bzw. bei Untersuchungen von Patienten mit neurologischen Störungen minimiert werden. Ziel dieses Projektes ist es, die Bildqualität von SPECT- und PET-Bildern bei sehr niedrigen Zählstatistiken (hohes Rauschen, geringe applizierte Tracermenge) durch die Entwicklung neuer Bildrekonstruktionstechniken zu verbessern. Die vorgeschlagenen Verfahren, die auf fortgeschrittenen Rekonstruktionsalgorithmen beruhen, ermöglichen es, qualitativ hochwertige Bilder von verkürzten PET- und SPECT-Untersuchungen zu erhalten, bzw. für bestimmte Untersuchungen die Mengen an injizierter Radioaktivität zu verringern, was in beiden Fällen zu einem erhöhten Patientenkomfort beiträgt. Für die Validierung der vorgeschlagenen Rekonstruktionsalgorithmen werden Monte Carlo Simulationen von numerischen Phantomen und experimentellen Phantom-Aufnahmen verwendet. Ferner werden die zu entwickelnden Bildrekonstruktionsverfahren mittels PET- und SPECT-Daten von klinischen Untersuchungen validiert. Diese neuartigen Bildrekonstruktionsansätze sollen dazu beitragen, die klinische Diagnostik besonders von Patienten mit pädiatrischen Tumoren und Patienten mit neurologischen, psychiatrischen oder kardiovaskulären Erkrankungen zu verbessern.

The collaboration project between the Medical University of Vienna (MUV) and the Novosibirsk Technical University (NTU) focusing on the development of a new image reconstruction algorithm using local regularization. The project started in October 2017 and lasted for 3 years with a 4th year being added without renumeration. During this project, one PhD candidate was hired to work with the MUV team (and another PhD position being filled by the NTU team). The NTU team did focus on the theoretical foundations of the new reconstruction methodology, while the Austrian team did engage in the development of new simulation models for SPECT and PET imaging and reconstruction validation. Following the joint funding, all project partner activities were well aligned. The first image reconstructions of phantoms demonstrated promising results in terms of improved contrast-to-noise ratios of phantom data. However, prior to clinical adoption, more investigations - also with clinical data - are required. The project also included an evaluation of new PET image reconstruction methods applied to non-lesional epilepsy patients at low count levels; work done in collaboration with the KU Leuven (scientific advisor to the project). The main project also led to a spin-off study to investigate the potential of reducing the injected activity levels in paediatric patients. Both studies demonstrated clinical feasibility with the latest PET imaging system technology (aka higher volume sensitivity). In summary, the collaboration partners were satisfied with the current outcome and are prepared to take this joint research further, by automating the choice of the regularization factor in the image reconstruction and validating this type of reconstruction with more, clinically-relevant data.