Kleintier-SPECT mit Zwei Stationären Detektoren: Leistungsbewertung und Bildqualitätsanalyse von Multipinhole-Kollimatoren

SPECT as a representative of molecular imaging allows visualization of metabolic processes in vivo. In clinical practice, single photon emission imaging is an established modality for myocardial perfusion imaging or the diagnosis of adrenal or neuroendocrine tumors, to name a few. With technical advances in scanner design and data processing leading to improved spatial resolution and image quality, SPECT has become a serious contender in small animal preclinical imaging. With multi-pinhole collimation, submillimeter spatial resolutions are achieved without limiting sensitivity, which has led to a significant increase of interest in SPECT for preclinical research in recent years. In this dissertation, the potential of a two-detector system through an analysis of three dedicated mouse collimators with multi-pinhole configurations was demonstrated. For this, sensitivity, spatial resolution, and uniformity as key parameters were determined. In the second part of the present work, an evaluation of the image quality at different activity concentrations to allow prediction of the system performance related to in vivo studies was performed. Therefore, a visual evaluation, as well as a calculation of the contrastto-noise ratio, was performed using mini Derenzo phantoms for the respective three mouse collimators. To better classify the results, the study was extended by a comparison with the predecessor system. Due to the absence of the third bottom detector, sensitivity and uniformity are slightly compromised. All three collimators were able to achieve a spatial resolution in the submillimeter range, XUHR-M offers a peak resolution of up to 0.35 mm. In terms of resolution, both evaluated systems performed on an equal level. Visual assessment of image quality indicates a slight advantage of the new two-detector system, and the contrast-to-noise ratio seems to benefit from the improved SROSEM algorithm. However, the differences between the two systems are marginal. The U-SPECT5/CT E-Class is proven to be state-of-the-art for small animal imaging and is a powerful instrument for preclinical molecular imaging research. Improvements in system design compensate well for the reduction in the detection area, allowing excellent imaging even with low activity concentrations.SPECT als Vertreter der molekularen Bildgebung ermöglicht die Visualisierung von Stoffwechselprozessen in vivo. In der klinischen Praxis ist die Einzelphotonen-Emissions-Bildgebung eine etablierte Modalität für die Myokard-Perfusions-Bildgebung oder die Diagnose von Nebennieren- oder neuroendokrinen Tumoren, um nur einige Beispiele zu nennen. Mit den technischen Fortschritten bei der Konstruktion von Scannern und der Datenverarbeitung, die zu einer verbesserten räumlichen Auflösung und Bildqualität führen, ist SPECT zu einem ernstzunehmenden Mitbewerber in der präklinischen Bildgebung von Kleintieren geworden. Unter der Verwendung von Multipinhole-Kollimatoren lassen sich Ortsauflösungen von unter einem Millimeter erzielen, ohne die Sensitivität deutlich einzuschränken. Dies trug dazu bei, dass das Interesse an SPECT in der präklinischen Forschung in den letzten Jahren zugenommen hat. In dieser Dissertation wurde das Potenzial eines Zweidetektorsystems unter Verwendung von drei Multipinhole-Mauskollimatoren evaluiert. Zur Leistungsbewertung wurde Sensitivität, Ortsauflösung und Homogenität bestimmt. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde eine Analyse der Bildqualität mit verschiedenen Aktivitätskonzentrationen durchgeführt, um eine Vorhersage der Leistung des Systems in In-vivo-Studien zu ermöglichen. Dazu wurde eine visuelle Bewertung sowie eine Berechnung des Kontrast-zu-Rausch-Verhältnisses mit Mini-Derenzo-Phantomen für die entsprechenden drei Mauskollimatoren durchgeführt. Um die Ergebnisse besser einordnen zu können, wurde die Studie um einen Vergleich mit dem Vorgängersystem erweitert. Durch das Fehlen des dritten unteren Detektors sind Sensitivität und Homogenität leicht beeinträchtigt. Alle drei Kollimatoren konnten eine Ortsauflösung unter einem Millimeter erreichen, wobei XUHR-M die höchste Auflösung von bis zu 0.35 mm erreicht. Die beiden untersuchten Systeme sind hinsichtlich der Ortsauflösung gleichwertig. Die visuelle Bewertung der Bildqualität deutet auf einen leichten, jedoch nur marginalen Vorteil des neuen Zweidetektorsystems hin, und das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis scheint von dem verbesserten SROSEM-Algorithmus zu profitieren. Das U-SPECT5/CT E-Class ist nachweislich auf dem neuesten Stand der Technik für die Bildgebung bei Kleintieren und ein leistungsfähiges Instrument für die präklinische Forschung. Das System kompensiert die Reduktion der Detektionsfläche und ermöglicht eine hervorragende Bildgebung auch bei geringen Aktivitätskonzentrationen