Quantitation of neuroreceptors: a need for better SPECT imaging

Summary

Aim: Existing methods to determine the binding potential in brain receptor and transporter studies with single-photon emission computed tomography (SPECT) show a marked dependence on the physical performance of the scanner and on the regions of interest (ROIs) drawn. We examined the influence of the physical performance on the binding potential. Method: The authors tested three gamma cameras (single-, dual- and triple-head) and two reconstruction techniques (conventional filtered back-projection and iterative reconstruction method) to determine the binding potential in brain receptor studies. Both human and organ-like phantom studies were performed. Results: The binding potential was completely dependent on the imaging resolution, on the reconstruction technique used and on the ROIs drawn. The results of the phantom study revealed that the striatum-to-cerebellum ratio was only 37% of the actual one for the single-head, 63% for the dual-head and 72% for the triple-head gamma camera. Conclusion: The multiple head gamma camera with fan-beam collimators and iterative reconstruction with the attenuation based scatter correction is an imaging system of choice which introduces clinically more relevant images and is able to distinguish smaller differences in radioactivity at early stage of disease. However, for quantitative purposes the improvement without the use of the recovery coefficient is not great enough to restore the binding potentials to those of the true ones.

Zusammenfassung

Ziel: Die derzeit verfügbaren Verfahren zur Bestimmung des Bindungspotenzials in Studien zu zerebralen Rezeptoren und Transportern unter Einsatz der Single-Photon-Emissions-Computertomographie (SPECT) zeigen eine erhebliche Abhängigkeit von der physikalischen Leistung des Scanners und von den abgebildeten interessierenden Regionen (ROI = regions of interest). Gegenstand unserer Untersuchung war der Einfluss der physikalischen Leistung auf das Bindungspotenzial. Methode: Die Autoren testeten drei verschiedene Gammakameras (Einkopf-, Zweikopf- bzw. Dreikopfkamera) und zwei unterschiedliche Rekonstruktionsverfahren (konventionelle gefilterte Rückprojektion versus iterative Rekonstruktionsmethode) zur Bestimmung des Bindungspotenzials in Studien zu zerebralen Rezeptoren. Dazu wurden Untersuchungen sowohl an menschenähnlichen als auch an organsimulierenden Phantomen durchgeführt. Ergebnisse: Es fand sich eine vollständige Abhängigkeit des Bindungspotenzials von der Auflösung der Bildge-bung, der applizierten Rekonstruktionsmethode und den abgebildeten ROI. Die Resultate der Phantomstudie ergaben einen Striatum/Zerebellum-Quotienten von lediglich 37% des tatsächlichen Werts für die Einkopfkamera, von 63% für die Zweikopfkamera und von 72% beim Einsatz von drei Messköpfen. Diskussion: Die Mehr-kopf-Gammakamera mit Fächerstrahlkollimatoren und iterativer Rekonstruktion einschließlich Schwächungs-basierter Streustrahlenkorrektion ist ein bildgebendes System der Wahl, das Aufnahmen von vermehrter klinischer Relevanz ermöglicht und in der Lage ist, im Frühstadium der Erkrankung geringere Radioaktivitätsunterschiede zu erfassen. Für quantitative Zwecke ist jedoch die erzielte Verbesserung ohne Anwendung des Rückgewinnungskoeffizienten nicht ausreichend, um die Bindungspotenziale so weit wiederherzustellen, dass sie den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen.

Keywords

Quantitation - neuroreceptors - iterative reconstruction - SPECT imaging

Schlüsselwörter

Quantitative Bestimmung - Neurorezeptoren - iterative Rekonstruktion - SPECT-Bildgebung

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