Real-time handheld emission spot allocator (rthESA) for simultaneous fusion imaging with ultrasound

Summary

Objectives: First, to report on initial experiences and technical parameters of a newly developed real-time handheld emission spot allocator (rthESA), and second, to report on the simultaneous acquisition of rthESA and US data as rthESA/US fusion images. Methods: The rthESA consisted of five semiconductor-detectors arranged in alternate position in two rows. This design allowed the examination of focal activities in the same plane as US. The signals were interpreted by an ad hoc software and the real-time allocation of spot radiation sources within air- and water phantoms was investigated for ^99mTc, ¹³¹I, and ¹⁸F. A compact US probe was fixed in plane with the rthESA and connected to a standard US equipment. Experiments with a liver phantom were performed to verify the integration of ^99mTc-rthESA data and US images. Results: The allocation proved to be successful for all radionuclides. The system showed a noticeable performance latency, most pronounced for positions far from the detector (1 cm distance: 0.7 ± 0.5 s; 4 cm distance: 6.1 ± 3.2 s). Within the liver phantom, the rthESA enabled the correct allocation of a spot radiation source within a live US image. Conclusions: The rthESA allowed an exact localization of spot radiation sources in single plane, with additional consideration of the distance from the detector, leading to real-time allocation and simultaneous overlay with US images. In spite of clear technical limitations in need of further development, this proof-of-concept study shows that this hybrid detector has the potential to provide integrated simultaneous nuclear medicine and US images.

Zusammenfassung

Ein Ziel dieser Studie ist es, über initiale Erfahrungen und technische Parameter einer neu entwickelten, mobilen handgehaltenen Sonde zur Lokalisation einer Punktquelle in Echtzeit (rthESA) zu berichten. Darüber hinaus wird die gleichzeitige Datenakquise von rthESA und Ultraschall im Sinne einer simultanen Hybrid- bildgebung durch Integration beider Methoden in einem kombinierten Gerät vorgestellt. Methoden: Der rthESA besteht aus fünf Halbleiter-Detektoren, die in zwei Reihen übereinander positioniert sind. Durch diese Anordnung wird die Detektion einer Punktquelle in der Messebene des Ultraschall ermöglicht (Breiten- und Tiefeninformation). Die Signale wurden mit einer eigens entwickelten Software verarbeitet und die Detektierbarkeit von Punktquellen (in Echtzeit) in einem Luft- und einem Wasserphantom anhand der Radionuklide ^99mTc, ¹³¹1 und ¹⁸F untersucht. Eine flache Ultraschallsonde wurde vor dem rthESA fixiert und an ein kommerziell verfügbares Ultraschallgerät angeschlossen. Um die erfolgreiche Integration von rthESA und Ultraschall in einem Gerät zu überprüfen, wurden Versuche an einem Leberphantom durchgeführt. Ergebnisse: Die Punktquellenlokalisati- on war für alle untersuchten Radionuklide erfolgreich. Das System zeigte eine deutliche Trägheit, besonders bezüglich der weit vom rthESA entfernten Messpunkten (1 cm Entfernung: 0,7 ± 0,5 Sekunden; 4 cm Entfernung: 6,1 ± 3,2 Sekunden). Am Leberphantom konnte gezeigt werden, dass der rthESA eine Punktquelle in Echtzeit in einem Ultraschallbild korrekt lokalisieren kann. Schlussfolgerung: Der rthESA ermöglicht die korrekte Lokalisierung einer Punktquelle in einer Ebene mit Ermittlung der Entfernung vom Detektor (Tiefeninformation). Diese Fähigkeit ermöglicht es, die Lokalisation der Punktquelle mit der Messebene des Ultraschalls in Echtzeit zu überlagern. Trotz deutlicher technischer Limitationen, die weitere Entwicklungen erfordern, weist diese Technologie das Potenzial einer simultanen Hybridbildgebung eines nuklearmedizinischen Verfahrens mit Ultraschall auf.

Keywords

US fusion imaging - ultrasound/nuclear medicine - emission tomography - emission spot allocator - emission spot allocator / US fusion

Schlüsselwörter

US-Fusionsbildgebung - Ultraschall/Nuklearmedizin - Emissionstomographie - Emissionsquellenlokalisator - Emissionsquellenlokalisator/US-Fusion

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