Physikalisch bedingte Artefakte bei „neuen“ PET-Nukliden

Zusammenfassung

In der Nuklearmedizin werden immer wieder neue PET-Nuklide benutzt, die jeweils auch bestimmte (Bild-)Artefakte und physikalische Besonderheiten mit sich bringen. Dazu zählen Cu-64, Ga-68, Zr-89, Y-90 und I-124. Im Vergleich zum meistgenutzten Nuklid im PET – F-18 – haben die Positronen bei Ga-68 eine höhere kinetische Energie und sorgen so für eine leichte Verschmierung im rekonstruierten PET-Bild einhergehend mit einem Auflösungsverlust. Bei dem eigentlich als β ^−-Strahler bekannten Y-90 treten mit sehr niedrigem Anteil (3,2×10⁻⁵) zusätzlich Positronen auf, die eine posttherapeutische Verteilungs-PET erlauben, jedoch vom Bremsstrahlenspektrum begleitet sind. Die Positronen des ebenfalls im PET nutzbaren I-124 haben eine ähnliche Energie wie die des Ga-68, zusätzlich besitzt I-124 aber zahlreiche Gammalinien, die teilweise in einer Zerfallskaskade mit Positronen auftreten. Da sie energetisch nahe bei 511 keV liegen, können diese Linien zu zufälligen Koinzidenzen in der PET-Aufnahme führen. Außerdem wird ein sog. Durchscheineffekt beschrieben, bei dem Positronen, die neben luftgefüllten Kavitäten – bspw. der Luftröhre – ausgesendet werden, diese Volumina mit deutlich größerer Wahrscheinlichkeit ohne Wechselwirkung durchqueren, an der gegenüberliegenden Wand beim Eintritt in Weichgewebe stoppen, dort zerstrahlen und so für Bildartefakte in Form von scheinbaren Aktivitätsanreicherungen sorgen. Cu-64 und Zr-89 weisen gute Abbildungseigenschaften auf wegen der günstigen kinetischen Energie ihrer Positronen. Die hier beschriebenen Effekte können also den Einfluss auf die Bildauflösung und Quantifizierung sowie Lokalisationsartefakte erklären und sollten bei der Befundung von PET/CT-Untersuchungen mit diesen Positronenstrahlern bekannt sein.

Abstract

In nuclear medicine, over and over new PET nuclides are in use. However, new nuclides generate new artifacts and challenges which we have to know, especially in comparison to the mainly used F-18. There are ‘new’ radionuclides like Cu-64, Ga-68, Zr-89, Y-90 and I-124. The radionuclide Ga-68 emits positrons with kinetic energies much higher than that of F-18. That causes a higher positron range and therefore some blurring, or in other words a loss in spatial resolution in the reconstructed PET image. Another radionuclide, the iodine isotope I-124, has similar kinetic positron energy but several gammalines with energies close to 511 keV that can cause random coincidences. In addition there is another artifact when using I-124 near to an air filled cavity – like the trachea – named shine-trough. The positrons emitted close to the air-filled cavity cross the cavity without significant interaction but annihilate with a high chance when stopped in the soft tissue on the opposite side of the cavity. This results in an apparent accumulation at the opposite tracheal wall and thus to the detection of a false-positive lesion. The therapeutic isotope Y-90 is a well known nearly pure electron emitter but it exhibits a very rare positron decay (3.2×10⁻⁵) that can be used to acquire post-therapeutic PET images. However, the signal is attended by bremsstrahlung from the electrons stopped in the tissue. Other nuclides like Cu-64 and Zr-89 possess good imaging characteristics due to their lower kinetic positron energies. The PET reader should be aware of these artifacts when interpreting PET/CT examinations using the ‘new’ radionuclides.

Schlüsselwörter

Neue PET-Nuklide - Monte-Carlo-Simulation - Artefakte - Durchscheineffekt - Positronenreichweite

Key words

New PET-nuclides - Monte-Carlo-simulations - imaging-artifacts - shine-through - positron-range

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