UMA SOLUÇÃO DE BAIXO CUSTO PARA TOMOGRAFIA SPECT DE ALTA RESOLUÇÃO E SENSIBILIDADE DE PEQUENOS ANIMAIS DE EXPERIMENTAÇÃO: CONSIDERAÇÕES PRÁTICAS

Jorge Mejia, Orfa Yineth Galvis-Alonso, Luciano Fonseca Lemos Oliveira, Eduardo Elias Vieira de Carvalho, Marcus Vinícius Simões

Resumo


Introdução: No ambiente clinico, técnicas de obtenção de imagens in vivo são consideradas ferramentas padrão na avaliação da morfologia ou funcionalidade de órgãos no interior do corpo humano. A transferência dessas técnicas para o ambiente pré-clínico melhoraria aspectos econômicos, éticos ou estatísticos dos procedimentos experimentais, já que o número necessário de animais é reduzido, podem ser feitas avaliações longitudinais em diferentes momentos no mesmo grupo experimental e os animais podem ser usados como seus próprios controles. Objetivo: Neste trabalho, apresentamos uma revisão da nossa experiência adquirida no desenvolvimento de instrumentação para produzir imagens tomográficas SPECT de alta qualidade de órgãos de pequenos animais, usando como base uma câmara clínica durante o tempo ocioso, em combinação com colimadores de orifício simples e multiorifício. Métodos: As adaptações de hardware da câmara clínica incluem a construção de um dispositivo apropriado para colimação e blindagem, assim como um conjunto para posicionamento e rotação do alvo. As adaptações de software incluem uma ferramenta para sincronização da rotação do alvo com o protocolo de registro da câmara, e uma ferramenta de reconstrução de imagens tomográficas utilizando o algoritmo de Máxima Verossimilhança. Com este sistema, obtivemos imagens detalhadas de órgãos como o coração e os rins de ratos e hamsters, em menos de 1 h, com resolução espacial próxima de 1,5 mm (FWHM). O módulo de adaptação é montado em um carro, de forma que pode ser usado em diferentes câmaras. Conclusão: Assim sendo, esta é uma solução de baixo custo, multiplataforma e multipropósito, com aplicação em estúdios pré-clínicos em áreas como Cardiologia, Neurologia ou Nefrologia.


Palavras-chave


Colimador Pinhole; Estudo pré-clínico; Imagens em pequenos animais; SPECT.

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Referências


ACCORSI, R., METZLER, S. D. Resolution-Effective Diameters for Asymmetric-Knife-Edge Pinhole Collimators. IEEE Trans Med Imaging. v. 24, p. 1637-1646, 2005.

ACCORSI, R. Analytic Derivation of the Longitudinal Component of the Three-Dimensional Point-Spread Function in Coded-Aperture Laminography. App Opt. v. 44, p. 5872-5883, 2005.

ACCORSI, R. Brain Single-Photon Emission CT Physics Principles. AJNR Am J Neuroradiol. v. 29, p. 1247-1256, 2008.

BARRA, F. R.; BARRA, R. R.; BARRA SOBRINHO, A. Freeware Medical Image Viewers: Can We Rely Only on Them? Radiol Bras. v. 43, p. 313-318, 2010.

BARRETT, H. H.; FURENLID, L. R.; FREED, M.; HESTERMAN, J. Y.; KUPINSKI, M. A.; CLARKSON, E.; WHITAKER, M. K. Adaptive SPECT. IEEE Trans Med Imaging. v. 27, p. 775-788, 2008.

BEEKMAN, F.; VAN DER HAVE, F. The Pinhole: Gateway to Ultra-High-Resolution Three-Dimensional Radionuclide Imaging. Eur J Nucl Med Mol Imaging. v. 34, p. 151-161, 2007.

BIOSCAN. NanoSPECT/CT In Vivo Preclinical Imager. http://www. bioscan. com/molecular-imaging/nanospect-ct.

BUECHEL, R. R.; HERZOG, B. A.; HUSMANN, L.; BURGER, I. A.; PAZHENKOTTIL, A. P.; TREYER, V.; VALENTA, I.; VON SCHULTHESS, P.; NKOULOU, R.; WYSS, C. A.; KAUFMANN, P. A. Ultrafast Nuclear Myocardial Perfusion Imaging on a New Gamma Camera with Semiconductor Detector Technique: First Clinical Validation. Eur J Nucl Med Mol Imaging. v. 37, p. 773-778, 2010.

CAO, Z. X.; BAL, G.; ACCORSI, R.; ACTON, P. D. Optimal Number of Pinholes in Multi-Pinhole SPECT for Mouse Brain Imaging - A Simulation Study. Phys Med Biol. v. 50, p. 4609-4624, 2005.

CHATZIIOANNOU, A.; QI, J.; MOORE, A.; ANNALA, A.; NGUYEN, K.; LEAHY, R.; CHERRY, S. R. Comparison of 3-D maximum a Posteriori and Filtered Backprojection Algorithms for High-Resolution Animal Imaging with MicroPET. IEEE Trans Med Imaging. v. 19, p. 507-512, 2000.

CHEN, H.; AWADALLA, S. A.; HARRIS, F.; LU, P.; REDDEN, R.; BINDLEY, G.; COPETE, A.; HONG, J.; GRINDLAY, J.; AMMAN, M.; LEE, J. S.; LUKE, P.; KUVVETLI, I.; BUDTZ-JORGENSEN, C. Spectral Response of THM Grown CdZnTe Crystals. IEEE Trans Nuc Science. v. 55, p. 1567-1572, 2008.

CHERRY, S. R.; SORENSON, J. A.; PHELPS, M. E. Physics in Nuclear Medicine. Elsevier Science, Philadelphia, 2003.

FAUST, A. A.; ROTHSCHILD, R. E.; LEBLANC, P.; MCFEE, J. E. Development of a Coded Aperture X-Ray Backscatter Imager for Explosive Device Detection. IEEE Trans. Nuc. Sci., v 56, p. 299-307, 2009.

FENIMORE, E. E.; CANNON, T. M. Coded Aperture Imaging with Uniformly Redundant Arrays. App Opt. v. 17, p. 337-347, 1978.

FENIMORE, E. E.; CANNON, T. M. Uniformly Redundant Arrays - Digital Reconstruction Methods. App Opt. v. 20, p. 1858-1864, 1981.

FRESE, T.; ROUZE, N. C.; BOUMAN, C. A.; SAUER, K.; HUTCHINS, G. D. Quantitative Comparison of FBP, EM, and Bayesian Reconstruction Algorithms for the IndyPET Scanner. IEEE Trans Med Imaging. v. 22, p. 258-276, 2003.

FU, G.; TAN, J. W.; MENG, L. J. Aperture Design for Ultra-high Resolution SPECT Systems for Small Animal Imaging. IEEE Nucl Sci Symp Conf Rec. v. 4, p. 2785-2790, 2007.

FUJII, H.; IDOINE, J. D.; GIOUX, S.; ACCORSI, R.; SLOCHOWER, D. R.; LANZA, R. C.; FRANGIONI, J. V. Optimization of Coded Aperture Radioscintigraphy for Sentinel Lymph Node Mapping. Mol Imaging Biol. v. 14, p. 173-182, 2011.

GROCH, M. W.; ERWIN, W. D. SPECT in the Year 2000: Basic Principles. J Nucl Med Technol. v. 28, p. 233-244, 2000.

KIM, H.; FURENLID, L. R.; CRAWFORD, M. J.; WILSON, D. W.; BARBER, H. B.; PETERSON, T. E.; HUNTER, W. C.; LIU, Z.; WOOLFENDEN, J. M.; BARRETT, H. H. SemiSPECT: A Small-Animal Single-Photon Emission Computed Tomography (SPECT) Imager Based on Eight Cadmium Zinc Telluride (CZT) Detector Arrays. Med Phys. v. 33, p. 465-474, 2006.

LANGE, K.; CARSON, R. EM Reconstruction Algorithms for Emission and Transmission Tomography. J Comput Assist Tomogr. v. 8, p. 306-316, 1984.

LOENING, A. M.; GAMBHIR, S. S. AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis. Mol Imaging. v. 2, p. 131-137, 2003.

MADSEN, M. T. Recent Advances in SPECT Imaging. J Nucl Med. v. 48, p. 661-673, 2007.

MAHMOOD, S. T.; ERLANDSSON, K.; CULLUM, I.; HUTTON, B. F. Design of a Novel Slit-Slat Collimator System for SPECT Imaging of the Human Brain. Phys Med Biol. v. 54, p. 3433-3449, 2009.

MEJIA, J.; GALVIS-ALONSO, O. Y.; BRAGA, J.; CORREA, R.; LEITE, J. P.; SIMÕES, M. V. Methodological Approaches to Planar and Volumetric Scintigraphic Imaging of Small Volume Targets with High Spatial Resolution and Sensitivity. Braz J Med Biol Res. v. 42, p. 692-699,2009.

MEJIA, J.; GALVIS-ALONSO, O. Y.; BRAGA, J.; LEITE, J. P.; SIMÕES, M. V. Planar and Tomographic (SPECT) Imaging of Small Volume Targets Using a Cross-Slit Collimator. IEEE Nucl Sci Symp Conf Rec. p. 3397-3402, 2010.

MEJIA, J.; GALVIS-ALONSO, O. Y.; CASTRO, A. A.; BRAGA, J.; LEITE, J. P.; SIMÕES, M. V. A Clinical Gamma Camera-based Pinhole Collimated System for High Resolution Small Animal SPECT Imaging. Braz J Med Biol Res. v. 43, p. 1160-1166, 2010.

MEJIA, J.; REIS, M. A.; MIRANDA, A. C.; BATISTA, I. R.; BARBOZA, M. R.; SHIH, M. C.; FU, G.; CHEN, C. T.; MENG, L. J.; BRESSAN, R. A.; AMARO, E. Performance assessment of the single photon emission microscope: high spatial resolution SPECT imaging of small animal organs. Braz J Med Biol Res. v. 46, n. 11, p. 936-942, 2013.

MENG, L. J. An Intensified EMCCD Camera for Low Energy Gamma Ray Imaging Applications. IEEE Trans Nuc Science. v. 53, p. 2376-2384, 2006.

METZLER, S. D.; ACCORSI, R.; NOVAK, J. R.; AYAN, A. S.; JASZCZAK, R. J. On-Axis Sensitivity and Resolution of a Slit-Slat Collimator. J Nucl Med. v. 47, p. 1884-1890, 2006.

MILLER, B. W.; BARBER, H. B.; BARRETT, H. H.; WILSON, D. W.; CHEN, L. A Low-Cost Approach to High-Resolution, Single-Photon Imaging Using Columnar Scintillators and Image Intensifiers. IEEE Nucl Sci Symp Conf Rec. v. 6, p. 3540-3545, 2006.

MILLER, B. W.; FURENLID, L. R.; MOORE, S. K.; BARBER, H. B.; NAGARKAR, V. V.; BARRETT, H. H. System Integration of FastSPECT III, a Dedicated SPECT Rodent-Brain Imager Based on BazookaSPECT Detector Technology. IEEE Nucl Sci Symp Conf Rec. p. 4004-4008, 2009.

MOK, G. S.; TSUI, B. M.; BEEKMAN, F. J. The Effects of Object Activity Distribution on Multiplexing Multi-Pinhole SPECT. Phys Med Biol. v. 56, p. 2635-2650, 2011.

MU, Z. P.; HONG, B. M.; LI, S. M.; LIU, Y. H. A Novel Three-Dimensional Image Reconstruction Method for Near-Field Coded Aperture Single Photon Emission Computerized Tomography. Med Phys. v. 36, p.1533-1542, 2009.

MU, Z. P.; LIU, Y. H. Aperture Collimation Correction and Maximum-Likelihood Image Reconstruction for Near-Field Coded Aperture Imaging of Single Photon Emission Computerized Tomography. IEEE Trans Med Imaging. v. 25, p.701-711, 2006.

PERKINS, J. S.; KRAWCZYNSKI, H.; DOWKONTT, P. Characterizing IMRAD CZT Detectors with Time Resolved Anode and Cathode Signals, Proceedings of the 13th International Workshop on Room-Temperature Semiconductor X- and Gamma-Ray Detectors. 2003. http://xxx.lanl.gov/PS_cache/astro-ph/pdf/0310-0310910v2.pdf.

REIS, M. A.; MEJIA, J.; BATISTA, I. R.; BARBOZA, M. R.; NOGUEIRA, S. A.; WAGNER, J.; CABRAL, F. R.; DAVOGLIO, P. M.; ABÍLIO, V. C.; FU, G.; LI, M.; MENG, L. J.; SHIH, M. C.; CHEN, C. T.; AMARO, J. R. E.; BRESSAN, R. A. SPEM: a state-of-the-art instrument for high resolution molecular imaging of small animal organs. Einstein. v. 10, n. 2, p. 209-215, 2012.

SHEPP, L. A.; VARDI, Y. Maximum likelihood Reconstruction for Emission Tomography. IEEE Trans Med Imaging. v. 1, p.113-122,1982.

TANG, Q.; ZENG, G. L.; HUANG, Q. An Analytical Algorithm for Skew-Slit Collimator SPECT with Uniform Attenuation Correction. Phys Med Biol. v. 51, p. 6199-6211, 2006.

VAN DER HAVE, F.; VASTENHOUW, B.; RAMAKERS, R. M.; BRANDERHORST, W.; KRAH, J. O.; JI, C.; STAELENS, S. G.; BEEKMAN, F. J. U-SPECT-II: An Ultra-High-Resolution Device for Molecular Small-Animal Imaging. J Nucl Med. v. 50, p.599-605, 2009.

VUNCKX, K., SUETENS, P., NUYTS, J. Effect of Overlapping Projections on Reconstruction Image Quality in Multipinhole SPECT. IEEE Trans Med Imaging. v. 27, p.972-983, 2008.

ZAIDI, H.; PRASAD, R. Advances in Multimodality Molecular Imaging. J Med Phys. v. 34, p.122-128, 2009.

ZAMAN, M. U.; HASHMI, I.; FATIMA, N. Recent Developments and Future Prospects of SPECT Myocardial Perfusion Imaging. Ann Nucl Med. v. 24 p.565-569, 2010.


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