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AME-Projekt erzielt optimiertes Aufnahme- und Rekonstruktionssetting für SPECT/CT Hybridbildgebung
Die im Bachelorstudiengang „Medizintechnik“ studierende und angehende Medizintechnikerin Pauline Mothes absolvierte kürzlich erfolgreich ihr Projekt „Quantitative SPECT-Bildgebung mit Monte-Carlo-basierter Streustrahlkorrektur“ im Modul „Advanced Medical Engineering“ in Betreuung von Dr. rer. nat. Oliver Großer an der Medizinischen Fakultät und der Universitätsklinik für Radiologie und Nuklearmedizin sowie dem Forschungscampus STIMULATE.
Hintergrund der Forschungsarbeit ist, dass in der Vergangenheit in der nuklearmedizinischen Bildgebung nur die PET-Bildgebung (Positronen-Emissions-Tomographie) quantitativ genutzt werden konnte. Die SPECT-Bildgebung (Singlephotonen-Emissionscomputertomographie) war bisher ein rein qualitatives Verfahren. Nun haben sich sowohl die Verfahren der Streustrahlungs- und Schwächungskorrektur verbessert als auch die Nutzung von Hybridgeräten, mit denen auch CT-Aufnahmen erstellt werden können. Es gibt bereits Software, welche die Quantifizierung für SPECT/CT-Aufnahmen anbietet.
Die Forschungsarbeit hatte das herausfordernde Ziel, ein optimiertes Aufnahme- und Rekonstruktionssetting für die Hybridgeräte und die vorhandene Software zu finden. Die Abweichung zwischen ermittelter und tatsächlicher Aktivitätsverteilung im Phantom sollte möglichst gering gehalten und in Prozent quantifiziert werden.
Die vorhandene Software bietet die Möglichkeit, die Streustrahlungskorrektur basierend auf Monte-Carlo-Simulationen durchzuführen. Davon verspricht man sich eine exaktere Korrektur von Photonenstreuung im Phantom, welche sich positiv auf die korrekte Quantifizierung der Aktivitätskonzentration auswirken soll. Es wurden zwei SPECT-/CT-Messungen eines radioaktiv befüllten Phantoms durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Rekonstruktionsparameter, wie der Post-Filter, die Subiterationszahl sowie die Parameter der Monte-Carlo-Streustrahlungskorrektur, variiert und ihre Einflüsse auf statistische Relevanz geprüft. Letztendlich konnte eine dezidierte Einstellung bestimmt werden, welche in eine minimale Abweichung von der realen Aktivitätskonzentration resultiert. Die verbleibende Abweichung liegt bei 5,1% für die erste Messung und deutlich verbessert bei 0,6% für die zweite Messung. Damit gelang es Pauline Mothes durch ihr AME-Projekt ein optimiertes Aufnahme- und Rekonstruktionssetting für SPECT/CT-Hybridgeräte zu erzielen.
Pauline Mothes: "Durch das AME-Projekt habe ich wertvolle Erfahrungen im wissenschaftlichen praktischen Arbeiten sowie im Vorstellen einer derartigen Ausarbeitung gesammelt. Toll war die Zusammenarbeit mit dem Team der Medizinphysik unter der Leitung von Dr. Großer, da uns Studierenden zwar einerseits Unterstützung und Hilfe geboten wurde, wir aber gleichzeitig sehr selbstständig arbeiten konnten. Das AME-Modul bietet eine tolle Möglichkeit, im Rahmen des Studiums und in Vorbereitung auf die Bachelorarbeit eine praxisbezogene und umfängliche Fragestellung wissenschaftlich zu bearbeiten."
AME project achieves optimised acquisition and reconstruction setting for SPECT/CT hybrid imaging
Pauline Mothes, who is studying for a Bachelor's degree in Medical Engineering, recently successfully completed her project ‘Quantitative SPECT imaging with Monte Carlo-based scatter beam correction’ in the ‘Advanced Medical Engineering’ module under the supervision of Dr Oliver Großer at the Faculty of Medicine and the Department of Radiology and Nuclear Medicine as well as the Research Campus STIMULATE.
The background to the research work is that in the past, only PET imaging (positron emission tomography) could be used quantitatively in nuclear medicine imaging. SPECT imaging (single photon emission computed tomography) was previously a purely qualitative procedure. Now, both the methods of scattered radiation and attenuation correction have improved, as has the use of hybrid devices, which can also be used to create CT images. There is already software that offers quantification for SPECT/CT images.
The research work had the challenging goal of finding an optimised recording and reconstruction setting for the hybrid devices and the existing software. The deviation between the determined and actual activity distribution in the phantom was to be minimised and quantified as a percentage.
The existing software offers the option of performing the scattered radiation correction based on Monte Carlo simulations. This is expected to result in a more precise correction of photon scattering in the phantom, which should have a positive effect on the correct quantification of the activity concentration. Two SPECT/CT measurements of a radioactively filled phantom were carried out. Various reconstruction parameters, such as the post-filter, the subiteration number and the parameters of the Monte Carlo scattering correction, were varied and their influences tested for statistical relevance. Ultimately, it was possible to determine a dedicated setting that results in a minimal deviation from the real activity concentration. The remaining deviation is 5.1% for the first measurement and significantly improved at 0.6% for the second measurement. Pauline Mothes thus succeeded in achieving an optimised acquisition and reconstruction setting for SPECT/CT hybrid devices through her AME project.
Pauline Mothes: ‘The AME project gave me valuable experience in practical scientific work and in presenting a paper of this kind. The collaboration with the medical physics team led by Dr Großer was great, as we students were offered support and help, but at the same time we were able to work very independently. The AME module offers a great opportunity to work on a practical and comprehensive scientific issue as part of the degree programme and in preparation for the Bachelor's thesis.’