Influence of single-photon-transmission scan duration measured with the ECAT ART PET-scanner

Summary

Aim: The aim was to study the influence of singlephoton-transmission scan duration in 3D-PET on the quantitative values of attenuation coefficients and noise in transmission images and of activity concentrations and noise in attenuation corrected emission images of thorax phantom- and patient data. Method and material: Using dual collimated Cs-137 singles transmission sources (E_γ = 662 keV, A = 2* 614 MBq) on an ECAT ART tomograph series of transmission scans of a thorax phantom were acquired pre- and post-injection of 18F. 17 patients underwent two transmission scans. The scan time of the short transmission was chosen according to the results of the phantom studies (noise of Poisson statistics less than 4%). Transmission and attenuation corrected emission images were evaluated with respect to estimated linear attenuation coefficients, noise and specific activities in organs. Results: The phantom studies reveal little variation of the estimated linear attenuation coefficients as a function of scan duration. The estimates of the attenuation coefficients are found to be 1% lower than the expected values for pre- and up to 6.5% lower for post-injection transmissions. The noise level in the transmission images increases as expected for Poisson data. The noise level in the attenuation corrected emission images shows only little increase with decreasing transmission scan time whereas it is strongly influenced by a variation of emission scan time. In patient studies, less than 3% difference was found in the estimated linear attenuation coefficients as well as in the activity concentrations between short (pre or post-injection) and long transmission scans. The noise levels in transmission and emission images are 1% (pre-injection) and 4% (post-injection) higher for short transmission scans. Conclusion: Due to the high photon flux, single photon transmission offers good clinical performance with significantly reduced transmission scan durations (< 2 min/bed in pre-, < 4 min/bed in post-injection transmission).

Zusammenfassung

Ziel: Bei Anwendung der Einzelphotonenmethode zur Transmissionsmessung in der 3D-PET wurde der Einfluss der Transmissionsmesszeit auf das quantitative Ergebnis der Schwächungskoeffizienten und das Rauschen in den Schnittbildern der Transmissions-sowie der schwächungskorrigierten Emissionsdaten an Hand von Phantom- und Patientenstudien untersucht. Methoden und Material: Für ein 3D-PET-System (ECAT ART) wurden in Abhängigkeit der Messzeit (24 s – 1920 s) Transmissionen mit zwei Cs-137-Punktquellen (E_γ = 662 keV, A = 2* 614 MBq) an einem Thoraxphantom vor und nach Befüllen mit F-l 8 durchgeführt. 17 Patienten erhielten jeweils zwei Transmissionen verschiedener Dauer, wobei die kürzere Messzeit den Ergebnissen der Phantomstudien entsprechend gewählt wurde (Poissonrauschen (< 4%). Die Transmissions- und Emissionsdaten wurden bezüglich der Schwächungskoeffizienten, der Aktivitätskonzentrationen und des Rauschens ausgewertet. Ergebnisse: Die am Phantom gemessenen Schwächungskoeffizienten sind im betrachteten Messbereich unabhängig von der Messzeit. Die Abweichungen zu den theoretischen Werten betragen für die kalte Transmission weniger als 1% und für die heisse bis zu 6,5 %. Das Rauschen im Transmissionsbild steigt mit abnehmender Messzeit gemäß der Poissonstatistik. Im schwächungskorrigierten Emissionsbild nimmt es bei Abnahme der Transmissionsmesszeit nur wenig zu, während die Variation der Emissionsmesszeit einen weitaus größeren Einfluß zeigt. Bei Patientenmessungen stimmen Schwächungskoeffizienten und Aktivitätskonzentrationen, die mit kalten oder heißen Transmissionen kurzer Dauer gemessen wurden, mit den Ergebnissen kalter Transmissionen langer Dauer in ihren Mittelwerten bis auf < 3%, im Rauschen bis auf 1% (kalt) bzw. 4% (heiß) überein. Schlussfolgerung: Die Einzel-Photonen-Transmission in der 3D-PET ermöglicht aufgrund hoher Zählraten in der klinischen Routine Messzeiten von weniger als 2 min/Bettposition (BP) für kalte und weniger als 4 min/BP für heiße Transmissionen.

Keywords

PET - transmission - single-photon sources - attenuation correction - transmission scan duration

Schlüsselwörter

PET - Transmission - Einzelphotonen-Strahler - Schwächungskorrektur - Transmissionsmesszeit

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