Phantomexperimente

Mit Hilfe der durchgeführten Phantomexperimente ließen sich die physikalischen Leistungsgrenzen bezüglich Sensitivität und räumlicher Auflösung des im Rahmen dieser Arbeit verwendeten Pinhole-SPECT-Systems ermitteln.

Die Aufnahmen des Kapillar-Phantoms gaben Aufschluss über die räumliche Auflösung des Systems. Hierbei zeigte sich zum einen, dass die Auflösung vom Öffnungsdurchmesser des Pinhole-Adapters abhängig ist, also je größer der Durchmesser, desto schlechter wird die Auflösung. Es konnten mittlere Auflösungen von 1,81 bei einem Pinhole-Durchmesser von 0,5 mm sowie von 2,73 mm bei einem Pinhole-Durchmesser von 2 mm gemessen werden.

Zum anderen zeigte sich aber auch, dass die Auflösung innerhalb des Aufnahmefeldes nicht konstant, sondern je nach Richtung im Aufnahmefeld gering variabel war.

Dabei wurde Folgendes bei Betrachtung der Veränderung der Auflösung orthogonal zur Rotationsachse auffällig. 10 bis 15 mm seitlich des Aufnahmezentrums war die Auflösung am besten, um zum Zentrum hin wieder schlechter zu werden. Zu den Rändern des Aufnahmefeldes stieg die Auflösung dann wieder kontinuierlich an.

Diese Beobachtung lässt sich durch den Aufbau des Systems und die damit verbundene Rotation der Kameraköpfe erklären. Die Entfernung der Aufnahmepunkte zu den Kameraköpfen verändert sich orthogonal der Rotationsachse mit der Rotation, im Gegensatz zu den Punkten entlang der Rotationsachse, wo die Entfernung immer gleich bleibt.

Die Ränder des Aufnahmefeldes wurden nur von jeweils einem Kamerakopf wahrgenommen, da sich hier kein überschneidendes Rekonstruktionsvolumen mehr ergab (vergleiche Kapitel 6.1.1.2). Aufgrund der zunehmenden geometrischen Entfernung der Ränder des Aufnahmefeldes zum Kamerakopf wurde die Auflösung in diesem Bereich kontinuierlich schlechter.

Die beste Auflösung des Systems neben dem Zentrum und die etwas schlechtere Auflösung im Zentrum der Messung lassen sich wie folgt erklären. Innerhalb dieses Bereiches kommt es zu einer Überschneidung der Aufnahmefelder der drei Kameraköpfe. Die Punkte an den Rändern des Aufnahmefeldes befinden sich am nächsten zu dem jeweiligen Kamerakopf, die Auflösung ist dementsprechend hier am höchsten. Das Zentrum des Aufnahmefeldes ist konstant von allen drei Kameraköpfen relativ weit entfernt, die Auflösung ist folglich in diesem Bereich etwas schlechter.

Die Auflösung entlang der Rotationsachse verhält sich anders. Sie ist ebenfalls mit dem Aufbau des Systems und der Rotation der Kameraköpfe zu erklären. In dieser Aufnahmefeldrichtung sind stets alle Punkte, unabhängig von der Rotation der Kameraköpfe, gleich weit von diesen entfernt. Das bedeutet, dass die Auflösung im Zentrum des Systems am besten ist, da die Aufnahmepunkte dort dem Kamerakopf am nächsten sind. Je weiter man sich vom Zentrum jedoch entfernt, umso größer wird die Entfernung der Aufnahmepunkte von der Kamera und die Auflösung somit kontinuierlich schlechter.

Diese beschriebenen Veränderungen der Auflösung des Systems über das Aufnahmefeld ließen sich bei Verwendung aller Pinhole-Aufsätze beobachten.

Die Ergebnisse der Aufnahmen des Struktur-Phantoms zur Bestimmung der Sensitivität zeigten, dass je größer die Bohrungsdurchmesser der Pinhole-Adapter und je höher die Anzahl der Bohrungen pro Aufsatz sind, desto höher wird die Sensitivität. Bei der Verwendung eines Pinhole-Aufsatzes mit nur einer Bohrung von nur 0,5 mm Durchmesser

liegt die Sensitivität bei nur 35 cps/MBq. Verwendet man Pinhole-Aufsätze mit zum Beispiel sechs Bohrungen mit jeweils 1 mm Durchmesser, kann eine Sensitivität von 210 cps/MBq erreicht werden.

Wurden hingegen Pinhole-Adapter mit mehreren Bohrungen, sowohl mit als auch ohne Trennwand verwendet, kam es zu Überlagerungen. Diese wurden vor allem im Zentrum des Aufnahmefeldes besonders deutlich. Die Überlagerungen kamen durch die Überschneidungen der Aufnahmefelder der verschiedenen Pinhole-Öffnungen zustande. Es konnten somit mit diesen Aufsätzen zwar Aufnahmen mit sehr hoher Sensitivität gemacht werden, jedoch war die Auflösung nicht ausreichend.

Im Vergleich dazu besitzt ein in der Diagnostik bei Menschen eingesetzter Parallellloch-Kollimator (Low Energy High Resolution Kollimator) eine Sensitivität von 50 cps/MBq.

Zu diesen Ergebnissen ist anzumerken, dass es bei der Erhöhung der Sensitivität gleichzeitig zu einem Verlust der Auflösung kommt. So lassen sich bei einem Pinhole-Durchmesser von 0,5 mm noch Bildpunkte von 2 mm Pinhole-Durchmesser klar voneinander differenzieren. Dies gelingt bei einem Pinhole-Durchmesser von 1 mm schon nicht mehr.

Als optimaler Kompromiss zwischen räumlicher Auflösung und Sensitivität für die Untersuchung des monoaminergen Systems stellte sich der Pinhole-Aufsatz mit einer Bohrung von 1 mm Durchmesser heraus. Wie die Aufnahmen mit dieser Systemkonfiguration zeigen, lassen sich so Bilder mit guter Auflösung und Sensitivität erreichen. Aus diesen Gründen wurde diese Systemkonfiguration bei allen Tieraufnahmen verwendet.

Trotzdem ist die Verwendung eines Kollimators auch mit einigen Problemen verbunden, die sich negativ auf die Auflösung auswirken können.

Zum Beispiel durchdringt die Gamma-Strahlung die inneren Ränder der Pinhole-Bohrung, da diese zum Rand hin immer dünner wird. Dies führt zu einer Vergrößerung des effektiven Durchmessers des Pinholes und einer damit verbundenen Verschlechterung der Auflösung (162, 163).

Zusätzlich werden Gamma-Strahlen, die den Pinhole passiert haben und schräg auf den Szintillationskristall der Gamma-Kamera treffen, aufgrund der Anger-Logik zu einem geringen Teil fehlerhaft zugewiesen. Die Ursache hierfür ist die Tiefe der Interaktion des Photons im Kristall (4).

Bei der Rekonstruktion der Bilder zeigte sich die von der Arbeitsgruppe verwendete RAMLA-Rekonstruktionsmethode der von Acton verwendeten SART-Methode überlegen.

Dies machte das Abgrenzen von Strukturen erheblich einfacher. Es ist jedoch anzumerken, dass sich die Rekonstruktionszeit durch dieses Verfahren erheblich verlängert. Da jedoch keine Notwendigkeit besteht, die Ergebnisse direkt nach den Aufnahmen zu beurteilen, ist dies eine absolut hinnehmbare Einschränkung.