Performance Assessment of Cerenkov Emission Imaging

Sammanfattning: Laddade partiklar med hög energi kan ibland färdas snabbare än ljusets hastighet i det medium det för stunden befinner sig i. När detta sker, emitteras så kallat Cerenkovljus. Ljuset ligger inom det synliga spektret och kan alltså detekteras med vanlig kamerateknik. Många av de radionuklider som används för nukleärmedicinska undersökningar och terapier emitterar högenergetiska laddade partiklar när de sönderfaller. Dessa kan få tillräckligt hög hastighet för att vid passage genom kroppen emittera Cerenkovljus. Nukleärmedicinska radionuklider används även för prekliniska metoder och tidigare studier har visat att Cerenkov Luminance Imaging (CLI), en metod där man studerar det emitterade Cerenkov ljuset från försöksdjur injicerade med radionuklider, skulle kunna användas för prekliniska studier av nukleärmedicinska terapier och läkemedel. När ljus färdas genom vävnad kommer det spridas och absorberas och endast en liten del av ljuset, om något, kommer ta sig upp till ytan. Om man ska kunna kvantifiera vilken mängd radioaktivitet som gett upphov till ljuset, måste man ta reda på hur ljuset har påverkats av sin färd mot ytan. I detta arbete utfördes så kallade fantommätningar för att studera hur spridning, absorption och djup i vävnad påverkar vilken mängd ljus man kan detektera. Fantomen bestod av mus-stora epoxiharts-block med olika optiska egenskaper som fick dem att absorbera och sprida ljuset olika mycket. Genom fantomen hade kanaler borrats med varierande avstånd till ytan för att simulera aktivitetsupptag på olika djup i en muskropp. Försöken gjordes med en ljustät låda som stänger ute vanligt ljus och en så kallad CCD-kamera monterad inuti lådan som kan detektera ljuset. Fantomen fylldes med radionukliden 18F, en vanlig nuklid vid PET-undersökningar och placerades i CLI-lådan. Bilder med varierande insamlingstid togs upprepade gånger under flera timmars tid, medan aktivitetsinnehållet i fantomen sönderföll. För att jämföra CLI:s potential som nukleärmedicinsk bildverktyg utfördes Positronemissionstomografi (PET)-undersökningar av samma fantom med 18F i tre olika prekliniska PET-system, däribland det box-geometriska systemet Genisys4. Resultaten visade att radiansen sjönk som funktion av djupet och för stigande absorptionsegenskaper i fantomens material. Spridande partiklar i fantomen ökade radiansen. Upplösningen blev sämre för ökande djup och för stigande mängd spridande partiklar. Absorberande material förbättrade upplösningen något. Resultaten visade på de hinder som måste överbryggas för att CLI ska kunna användas som ett kvantitativt nukleärmedicinskt bildverktyg, eftersom ljuset som detekteras inte direkt kan översättas till ett radionuklidupptag i muskroppen. Först måste radiansen normeras mot en effektiv attenueringskoefficient som beskriver hur ljusets intensitet förändras på sin väg mot ytan. Dessutom kommer CLI bara kunna användas till ytligt belägna aktivitetsupptag, så som tumörer implanterade under huden på försöksdjur.