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単光子放出コンピューター断層撮影（SPECT、またはあまり一般的ではないがSPET）は、ガンマ線を使用する核医学断層撮影画像技術である。[ 1 ]これは、ガンマカメラを使用した従来の核医学平面画像（つまりシンチグラフィー）と非常によく似ているが、 [ 2 ]真の3D情報を提供できる。この情報は通常、患者の断面スライスとして表示されるが、必要に応じて自由に再構成または操作することができる。
この技術では、ガンマ線を放出する放射性同位体（放射性核種）を患者に投与する必要があり、通常は血流への注射によって投与されます。場合によっては、放射性同位体は ガリウム（III）同位体のような単純な溶解性イオンであることもあります。しかし、通常は、マーカー放射性同位体が特定のリガンドに結合して放射性リガンドが生成され、その特性によって特定の種類の組織に結合します。この結合により、リガンドと放射性医薬品の組み合わせが体内の目的部位に運ばれて結合し、そこでリガンド濃度がガンマカメラによって検出されます。
SPECTやその他の核医学画像診断技術は、体の構造ではなく生物学的活性の量を画像化する点で、X線撮影とは異なります。これは、崩壊する放射性核種からの光子放出を検出することによって測定され、その後3D画像に再構成されます。これらの放射性核種は、関心のある機能を局在化させるキャリア分子に結合しています。[ 3 ]
SPECTイメージングは、ガンマカメラを使用して複数の角度から複数の2次元画像（投影とも呼ばれる）を取得することによって行われます。 [ 3 ] [ 4 ]次に、コンピュータを使用して複数の投影に断層再構成アルゴリズムを適用し、3次元データセットを取得します。[ 3 ] [ 4 ]このデータセットは、磁気共鳴画像法（MRI）、X線コンピュータ断層撮影法（X線CT） 、陽電子放出断層撮影法（PET）などの他の断層撮影技術で得られるものと同様に、体の任意の選択された軸に沿った薄いスライスを表示するように操作できます。
SPECTは、放射性トレーサー物質の使用とガンマ線の検出という点でPETと類似しています。[ 3 ] PETとは対照的に、SPECTで使用されるトレーサーは直接測定されるガンマ線を放出しますが、PETは反対方向に移動する陽電子の消滅によって生成される2つのガンマ線を測定します。[ 3 ] [ 4 ] PETスキャナは、これらの放出を時間的に「同時」に検出するため、より精密なコリメーションが可能になり、SPECTよりも高い空間分解能と高品質の画像が得られます。PETの分解能は、 より新しいPETシステムでは通常0.5～6 mm、 SPECTシステムでは約1 cmです。[ 5 ]このため、テクネチウム-99mなどのより耐久性があり豊富な放射性同位元素が使用されるため、SPECTスキャナはPETスキャンよりも安価です。[ 6 ]
SPECT撮像は平面ガンマカメラ撮像と非常に似ているため、同じ放射性医薬品を使用できる場合があります。患者が他の種類の核医学検査を受けたものの、画像が診断に役立たない場合は、患者をSPECT装置に移動させるか、あるいは患者が検査台に横たわったままカメラをSPECT画像取得用に再構成するだけで、直接SPECT検査に進むことが可能です。
SPECT画像を取得するために、ガンマカメラは患者の周囲を回転します。[ 3 ]回転中、通常は3～6度ごとに、定義されたポイントで投影画像が取得されます。患者の画像化対象に応じて、180度と360度が標準的な回転弧です。[ 4 ]各投影画像の取得にかかる時間も変動しますが、通常は15～20秒です。これにより、合計スキャン時間は15～20分になります。
マルチヘッドガンマカメラは、取得を高速化できます。[ 4 ]例えば、デュアルヘッドカメラは、ヘッドを180度離して使用でき、各ヘッドが180度回転することで、2つの投影を同時に取得できます。[ 4 ] 120度間隔のトリプルヘッドカメラも使用されます。
SPECTでは、マルチゲート取得スキャン（MUGA）などの平面画像化技術と同様に、心電図同期取得が可能です。心電図（EKG）をトリガーとして、心周期のさまざまな段階における心臓に関する差分情報を取得するゲート心筋SPECTは、心周期のさまざまな段階における心筋灌流、心筋の厚さ、および心筋収縮性に関する定量的情報を取得するために使用でき、また、左室駆出率、一回拍出量、および心拍出量の計算も可能です。
SPECTは、腫瘍画像、感染症（白血球）画像、甲状腺画像、骨シンチグラフィーなど、真の3D表現が役立つあらゆるガンマ画像検査を補完するために使用できます。
SPECTは3次元空間における正確な位置特定を可能にするため、心臓や脳の機能画像診断など、内臓の局所的な機能に関する情報を提供するために使用できる。
心筋灌流イメージング（MPI）は、虚血性心疾患の診断に用いられる機能的心臓イメージングの一種です。その基本原理は、ストレス条件下では、病変のある心筋は正常な心筋よりも血流が少なくなるというものです。MPIは、数種類ある心臓負荷試験の一つです。
心臓特異的な放射性医薬品、例えば99mTc-テトロフォスミン（Myoview、GEヘルスケア）、99mTc-セスタミビ（Cardiolite、ブリストル・マイヤーズ スクイブ）、または塩化タリウム-201が投与される。[ 7 ]その後、トレッドミルでの運動、またはアデノシン、ドブタミン、ジピリダモールによる薬理学的処置によって心拍数を上げて心筋ストレスを誘発する（アミノフィリンはジピリダモールの効果を打ち消すために使用できる）。[ 8 ]
負荷後に実施されるSPECT画像検査では、放射性医薬品の分布、ひいては心筋の各領域への相対的な血流が明らかになる。診断は、負荷時の画像と、通常は負荷時の画像検査の前に取得される安静時の画像セットを比較することによって行われる。
MPIは、全体的な精度が約83%（感度：85%、特異度：72%）であることが実証されており（SPECT MPIに限らずレビューによる）、[ 8 ]虚血性心疾患の他の非侵襲的検査と同等（またはそれ以上）である。
通常、機能的脳画像診断で使用されるガンマ線放出トレーサーはテクネチウム（99mTc）エキサメタジムです。半減期が6時間の99mTcは、ガンマカメラで検出可能なガンマ線を放出する準安定核異性体です。 [ 6 ]これをエキサメタジムに結合させることで、脳血流量に比例して脳組織に取り込まれるようになり、核ガンマカメラで脳血流量を評価できるようになります。
脳内の血流は局所的な脳代謝とエネルギー使用に密接に関連しているため、99m Tc-エキサメタジムトレーサー（および同様の99m Tc-ECトレーサー）は、認知症の潜在的な原因病理を診断および鑑別する試みとして、脳の局所的な代謝を評価するために使用されます。[ 9 ]多くの報告された研究のメタ分析によると、このトレーサーを使用したSPECTは、アルツハイマー病の診断において約74%の感度を示し、臨床検査（認知テストなど）の感度81%と比較されます。より最近の研究では、アルツハイマー病の診断におけるSPECTの精度は最大88%に達する可能性があることが示されています。[ 9 ]メタ分析では、SPECTは、アルツハイマー病と血管性認知症を鑑別する能力において、臨床検査および臨床基準（91%対70%）よりも優れていました。[ 10 ]この後者の能力は、SPECTによる脳の局所代謝の画像化に関連しており、多発性脳卒中で見られる皮質代謝の斑状喪失は、アルツハイマー病に典型的な、より均一または「滑らかな」非後頭皮質脳機能の喪失とは明らかに異なります。2012年に発表された別のレビュー記事では、定量的解析を備えたマルチヘッドSPECTカメラは、横断的研究で全体的な感度84～89％、全体的な特異度83～89％、認知症の縦断的研究で感度82～96％、特異度83～89％をもたらすことが示されました。[ 11 ]
99m Tc-エキサメタジムSPECTスキャンは、脳の局所的なグルコース代謝を評価するフルデオキシグルコース（FDG）PETスキャンと競合し、多くのプロセスによる局所的な脳損傷について非常に類似した情報を提供します。 [ 9 ] SPECTは、使用される放射性同位体がより長く持続し、はるかに安価であるため、より広く利用可能であり、ガンマスキャン装置も安価です。99m Tcは、比較的単純なテクネチウム-99mジェネレータから抽出され、新鮮な放射性同位体を供給するために毎週病院やスキャンセンターに配送されますが、FDG PETは、高価な医療用サイクロトロンと「ホットラボ」（放射性医薬品製造用の自動化学ラボ）で製造され、フッ素-18の自然な半減期が110分と短いため、スキャンサイトにすぐに配送されるFDGに依存しています。[ 9 ]
原子力発電分野では、SPECT技術は照射済み核燃料中の放射性同位体分布を画像化するために適用できます。[ 12 ]原子炉内で核燃料（例えばウラン）に中性子を照射すると、核分裂生成物（セシウム137、バリウム140、ユーロピウム154）や放射化生成物（クロム51、コバルト58 ）など、ガンマ線放出放射性核種が燃料中に自然に生成されます。これらは、 IAEA保障措置の目的で貯蔵燃料集合体内の燃料棒の存在を確認するため、[ 13 ]炉心シミュレーションコードの予測を検証するため、[ 14 ]または通常運転時、 [ 15 ]あるいは事故シナリオにおける核燃料の挙動を研究するためにSPECTを使用して 画像化できます。[ 16 ]
SPECTでは、再構成画像の品質は一般的に低い空間分解能と感度によって制限され、その制限により減衰が増加し、アーチファクトのリスクが生じます。[ 1 ]
スキャンには時間がかかり、スキャン中は患者が動かないことが不可欠です。これは、検出器が患者の周りを回転して複数の投影を収集するためです。動きは再構成された画像に大きな不完全性をもたらす可能性がありますが、動き補正再構成技術はこれに役立ちます。[ 1 ]さらに、反復アルゴリズムは、優位性手法を使用することでより効果的になります。[ 17 ]
SPECT技術の旧バージョンでは、MLEMアルゴリズムまたは最大尤度期待値最大化アルゴリズムが使用されていました。より現代的なシステムでは、アルゴリズムはOSEM（順序付きサブセット期待値最大化アルゴリズム）などのアルゴリズムに改良されています。これらのアルゴリズムはMLEMに似ていますが、データをサブセットに分割することで、より高速で高品質な画像再構成を実現します。[ 1 ]
これらのアルゴリズムにより、SPECTシステムは画像に現れるアーチファクトや減衰の量を制限することができます。そうすることで、組織内の放射線の活性をより正確に解釈することができます。OSEMに加えて、散乱補正および解像度回復アルゴリズムもSPECT画像をさらに鮮明にするために適用されます。[ 18 ]
場合によっては、SPECTガンマスキャナを改造して従来のCTスキャナと連携させ、単光子放出コンピュータ断層撮影とコンピュータ断層撮影を組み合わせることで、身体の詳細な生理機能と、スキャン対象の身体の構造を示す機能の両方を提供できます。SPECTデータとCTデータを重ね合わせることで、より正確な画像を作成できます。さらに、CTを追加することで、SPECT画像の減衰を補正できます。[ 1 ]これは、SPECTシンチグラフィーで見られるものの、他の解剖学的構造との関連で正確な位置を特定するのが難しい腫瘍や組織を特定するのに役立ちます。
SPECT/CTシステムの最新バージョンでは、カドミウム亜鉛テルル（CZT）検出器の使用と再構成アルゴリズムの進歩により、検出器が大幅に改善されています。これらの進歩により、旧バージョンと比較して画像品質が向上しています。[ 1 ]
SPECT/CTの進歩に伴い、この技術は臨床画像診断や治療診断においてますます重要な役割を担うようになっている。例えば、SPECT/CTはセスタミビ副甲状腺スキャンで使用されることがあり、この技術は甲状腺の通常の位置にない異所性副甲状腺腺腫の位置特定に役立つ。[ 7 ]
SPECTシステムの全体的な性能は、Jaszczakファントムなどの品質管理ツールによって評価できます。[ 19 ]
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