Untersuchung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses an einem modernen PET-System: Messungen am EEC-Ganzkörperphantom

Zusammenfassung

Ziel: Mit kleineren Detektorelementen läßt sich bei PET-Scannern eine bessere räumliche Auflösung erzielen. Allerdings verschlechtert sich damit die Zählstatistik in den rekonstruierten Bildern. Daher wurde in dieser Studie der Einfluß verschiedener Aufnahmeparameter auf das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) mit dem Ziel untersucht, die Qualität der PET-Aufnahmen zu optimieren. Methode: Die Messungen wurden an einem modernen Ganzkörper-PET-System (ECAT Exact HR⁺, Sie- mens/CTI) mit den vom Hersteller empfohlenen Einstellungen im 2D- und 3D-Modus durchgeführt. Zur Simulation von Patientenmessungen im Thoraxbereich wurde das EEC-Ganzkörperphantom mit verschiedenen Einsätzen verwendet. Bei den Messungen im Emissions- und Transmissionsmodus wurden die Ereigniszahlen sowie die untere Schwelle des Energiediskriminators variiert. Mit Hilfe einer einfachen Modellfunktion wurde der Einfluß der Ereigniszahlen im Emissions- und Transmissionsdatensatz auf das SNR parametrisiert. Ergebnisse: Bei den in der PET üblicherweise verwendeten Zählraten beeinflußt die Emissionsmessung das SNR im rekonstruierten Bild stärker als die Transmissionsmessung. Mit steigender unterer Energieschwelle verbessert sich bei gleicher Anzahl an Gesamtereignissen das SNR. Unter Verwendung der abgeleiteten Modellfunktion konnte die optimale Aufteilung der Gesamtmeßzeit (Emission und Transmission) abgeschätzt werden. Sowohl für den 2D- als auch für den 3D-Modus ergab sich ein optimaler Anteil der Emissionsmeßzeit an der Gesamtmeßzeit von etwa 75%. Schlußfolgerung: Der vorgestellte phänomenologische Ansatz bietet die Möglichkeit, das SNR und damit die Qualität von PET-Aufnahmen für den jeweiligen Scanner und die jeweilige Fragestellung auf einfache Weise zu optimieren.

Summary

Aim: The spatial resolution of PET scanners can be improved by using smaller detector elements. This approach, however, results in poorer counting statistics of the reconstructed images. Therefore, the aim of this study was to investigate the influence of different acquisition parameters on the signal-to-noise ratio (SNR) and thus to optimize PET image quality. Methods: The experiments were performed with the latest- generation whole-body PET system (ECAT Exact HR⁺, Siemens/CTI) using the standard 2D and 3D data acquisition parameters recommended by the manufacturer. The EEC whole-body phantom with different inserts was used to simulate patient examinations of the thorax. Emission and transmission scans were acquired with varying numbers of events and at different settings of the lower level energy discriminator. The influence of the number of counts on the SNR was parameterized using a simple model function. Results: For count rates frequently encountered in clinical PET studies, the emission scan has a stronger influence on the SNR in the reconstructed image than the transmission scan. The SNR can be improved by using a higher setting of the lower energy level provided that the total number of counts is kept constant. Based on the established model function, the relative duration of the emission scan with respect to the total acquisition time was optimized, yielding a value of about 75% for both the 2D and 3D mode. Conclusion: The presented phenomenological approach can readily be employed to optimize the SNR and thus the quality of PET images acquired at different scanners or with different examination protocols.

Schlüsselwörter

Positronen-Emissions-Tomographie - Signal-zu-Rausch-Verhältnis - Energieschwelle - Meßzeitoptimierung

Keywords

Positron emission tomography - signal-to-noise ratio - energy level - optimization of scan duration

• Literatur

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