Computational patient models for simulation of dynamic gamma-camera imaging: Application to renography and peptide receptor radionuclide therapy

Inom nuklearmedicinen utnyttjas radioaktiva läkemedel och strålningen som sänds ut från dessa för att diagnosticera och behandla ett flertal olika sjukdomar. Det radioaktiva läkemedlet ges ofta till patienten som en intravenös injektion, och läkemedlets egenskaper i kombination med patientens fysiologi och eventuella sjukdom avgör hur läkemedlet sedan fördelas, omsätts och utsöndras från kroppen. Denna dynamiska process kan följas med hjälp av en gammakamera (scintillationskamera) som genom att detektera strålningen från det radioaktiva ämnet skapar en bild av aktivitetsfördelningen i kroppen vid olika tidpunkter efter injektionen.
Det är i många sammanhang av intresse att använda den nuklearmedicinska bilden för att beräkna hur mycket av läkemedlet eller radionukliden som tagits upp i t.ex. ett organ eller tumör som funktion av tiden efter injektionen. Ett sådant sammanhang är vid renografi, en typ av njurundersökning där upptaget och utsöndringen av det radioaktiva läkemedlet avspeglar njurarnas funktion. Ett annat sådant sammanhang är vid radionuklidterapi, det vill säga behandling av cancer eller andra sjukdomar med radioaktiva läkemedel. Inom radionuklidterapi kan mätvärdena användas för att beräkna stråldoser till tumörer och friska organ. Stråldoserna avgör sedan hur mycket av det radioaktiva läkemedlet som ska ges till patienten för att maximera behandlingseffekten utan att risken för strålskador på friska organ blir oacceptabelt hög.
Det är ur ett patientsäkerhetsperspektiv givetvis av största betydelse att de mät- och beräkningsmetoder som används i dessa sammanhang ger tillförlitliga resultat, och att de mätosäkerheter och begränsningar som finns blir noggrant utredda. I detta arbete har vi undersökt tillförligheten i mätvärden som tas fram vid renografi med det radioaktiva läkemedlet ^99mTc-MAG3 samt i stråldosberäkningar vid radionuklidterapi med ¹⁷⁷Lu-DOTATATE. Detta har dels gjort med konventionella mätningar, men främst genom datorexperiment med digitala patientmodeller. Patientmodellerna har konstruerats med hjälp av befintliga datormodeller av den mänskliga anatomin i kombination med framtagna farmakokinetiska modeller, vilka beskriver hur läkemedlet fördelar sig i kroppen som funktion av tiden efter injektion. Datorsimulering av gammakamerabildtagning med dessa patientmodeller ger bilder som är mycket patientlika och har visat sig vara användbara för utredning av osäkerheter och mätnoggrannhet, vilket i förlängningen kan bidra till bättre nuklearmedicinsk diagnostik och förbättrade behandlingsresultat vid radionuklidterapi.