Recent developments and future trends in nuclear medicine instrumentation

Molecular imaging using high-resolution single-photon emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET) has advanced elegantly and has steadily gained importance in the clinical and research arenas. Continuous efforts to integrate recent research findings for the design of different geometries and various detector technologies of SPECT and PET cameras have become the goal of both the academic community and nuclear medicine industry. As PET has recently become of more interest for clinical practice, several different design trends seem to have developed. Systems are being designed for “low cost” clinical applications, very high-resolution research applications (including small-animal imaging), and just about everywhere in-between. The development of dual-modality imaging systems has revolutionized the practice of nuclear medicine. The major advantage being that SPECT/PET data are intrinsically aligned to anatomical information from the X-ray computed tomography (CT), without the use of external markers or internal landmarks. On the other hand, combining PET with Magnetic Resonance Imaging (MRI) technology is scientifically more challenging owing to the strong magnetic fields. Nevertheless, significant progress has been made resulting in the design of a prototype small animal PET scanner coupled to three multi-channel photomultipliers via optical fibers, so that the PET detector can be operated within a conventional MR system. Thus, many different design paths are being pursued – which ones are likely to be the main stream of future commercial systems? It will be interesting, indeed, to see which technologies become the most popular in the future. This paper briefly summarizes state-of-the art developments in nuclear medicine instrumentation. Future prospects will also be discussed.

ZusammenfassungAufgrund ihrer eleganten Ansätze bekommt die molekulare Bildgebung unter Verwendung von Einzelphotonenemissionscomputertomographie (SPECT) und Positronenemissionstomographie (PET) einen immer höheren Stellenwert sowohl in der Forschung als auch in der Klinik. Hierbei ist die Integration von aktuellen Forschungsergebnissen bezüglich des Designs anwendungsspezifischer Geometrien und alternativer Detektortechnologien in SPECT- und PET-Kameras ein primäres Ziel nicht nur der nuklearmedizinischen Industrie sondern auch der akademischen Forschung. Gerade für PET, welche ein stetig wachsendes Interesse in der klinischen Praxis findet, lassen sich verschiedene Trends in der apparativen Entwicklung erkennen. Die Bandbreite der aktuell entwickelten Systeme reicht von „low cost” klinischen Anwendungen bis hin zu sehr hochauflösenden wissenschaftlichen Anwendungen im Kleintierbereich. Die Entwicklung von mehrfachbildgebenden Systemen hat die Praxis der Nuklearmedizin revolutioniert. Ihr Hauptvorteil besteht darin, dass SPECT/PET-Daten bereits intrinsisch mit der anatomischen Information der Computertomographie (CT) ausgerichtet sind, ohne dass externe Markierungen oder interne anatomische Charakteristika angewandt werden müssen. Andererseits ist die Kombination von PET mit Magnetresonanztomographie (MRI) aufgrund der magnetischen Felder eine technologische Herausforderung. Nichtsdestoweniger gibt es signifikante Fortschritte. So wurde ein Prototyp eines faseroptisch gekoppelten PET-Detektors vorgestellt, womit eine PET-Kamera in ein konventionelles MRI-System integriert werden konnte. Bleibt die Frage, welche von den verschiedenen Designausführungen die zukünftige Ausrichtung kommerzieller Systeme bestimmen wird und welche Technologien sich in Zukunft durchsetzen werden. Inhalt dieses Artikels ist eine kurze Zusammenfassung moderner Entwicklungen in der nuklearmedizinischen Instrumentierung. Auch zukünftige Erwartungen werden diskutiert.