Thyroid cancer is the most common type of endocrine-related cancer and the most common cancer in young women. Currently, single photon emission computed tomography (SPECT) and computed tomography (CT) are used with radioiodine scintigraphy to evaluate patients with thyroid cancer. The gamma camerafor SPECT contains a mechanical collimator that greatly compromises dose efficiency and limits diagnostic sensitivity. Fortunately, the Compton camera is emerging as an ideal approach for mapping the distribution of radiopharmaceuticals inside the thyroid. In this preliminary study, based on the state-of-the-art readout chip Timepix3, we investigate the feasibility of using Compton camera for radiotracer SPECT imaging in thyroid cancer. A thyroid phantom is designed to mimic human neck, the mechanism of Compton camera-based event detection is simulated to generate realistic list-mode data, and a weighted back-projection method is developed to reconstruction the original distribution of the emission source. Study results show that the Compton camera can improve the detection efficiency for two or higher orders of magnitude comparing with the conventional gamma cameras. The thyroid gland regions can be reconstructed from the Compton camera measurements in terms of radiotracer distribution. This makes the Compton-camera-based SPECT imaging a promising modality for future clinical applications with significant benefits for dose reduction, scattering artifact reduction, temporal resolution enhancement, scan throughput increment, and others.

中文翻译：

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基于康普顿相机的 SPECT 用于甲状腺癌成像

甲状腺癌是最常见的内分泌相关癌症，也是年轻女性最常见的癌症。目前，单光子发射计算机断层扫描 (SPECT) 和计算机断层扫描 (CT) 与放射性碘闪烁扫描一起用于评估甲状腺癌患者。用于 SPECT 的伽马相机包含一个机械准直器，这大大降低了剂量效率并限制了诊断灵敏度。幸运的是，康普顿相机正在成为绘制甲状腺内放射性药物分布的理想方法。在这项初步研究中，我们基于最先进的读出芯片 Timepix3，研究了使用康普顿相机进行甲状腺癌放射性示踪剂 SPECT 成像的可行性。甲状腺幻影旨在模仿人类颈部，模拟基于康普顿相机的事件检测机制以生成逼真的列表模式数据，并开发了一种加权反投影方法来重建发射源的原始分布。研究结果表明，与传统伽马相机相比，康普顿相机可以将检测效率提高两个或更多数量级。甲状腺区域可以根据放射性示踪剂分布从康普顿相机测量中重建。这使得基于康普顿相机的 SPECT 成像成为未来临床应用的有前途的模式，在剂量减少、散射伪影减少、时间分辨率增强、扫描吞吐量增加等方面具有显着优势。并提出了一种加权反投影方法来重建排放源的原始分布。研究结果表明，与传统伽马相机相比，康普顿相机可以将检测效率提高两个或更多数量级。甲状腺区域可以根据放射性示踪剂分布从康普顿相机测量中重建。这使得基于康普顿相机的 SPECT 成像成为未来临床应用的有前途的模式，在剂量减少、散射伪影减少、时间分辨率增强、扫描吞吐量增加等方面具有显着优势。并提出了一种加权反投影方法来重建排放源的原始分布。研究结果表明，与传统伽马相机相比，康普顿相机可以将检测效率提高两个或更多数量级。甲状腺区域可以根据放射性示踪剂分布从康普顿相机测量中重建。这使得基于康普顿相机的 SPECT 成像成为未来临床应用的有前途的模式，在剂量减少、散射伪影减少、时间分辨率增强、扫描吞吐量增加等方面具有显着优势。研究结果表明，与传统伽马相机相比，康普顿相机可以将检测效率提高两个或更多数量级。甲状腺区域可以根据放射性示踪剂分布从康普顿相机测量中重建。这使得基于康普顿相机的 SPECT 成像成为未来临床应用的有前途的模式，在剂量减少、散射伪影减少、时间分辨率增强、扫描吞吐量增加等方面具有显着优势。研究结果表明，与传统伽马相机相比，康普顿相机可以将检测效率提高两个或更多数量级。甲状腺区域可以根据放射性示踪剂分布从康普顿相机测量中重建。这使得基于康普顿相机的 SPECT 成像成为未来临床应用的有前途的模式，在剂量减少、散射伪影减少、时间分辨率增强、扫描吞吐量增加等方面具有显着优势。