Gamma-kamera SPECT PET

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Gamma-kamera SPECT PET"

Hunor Faragó
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Gamma-kamera SPECT PET Gamma sugárzás Elektromágneses sugárzás (f>10 19 Hz, E>~50keV ( J), λ< m) gamma-bomlás (atommag alacsonyabb energiájú állapotba történő átmenetét kísérő foton kibocsátás) - többnyire az α- és a β-bomlást kíséri ionizáló sugárzás Paul Ulrich Villard, francia kémikus-fizikus fedezte fel 1900-ban miközben rádiummal dolgozott 1903-ban Ernest Rutherford nevezte el atommag által kibocsátott sugárzás röntgen sugárzás:elektronátmenetek által kiváltott sugárzás 1

többnyire az α- és a β-bomlást kíséri ionizáló sugárzás Paul Ulrich Villard, francia kémikus-fizikus fedezte fel 1900-ban

2 γ-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal Fotoelektromos hatás foton (E~50keV) + elektron kilökődött elektron Compton effektus (szóródás) foton (E 1 :100 kev-10 MeV) + elektron foton (E 2 <E 1, megváltozott irány) + kilökődött elektron Párképződés foton (E>1.02MeV=2*0.51MeV) + atommag elektromos mezője elektron-pozitron pár (1.02MeV feletti energia E kinetikus ) Tömeg-energia ekvivalencia E=mc 2 (Albert Einstein 1905) elektron, pozitron: kg * ( m/s) 2 = J = ev = 0.51 MeV párképződés: E foton >1.02MeV e - + e + + E kinetikus E kinetikus = E foton 1.02MeV Annihiláció (megsemmisülés): elektron + pozitron 2 foton (E min = 2*0.51MeV) 2

02MeV feletti energia E kinetikus ) Tömeg-energia ekvivalencia E=mc 2 (Albert Einstein 1905) elektron, pozitron: 9.1 10-31 kg * (3 10 8 m/s) 2 = 8.2 10-14 J = 511179.

3 γ-sugárzás előállítása α- és β-bomlás kísérője magizomerek alapállapotba jutása Co Ni * Ni 99m Tc 99 Tc magizomer: elemek melyeknél az atommagok azonos összetételűek de eltérő energiaállapotúak. Nukleáris medicína Nukleáris Medicina: Nyílt radioaktív készítmények gyógyászati célú felhasználásával foglalkozó szakterület. Nyílt radioaktív készítmény: Olyan radioaktív összetevőt tartalmazó készítmény, amely a felhasználáskor a környezetével elkeveredhet ill. kémiai reakcióban is részt vehet. Radiofarmakon: radioaktív izotópokkal jelölt vegyület. 3

Nukleáris medicína Nukleáris Medicina: Nyílt radioaktív készítmények gyógyászati célú felhasználásával foglalkozó szakterület.

4 Tomográfia tomos réteg, sík szelet tomogram egy fizikai paraméter értékének a metszeti síkban/rétegben érvényes eloszlása Tomográfiai módszerek: CT, MRI, PET Izotópok Izotóp = azonos hely (a periódusos rendszerben) Azonos rendszám (p + ) eltérő tömegszám (p + + n 0 ) azonos kémiai és biológiai tulajdonságok de eltérő fizikai tulajdonságok (radioaktív izotópok) pl. Prócium: 1 H (rövidebb jelölése: H) - 99,985 % (1p + Øn + 1e) Deutérium: 2 H (rövidebb jelölése: D) (1p + 1n + 1e) Trícium: 3 H (rövidebb jelölése: T) (1p + 2n + 1e) 4

azonos kémiai és biológiai tulajdonságok de eltérő fizikai tulajdonságok (radioaktív izotópok) pl.

5 Gamma-kamera Gamma fotonok detektálására alkalmas eszköz (2D leképezés). Gamma sugárzás: (f>10 19 Hz, E>100keV (1.6*10-14 J), f<10-12 m) Szcintigráfia. Gamma sugárzó radioaktív izotópok detektálása. 99m Tc (metastabil Technécium izotóp) nagy energiájú gamma sugárzás kibocsátása féléletidő ~ 6 óra PMT Szcintillációs kristály(nai; CsF; BaF 2 ; Bi 4 Ge 3 O 12 ) Szcintillációs kristály p:piko E:exa kollimátor Gamma-kamera Hátrány: alacsony érzékenység (nagy veszteség a kollimátoron). Rossz térbeli felbontóképesség (1.8 cm / 5 cm (detektortól való távolság)). Előny: relatíve olcsó 5

99m Tc (metastabil Technécium izotóp) nagy energiájú gamma sugárzás kibocsátása féléletidő ~ 6 óra PMT Szcintillációs kristály(nai; CsF; BaF 2 ; Bi 4

6 SPECT Single Photon Emisson Computed Tomography Képalkotó eljárás mely a gamma kamera által rögzített, több szögből (360 ) felvett 2D képeket rekonstruálja számítógép segítségével. Eredmény: 3D kép. Szükséges: gamma sugárzó izotóp ( 99m Tc; 123 I; 131 I; 133 Xe). Felvétel ideje ~ perc (javítható többdetektoros rendszerrel) Hátrány: rossz térbeli felbontó képesség (~1cm) Előny: relatíve olcsó Használat: - szívizom funkciójának vizsgálata (CO; MI diagnózisa) - agyi funkció vizsgálata SPECT hátrányai alacsony érzékenység (nagy veszteség a kollimátoron). rossz térbeli felbontó képesség (~1cm) Hosszú lehet a mérési idő (a detektor pozícionálása miatt). Sugárterhelés! Gamma sugárzás - égési sebek, daganat, genetikai mutációk 6

Felvétel ideje ~ 15-20 perc (javítható többdetektoros rendszerrel) Hátrány: rossz térbeli felbontó képesség (~1cm) Előny: relatíve olcsó Használat: - szívizom funkciójának vizsgálata

7 PET Pozitron Emissziós Tomográfia komputertomográfia Történeti háttér 1973 St. Louis (USA, Missouri) Washington Egyetem Edward J. Hoffman & Michael Phelps üzembe helyezi az első PET szkennert 7

8 Definíció A PET olyan, a nukleáris medicina körébe tartozó tomográfiai, képalkotó eljárás, amely a szervezetben zajló funkcionális folyamatokat képes 3D kép vagy térkép formájában ábrázolni pozitront emittáló izotóppal jelölt jelzőmolekulák eloszlásának vizsgálatán keresztül. - anyagcsere folyamatok kvantitatív mérése! Definíció A PET olyan, a nukleáris medicina körébe tartozó tomográfiai, képalkotó eljárás, amely a szervezetben zajló funkcionális folyamatokat képes 3D kép vagy térkép formájában ábrázolni pozitront emittáló izotóppal jelölt jelzőmolekulák eloszlásának vizsgálatán keresztül. - anyagcsere folyamatok kvantitatív mérése! 8

- anyagcsere folyamatok kvantitatív mérése! - anyagcsere folyamatok kvantitatív mérése! 8

9 pozitron Elemi részecske: olyan részecske, mely tovább nem bontható. - szubatomos részecske - atommag proton + neutron kvarkok Az elektron ellenanyaga (azonos tömeg(9.1 x kg), azonos nyugalmi energia (0.51MeV = 8.2 x J), azonos nagyságú de eltérő előjelű töltés (+1.6 x C). Az első bizonyított ellenanyag ( antimatter ). Chung-Yao Chao (diák a Caltech-en) : először fogott be pozitront elektron-pozitron annihiláció útján. Létezését először Paul Dirac vetette fel 1928-ban egyenletei alapján. Carl D. Anderson (elméleti fizikus) 1932: felfedezte és elnevezte a pozitront. Előállítása: - párképződés - pozitron emisszió (β bomlás) Felhasználása: PET. Pozitronok keletkezése Párképződés β-bomlás 9

Chung-Yao Chao (diák a Caltech-en) - 1930: először fogott be pozitront elektron-pozitron annihiláció útján. Létezését először Paul Dirac vetette fel 1928-ban egyenletei alapján.

10 Pozitronok keletkezése I. Párképződés e - foton atommag e + Párképződés előfeltétele, hogy a foton energiája legalább MeV legyen (0.511MeV az elektron nyugalmi tömegéhez rendelhető energiamennyiség.) Gamma sugárzás nagy energiájú fotonok (E>100 kev). Pozitronok keletkezése II. β + sugárzás (magsugárzás) n p + e + ν ( antineutrínó) Cs Ba + e +ν p n+ e + ν ( neutrínó) Na Ne + + e +ν 10

511MeV az elektron nyugalmi tömegéhez rendelhető energiamennyiség.

11 Annihiláció (megsemmisülés) foton 1 e - e º foton 2 Párképződés ellentéte: 1e - + 1e + 2 foton 180º β + bomló anyagok 11 6C 13 7 N 15 8O 18 9 F I Rb izotóp Felezési idő (t 1/2 ) jelzőmolekula Mit mutat ki felhasználás C perc aminosavak aminosavanyagcsere Anyagcsere változások, tumorok N-13 2 perc ammónia vérátáramlás Szívizom életképessége O perc O-15 jelzett gázok F perc Deoxiglükóz (FDG: 18- fluoro-deoxyglukóz) oxigén anyagcsere glükózanyagcsere I nap Tumorok, reziduumok detektálása Rb nap Szívizomszövet vérátáramlásámak megváltozás Oxigén anyagcsere mérése Anyagcsere változás, tumorok Pajzsmirigy vizsgálata Koszorúér betegségek 11

vérátáramlás Szívizom életképessége O-15 10 perc O-15 jelzett gázok F-18 110 perc Deoxiglükóz (FDG: 18- fluoro-deoxyglukóz) oxigén anyagcsere glükózanyagcsere I-124 4.

12 PET feltételei PET készülék (~1milliárd Ft) Ciklotron (részecskegyorsító) az izotópok előállítására (~1milliárd Ft) Onkológiai központ (85-90% onkológiai beteg)?!?!? A PET laboratórium egységei 12

13 PET módszer alapja Detektor gyűrű Koincidencia kör (t<20ns) 180 o 0.511MeV annihiláció Mire jó? Diagnózis Terápiás válasz kiértékelése 13

14 Indikációi Onkológia fej és nyaki neopláziák, tüdőtumor, emlőrák, pajzsmirigyrák, nyelőcsőrák, végbélrák,. Kardiológia szívizom életképesség vizsgálata (szívizom infarktuskardiális FDG-PET), myocardiális perfúzió Neuropszichiátria Refrakter epilepszia, dementia, Parkinson-kór, Huntington-chorea PET előnyei és hátrányai metszetképalkotó eljárás Az élő szervezet működéséről, funkciójáról informál (anyagcserefolyamatok) Korai diagnózis (szerkezeti változás előtt) Abszolút egységekben skálázható gyengítési korrekciós faktor (kalibrálás) Gyenge térbeli felbontóképesség (4-6mm) (SPECT-nél jobb) Nem szolgáltat struktúrális információt képfúziós eljárások (PET-CT) drága a telepítés (1+1 milliárd Ft) Drága a vizsgálat ( /vizsgálat) 14

Huntington-chorea PET előnyei és hátrányai metszetképalkotó eljárás Az élő szervezet működéséről, funkciójáról informál (anyagcserefolyamatok) Korai diagnózis (szerkezeti változás

15 PET Magyarországon Debreceni Orvostudományi Egyetem 1994 január 26. MGC20 ciklotron (ATOMKI) GE4096 teljes test szkenner Budapest, Országos Idegsebészeti Tudományos Intézet május 26. PET-CT Vége! 15

Hasonló dokumentumok

Gamma sugárzás. Gamma-kamera SPECT PET. Tömeg-energia ekvivalencia. Nukleáris medicína. γ-sugárzás előállítása. γ-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

Gamma sugárzás. Gamma-kamera SPECT PET. Tömeg-energia ekvivalencia. Nukleáris medicína. γ-sugárzás előállítása. γ-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 2011.05.02. SPECT PET Gamma sugárzás Elektromágneses sugárzás (f>10 19 Hz, E>~50keV (6.6 10-15 J), λ< 3 10-11 m) gamma-bomlás (atommag alacsonyabb energiájú állapotba történő átmenetét kísérő foton kibocsátás)