Basic HTML Version
vol. 1 2/2012 Inżynier i Fizyk Medyczny
radiologia
\
radiology
artykuł naukowy
\
scientific paper
40
Podstawowym radiofarmaceutykiem stosowanym obecnie
w badaniach PET jest pochodna glukozy – fluoro-deoxy-glukoza
znakowana
18
F. Coraz częściej wprowadzane są jednak również inne
radiofarmaceutyki, pozwalające na ocenę innych fenotypów nowo-
tworowych: cholina, tymidyna, tyrozyna, metionina, peptydy.
Wzrastająca liczba chorych, u których badanie PET jest przy-
datne w procesie diagnostycznym i niewystarczające koszty
refundacji skłaniają producentów do
wprowadzania nowych rozwiązań, po-
zwalających na zwiększenie wydajno-
ści aparatu (skrócenie czasu badania)
i obniżenie jego ceny. Wiele tych roz-
wiązań stało się już obecnie standar-
dem w nowoczesnych aparatach (typ
detektorów, metoda
time of flight
).
Do podstawowych rozwiązań, któ-
re jednoznacznie przyczyniły się do rozwoju techniki PET, należy
zaliczyć: zastosowanie iteracyjnych metod rekonstrukcji obrazów
(początkowo stosowana metoda projekcji wstecznej, została
wykorzystana w technice PET przez Cheslera w 1970 r.), zastoso-
wanie nowych typów kryształów scyntylacyjnych (zamiast jodku
sodu aktywowanego talem), wprowadzenie metody PET-CT (
Po-
sitron Emission Tomography - Computed Tomography
), opracowanie
metody
time of flight
, a obecnie zastosowanie metody PET-MRI
(
Positron Emission Tomography - Magnetic Resonance Imaging
).
Zrozumienie zasad techniki PET, jej zalet, a przede wszystkim
ograniczeń, jest niezbędne nie tylko dla właściwej interpretacji
ostatecznego wyniku przez lekarza, ale również dla optymali-
zacji parametrów skanowania i oceny źródeł artefaktów przez
fizyka/inżyniera medycznego.
Produkcja radioizotopów
Obecnie poznano około 200 izotopów emitujących promienio-
wanie pozytonowe. W medycynie wykorzystuje się obecnie kilka
z nich. Radioizotopy stosowane w badaniach PET uzyskiwane są
albo z zastosowaniem cyklotronów, albo generatorów. Podsta-
wowym radioizotopem stosowanym w technice PET jest obecnie
18
F. Jego czas półtrwania wynosi 110 minut. Umożliwia to synte-
zę różnego rodzaju radiofarmaceutyków, a przede
wszystkim ich transport z miejsca produkcji nawet
do znacznie oddalonych ośrodków PET. W Polsce re-
jestrację dla FDG uzyskały jako pierwsze firmy: Iason
i Ziegler Eckhert. Firmy te transportują znaczniki na-
wet na odległość kilkuset kilometrów.
Fluor (
18
F) produkowany jest w cyklotronach po-
przez bombardowanie tzw. ciężkiej wody zawiera-
jącej zwiększoną ilość
18
O.
W cyklotronie przyśpieszane są jony wodorowe (o
ujemnym ładunku elektrycznym), aż do uzyskania ener-
gii rzędu 8MeV. Bezpośrednio przed osiągnięciem tarczy usunięte zo-
stająelektrony,wwynikuprzejścia jonówwodoruprzez folięwęglową.
H
2
(
18
O) +
1
H + energia = H
2
(
18
F)
18
O i
18
F należą do izobarów – mają tę samą liczbę masową, ale
różne liczby atomowe (dla tlenu wynosi ona 8, dla fluoru 9).
Typowo napromienienie 0.3 ml ciężkiej wody umożliwia uzy-
skanie nawet 400-500 mCi
18
F. Zmieniając zawartość ciężkiej
wody w tarczy, otrzymuje się znacznie większe radioaktywności
fluoru. Cały proces trwa około 20 minut.
Synteza FDG
Produktem końcowym jest roztwór zawierający H
2
(
18
F) i H
2
(
18
O).
Dalszy proces syntezy odbywa się automatycznie i trwa około
50 minut. Wwyniku syntezy powstaje
18
F-FDG. Aktywność końco-
wego produktu wynosi około 1/3 – 1/2 aktywności fluoru zastoso-
wanego do syntezy. Radiofarmaceutyk jest sterylny, apyrogenny,
bezbarwny, czystość radiochemiczna wynosi ponad 95%.
Detekcja promieniowania
W technice PET wykorzystuje się izotopy (np.
11
C,
13
N,
18
F,
68
Ga,
82
Rb)
emitujące pozytony – cząstki o masie elektronu, ale o dodatnim
ładunku elektrycznym (tzw. antyelektrony). We współczesnej
fizyce uznaje się je za antymaterię.
Energia maksymalna pozytonów jest zależna od rodzaju izoto-
pu i zmienia się od ok. 0.96 MeV dla
18
F do ok. 3.35 MeV dla
82
Rb.
Wyemitowane przez jądro izotopu pozytony ulegają interakcji
z elektronami atomów środowiska, oddając za każdym razem
część energii. Gdy ich energia kinetyczna jest bliska energii tzw.
elektronów termicznych, z bardzo dużym prawdopodobień-
stwemwystąpi zjawisko anihilacji. W zjawisku tymwmiejsce pary
elektron-pozyton pojawia się energia w postaci fotonu, której
wartość można obliczyć, posługując się wzorem Einsteina (pra-
wo zachowania energii). Wartość tej energii – biorąc pod uwagę
masy obu cząstek – wynosi 1022 keV. Energia ta jest wyzwalana
w postaci kwantów promieniowania gamma. Z prawdopodobień-
stwem większym niż 0.99 są to dwa kwanty gamma, z których
każdy ma energię 511 keV, rozchodzące się w dokładnie prze-
ciwnych kierunkach (prawo zachowania pędu). Emisje większej
liczby kwantów z odpowiednio mniejszymi energiami, występują
z prawdopodobieństwem nie mającym znaczenia w technice PET.
Z punktu widzenia diagnostyki istotny jest fakt, żemiejsce emisji
pozytonu nie jest tożsame zmiejscemanihilacji wykrywanymprzez
układ detekcyjny. Im większa jest energia pozytonu, tym dłuższa
jest jego droga w ośrodku i większa odległość punktu anihilacji od
punktu emisji. W efekcie rośnie niepewność lokalizacji jądra emitu-
jącego pozyton. Przykładowo dla
18
F maksymalna energia pozyto-
nu wynosi 0.96 MeV; wynikający z tego maksymalny zasięg pozyto-
nu sięga 2.6mm. Dla
82
Rb odpowiedniewartości wynoszą 3.35MeV
i 15.6mm. Wwyniku opisanego zjawiska powstaje charakterystycz-
ne „rozmycie” obrazu źródła, tym większe, im większa jest energia
maksymalna pozytonów emitowanych przez izotop.
Układy detekcyjne
Układy detekcyjne wykorzystują pierścieniową strukturę, złożoną
zmodułów zawierających krystaliczne scyntylatory i fotopowielacze.
Układy te – zewzględu na znaczniewiększą energię promieniowania
Rys. 1
Gamma kamera PET-CT
Rys. 2
Artefakt związany z ruchami oddechowymi – ognisko zwiększonego gromadzenia znacznika
u podstawy płuca prawego