Позитронно-емисионна томография

1. Позитронно-емисионна томография Автор: ВенциславБойковНачев Професионална гимназия по компютърни технологии и системи при ТУ-София, гр. Правец

2. Вилхелм Конрад Рьонтген(1845-1923) Вилхем Рьонтген е знаменит немски физик, който на 8 ноември 1895 г. открива и документира електромагнитно излъчване, известно днес като рентгеново. За това си откритие получава първата Нобелова награда за физика през 1901г. Той нарича лъчението Х-лъчи, тъй като тяхната природа е била непозната. Рентгеновата снимка (вляво) на ръката на Алберт фон Кьоликер, направена от Вилхелм Рьонтген през 1896 година.

3. Какво е томография? Томографията (от старогръцки: τομη — сечение,γράφω - пиша) е метод за неразрушително послойно изследване на вътрешната структура на обекта чрез многократното му облъчване с подходящи лъчи (сондиращо излъчване) в различни посоки и последващо „съшиване“ на получените сечения.Най-популярно приложение намира в медицината за получаване на изображения на човешкото тяло или отделни органи.

4. Основни видове медицински томографи

5. Рентгенова компютърна томография Рентгеноватакомпютърнатомография (СТ) е метод за образна диагностика в медицината, при който от множество рентгенови изображения на даден обект, получени от различниъгли, с помощта на компютърна обработка се получаватримерно изображение. Изследването се извършва в последователнисрезове.

6. Рентгенова компютърна томография (СТ) Английският инженер изследовател Годфри Хаунсфийлд, на базата на математична теория, създадена от американския физик Алан Кормак, създава компютърната аксиална томография – принципно нов метод за получаване на аксиални срезове на тримерен обект чрез компютъризиран математичен анализ на данните. Методът има много по-висока чувствителност от обикновената рентгенова снимка и способност за диференциране на меките тъкани и на болестните процеси в тях. Двамата получават Нобелова награда за физиология или медицина (1979) "за разработването на компютърната томография". Алан Маклауд Кормак (1924–98) Годфри Нюболд Хаунсфийлд (1919-2004)

7. Магнитно-резонансна томография (MRI) Използва се за получаване на висококачествени образи на органите в човешкото тяло чрез въздействие с постоянно магнитно и високочестотно електромагнитно поле. Методът се основава на принципа на ядрено магнитния резонанс – метод, използван в науката за изучаване на физичните и химичните свойства на молекyлите. В медицината МRI е един от най-надеждните методи за образна диагностика. За разлика от стандартните образни изследвания, включително рентгеновата компютърна томография, МRI не е свързано с облъчване, тъй като не използва йонизиращи лъчения.

8. Какво е Позитронно-емисионна томография (РЕТ)? Позитронно-емисионният томограф (РЕТ) е ново, уникално устройство, позволяващо в амбулаторни условия по безкръвен начин да се установи наличиетона патологични отклонения в изследвания пациент. Методът се прилага в областта на онкологията, ендокринологията, неврологията и много други. Позитронно-емисионната томография е компютър-томографски метод, при който на изследванияобект се въздейства с белязано радиоактивно вещество (маркер).  

9. Принцип на действие на PЕТ РЕТ изследванетозапочва с въвеждане в организма, под формата на инжекция или друг начин, на метаболитно активен радиофармацефтик. Радиофармацифтикътпредставлява органична молекула, преносител на съответния радионуклид (15О, 11С, 13N, 18F) - източник на позитрони.Най-често се използва глюкоза(С6Н12О6) или аналог на глюкозата, като напримерФлуородезокси глюкоза (FDG). Глюкоза Флорудекси-глюкоза

10. Принцип на действие на PЕТ До няколко минути след въвеждането радиоактивното вещество се натрупва в тази област на организма, към която маркерът има химичен или метаболитен афинитет. Например, глюкоза(С6Н12О6), маркирана с 11С (Т1/2 = 20min), или аналог на глюкоза (FDG), маркиран с 18F (T1/2 = 1.8h), се натрупват в мозъка, където глюкозата е основен източник на енергия. Тъй като раковите клетки се делят неконролируемо и много бързо,то те имат нужда от храна и енергия, която си доставят чрез поемане на глюкоза или FDG. Затова точно там се натрупва най-много от радионуклида и по този начин лекарите лесно диагностицират определеното заболяване.

11. Принцип на действие на PЕТ Радиоктивното ядро на радионуклида претърпява бета плюс разпадане, а излъченият позитрон анихилира с електрон от атомите на биологичнитетъкани. Пример за бета(+) разпадане

12. Излъченият позитрон (e+) изминава кратко разстояние (няколкомилиметра в зависимост от енергиятаму) в тъкантта на пациента преди да взаимодейства с електрон от веществото.

13. При взаимодействието на позитрон (e+) и електрон (e-) се осъществявапроцесаанихилация, при който (e+) и (e-) се раждат два анихилационни фотона. Двата фотона, всеки с енергия Е = 511 keV, се разпространяват в диaметралнопротивоположнипосоки под ъгъл 180o.

14. Двойкитеанихилационнифотони се разпространяват в диаметралнопротивополжнипосоки и се регистрират от сцинтилационнидетектори, влючени в схема на съвпадене. Детектира се анихилационнотолъчение, получавано при взаимодействието на позитроните, излъчени от радиофармацевтика, с електрони от изследванитетъкани.

15. Детекторнатаситема е съставена от множество сцинтиационнидетектори - малки кристали(NaI(Tl) или BGO)наредениплътно един до друг по окръжност, всеки от тяхсвързан с фотоелектроненумножител (ФЕУ). Товапозволяваизползването на радионуклиди с по-малка активност, с което се намалявалъчевотонатоварване.

16. След регистриране на 500000 и повече акта на анихилация, данните за разпределението на маркера се обработваткомпютърно по процедура за томографска реконструкция. Резултатът е двуизмерен образ (2D) или триизмерниобрази(3D).

18. 3D образ 2D образ

19. Комбиниране на PET и CT скенери (PET/CT) Комбинирането на PET и CT в едно устройство позволява наслагването на рентгеновите и РЕТ- томографски образи на структурите, а следователно – по-точна диагностика.

20. Комбиниране на PET и MRI(PET/MRI) Възможна е и комбинирана визуализация с PET и MRI.

21. Комбиниран СТ-РЕТ образ на кости и мускули

22. Приложение • PET се използва за откриване на болестни изменения в пациента. • Прилага се в онкологията, ендокринологията, неврологията и много други. • Методът е подходящ за изследване на метаболизма в динамика и за изследвания на мозъчнатаактивност. • РЕТ разширявавъзможнoстите за изучаване на биохимичнитеоснови  на нормалните или нарушенифунции на организма, позволяваизследването на биоихимичнитепроцеси, изследваневлиянето на различнимедикаменти и вещества на клетките...     

23. Как се чувства пациента по време на изследване? По време на сканирането пациентът лежи в удобно положение и тялото му се поставя в томографа. За кратко време тялото трябва да е неподвижно и единственият дискомфорт е поставянето на инжекцията с радиоактивното лекарство. В зависимост от лекарството е възможно да се направи венозна инжекция или инхалация.

24. Заслуги Концепцията за позитрон-емисионната томография e предложена от група американски учени, начело с David Kuhl от Пенсилванския университет през 1950г. По-късно двамата американски учени Michael Phelps и Michel Ter-Pogossian от Вашингтонския медицински университет разработват техниката за томографското изобразяване. Michael E. Phelps David E. Kuhl Michel Ter-Pogossian

26. Литература: -Wikipedia ; - http://www.medimg.hit.bg ; - Medical Applications of Modern Physics, Marco Silari, CERN, Geneva, Switzerland; http://ceca-cern.blogspot.com/2010/08/pet-2.html