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生醫實驗期中報告

第二組：. B93901042 吳政穎 B93505018 林王安 B93901151 黃大又. 生醫實驗期中報告. Positron Emission Tomography (PET). Introduction. History Theory about PET How to use PET Applications of PET Advantages/Disadvantages of PET PET-CT Future?. History (1/3).

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生醫實驗期中報告

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Presentation Transcript

  1. 第二組： B93901042 吳政穎B93505018 林王安 B93901151 黃大又 生醫實驗期中報告

  2. Positron Emission Tomography (PET)

  3. Introduction • History • Theory about PET • How to use PET • Applications of PET • Advantages/Disadvantages of PET • PET-CT • Future?

  4. History (1/3) • 1950 William Sweet Introduced the first Positron Imaging Device • 1952 his work was refined and used in hospitals • 1962 the first multiple detector positron imaging device was made

  5. History (2/3) • 1969 the PC-I was introduced and its detectors used rotation and translation in the detectors giving better 2-D imaging • 1975 the first commercial PET scanner was introduced

  6. History (3/3) • 70s and 80s PET was mainly used for research • 1990s being used in clinics regularly

  7. What can We See with PET • 葡萄糖代謝影像 • 細胞增生影像 • 氧代謝影像 • 接受體分佈影像 • 報導基因影像 • PET是分子影像的一環

  8. Theory about PET • Formation of Positron(正子) • Annihilation and Detection of positron • Formation of Radio Labeled Isotopes • Image Reconstruction

  9. Formation of Positron

  10. Annihilation (1/2)

  11. Annihilation (2/2) • 正子產生後在數 內會與週遭物質的電子碰撞、減速而相互毀滅(annihilation)成2 個能量相等、方向相反的光子(photons)。 • 光子能量：

  12. Detection • 由於正子在產生後經很短距離內就會與電子互相碰撞、減速而相互毀滅成光子 • 因此以一直線上兩個相對的偵檢器在極短時差（ ）內同時量測這兩個光子(一直線)，可以“定位”出產生正子的位置 • 光子可以由閃爍晶體(ScintillatorCrystal)如 來量度。先將光子轉成光點，再由光電倍增管(photomultiplier tube)轉成電子訊號。 LOR：Line of Response

  13. Formation of Radio Labeled Isotopes (1/3) • PET 常用的正子源有下列數種同位素

  14. Formation of Radio Labeled Isotopes (2/3) • 核分裂反應器 • 迴旋加速器(cyclotron) • 原理是利用電場加速帶電粒子，並用磁場來控制迴旋軌道 • 生產比較方便 • 目前國內有核能研究所的中型迴旋加速器及各大醫學中心的小型迴旋加速器 • 依同位素半衰期的不同分工生產 • 最常用的2-[F18]fluoro-2-deoxy-Dglucose(2-F18FDG) ([18F]去氧葡萄糖 )

  15. Formation of Radio Labeled Isotopes (3/3)

  16. Image Reconstruction • Back-projection • Iterative algorithms • Fourier transform • Filtered back-projection

  17. How to Use PET • Take FDG for example: • 檢前必須禁食六小時以上，血糖不要超過120mg/dl，利於FDG的吸收 • 靜脈注射FDG (5~10mCi ) • 約45分鐘可令FDG在腫瘤中堆積，在正常組織中被充分排泄 • 衰變釋放出的正子在1mm之內會與電子相撞(annihilation)，即可偵測放出的Gamma射線

  18. Applications of PET(Tumor) • PET是目前能夠最早診斷癌症的工具 • 惡性腫瘤細胞會吸收較多葡萄糖 • 正常細胞代謝葡萄糖速度較快 • 只需偵測何處堆積放射性葡萄糖最多 • 對乳癌、大腸癌、食道癌、淋巴癌、頭頸部癌、黑色素瘤以及甲狀腺癌的幫助最為明確 • 可以有效區分病灶良惡性、癌症的分期、復發追踪以及療效評估等

  19. Breast Cancer • 左邊這張圖顯示病人胸腔有一個「奇怪的」東西，但其實這個東西在平常的顯像技術中是看不到的。(Ex: CT, MRI) • 右邊的圖是同一個病人，其左腋淋巴結腫大。藉由活組織檢查發現在轉移。

  20. Applications of PET(Neuropsychosis) • 神經精神病變屬功能性異常，腦解剖學上未必出現異常 • 經由PET了解其腦部代謝或神經傳導物質變化反應其疾病的存在機轉及治療反應 • 目常用作神經病變診斷包括癲癇症多種認知異常及失智症(Alzheimers Diseases)，運動障礙，腦缺血及出血之診斷、鑑別與預後，其中前二項在美國己獲健保給付。

  21. Diseases of the Brain • 左邊的圖是一位正常人的腦 • 右邊是一位9歲小女孩的腦，她從小就沒辦法控制抓緊東西。箭頭所指的是掌管「抓緊」這個動作的腦部區域。透過手術切除後，「抓緊」這個動作將停止。

  22. Applications of PET(Heart Disease) (1/2) • 心肌平常的能量來源只有30%是碳水化合物(另外70%是長鏈脂肪酸 )，在胰島素作用下心肌會增加糖解作用改以葡萄糖為能量的主要來源 • 利用PET呈現出心肌的代謝狀況，以幫助心肌梗塞後評估心肌梗塞區域的存活心肌，讓心臟科醫師選擇最適合病人治療方針

  23. Applications of PET(Heart Disease) (2/2) • 通常以 PET掃描血流灌注，FDG掃描心肌細胞代謝狀況 • 若心肌血流減少代謝也降低，表示此局部的心肌部分壞死結疤，似乎是沒救了 • 若心肌血流減少代謝活性卻增加，則表示心肌只是缺氧，細胞尚存活，進行擴張術或繞道手術可以改善心臟功能

  24. Coronary Artery Disease • 左邊是患有心肌梗塞的病人。圖中箭頭指示的是壞死的組織。這樣就可以判定病人無法經由心臟外科手術而治癒。 • 右邊是正常人的心臟

  25. Disadvantages of PET • PET 主要的缺點是成像模糊 • 隨機產生的光子 (Random coincidence) • 光子散射 (Scattering events) • 偵檢器的失效時間 (dead time) • 徑向穿透現象(radical elongation) • 體內放射物質劑量控制與代謝 • Eg. 對孕婦的影響 • 體內化學平衡出問題者無法進行PET

  26. Computer Tomography (CT) • X射線管發出一個140 keV的X射線平面 • 由於不同組織的密度對射線有不同程度的吸收及偏移，探測器可偵測到射線的衰變 • 經由射線管及探測器進行同步的轉動，而完成一個切面的造影 • 受試者躺著的床往前推進幾公分，重複上面動作

  27. Advantages of CT • 能清楚顯示斷面上組織的結構細節 • 能夠清楚顯示骨骼及組織密度的對比 • 速度快(1s) • 費用便宜

  28. CT vs. PET Brain TumorDetection

  29. PET-CT (1/2) • 病患頸部CT 沒有找到病灶，淋巴結大小正常；但是PET 找到FDG 異常累積之處，從PET/CT 合成圖中清楚看出標示新陳代謝異常之淋巴結。

  30. PET-CT (2/2) • 病患甲狀腺癌切除後從124I-PET 讀出兩處亮點，CT 則無法判讀出異常 • PET-CT 合成圖清楚標示左邊為甲狀腺殘留，中央處為氣管位置代謝異常。

  31. 基因造影 • 目前研究領域中的核心價值之一 • 希望能藉PET看到 • 活體內看到由DNA到蛋白質的生物學過程 • 修補基因缺陷的過程 • 已透過氟-18標化penciclovir得以成功的讓報導基因造影在活體內顯現 • 基因治療的進展過程中，正子造影的貢獻値得期待

  32. Comparison: PET v.s. CT (1/2)

  33. Comparison: PET v.s. CT (2/2) • CT & MRI • 可以偵測出身體內部有改變的地方 • 確認「可疑物」的存在 • PET • 可看出疾病的蔓延和擴張 • 更早發現疾病，更快速診斷疾病 • 可以檢驗出「可疑物」是良性或惡性的

  34. Future? • The future is bright for PET because ofthe increases amount of heart diseaseand cancer in the world. • PET can be linked to MRI’s and CT’s which makes the medical future bright for finding diseases and treatments.

  35. Reference • http://www.tmch.org.tw/VS/NM/NM07.html • http://ntuh.mc.ntu.edu.tw/intro/GB/nuclear/PETINTRO.HTM • http://ntuh.mc.ntu.edu.tw/nm/aboutus/%E7%99%BD%E8%89%B2%E5%B7%A8%E5%A1%94.htm • http://www.tsgh.ndmctsgh.edu.tw/petc/PET%20introduction.htm • http://www.nd.edu/~aapraham/MedicalPhys/Positron%20Emission%20Tomography%20(PET).ppt • http://www.chem.indiana.edu/academics/ugrad/Courses/c315/documents/presentation-09.PET.pdf • http://apsychoserver.psych.arizona.edu/JJBAReprints/PSYC501A/fMRI%20PET.pdf • http://www.cu.mrc.ac.uk/~fet/journalclub/presentations/vin_PETintro/ppframe.htm

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