Positronemissionstomografi (positronemissionstomografi, forkortet PET , det er også to-fotonemissionstomografi ) er en radionuklidtomografisk metode til at studere en persons eller dyrs indre organer. Metoden er baseret på registrering af et par gamma-kvanter , der opstår ved udslettelse af positroner med elektroner . Positroner opstår fra positron-beta-henfald af et radionuklid, som er en del af et radioaktivt lægemiddel , der indføres i kroppen før undersøgelsen. Udslettelse af en positron stoppet i et stof (især i en organismes væv) med en af mediets elektroner genererer to gammakvanter med samme energi, der flyver i modsatte retninger langs en lige linje. Et stort sæt detektorer placeret rundt om objektet, der undersøges, og computerbehandling af signaler fra dem, gør det muligt at udføre en tredimensionel rekonstruktion af radionuklidfordelingen i objektet, der scannes. Næsten altid kombineres en PET-scanner med en CT- eller MR- scanner.
Positron emissionstomografi er en diagnostisk og forskningsmetode i nuklearmedicin i aktivt udvikling . Denne metode er baseret på muligheden for ved hjælp af særligt detektionsudstyr (PET-scanner) at overvåge fordelingen af biologisk aktive forbindelser mærket med positron-emitterende radioisotoper i kroppen. PET-scanning ved hjælp af fluordeoxyglucose (radioaktiv indikator - fluor-18 , 18 F, forkortelse engelsk FDG-PET) er meget udbredt i klinisk onkologi.
Begrebet emissionstomografi blev foreslået i slutningen af 1950'erne. Konceptforfatterne David E. Cool , Luke Chapman og Roy Edwards. Senere førte deres arbejde til design og konstruktion af flere tomografer ved University of Pennsylvania . I 1975 færdiggjorde Michael Ter-Poghosyan og kolleger ved Washington University School of Medicine [1] billeddannelsesteknikkerne .
Potentialet for PET bestemmes i høj grad af arsenalet af tilgængelige mærkede forbindelser - radiofarmaceutiske stoffer (RP) . Det er valget af et passende radiofarmaceutikum, der gør det muligt at studere så forskellige processer som metabolisme , transport af stoffer, ligand-receptor-interaktioner, genekspression , etc. ved hjælp af PET.Anvendelsen af radiofarmaceutika, der tilhører forskellige klasser af biologisk aktive forbindelser, gør PET et ret universelt værktøj i moderne medicin. Derfor er udviklingen af nye radiofarmaka og effektive metoder til syntese af allerede dokumenterede lægemidler i øjeblikket ved at blive et nøgletrin i udviklingen af PET-metoden.
Til dato bruger PET hovedsageligt positron-emitterende isotoper af elementer fra den anden periode af det periodiske system:
Fluor-18 har de bedste egenskaber til brug i PET: den længste halveringstid og den laveste strålingsenergi. På den ene side gør den relativt korte halveringstid af fluor-18 det muligt at opnå PET-billeder med høj kontrast ved en lav dosisbelastning på patienter. Den lave energi af positronstråling sikrer høj rumlig opløsning af PET-billeder. På den anden side er halveringstiden for fluor-18 lang nok til at tillade transport af fluor-18 radiofarmaceutiske stoffer fra et centraliseret produktionssted til klinikker og institutter udstyret med PET-scannere (det såkaldte satellitkoncept), samt til at udvide de tidsmæssige grænser for PET - forskning og syntese af radiofarmaka.
Fluorodeoxyglucose PET (FDG-PET) scanning er meget udbredt i klinisk onkologi. Dette sporstof er en glukoseanalog , der optages af glukosebrugende celler og phosphoryleres af hexokinase ( hvis mitokondrieform øges kraftigt i hurtigt voksende kræftformer). En typisk dosis af FDG, der bruges til onkologisk scanning, giver en effektiv stråledosis på 14 mSv i en enkelt applikation. Da det næste trin i glukosemetabolismen i alle celler kræver et oxygenatom, som erstattes af fluor-18 til syntese af FDH, sker der ingen yderligere reaktioner med FDH. Derudover kan de fleste væv (med undtagelse af lever og nyrer) ikke fjerne fosfatet, der er tilsat af hexokinase. Det betyder, at FDG er fanget i enhver celle, der optager det, indtil det nedbrydes, fordi de fosforylerede sukkerarter, på grund af deres ioniske ladning, ikke kan forlade cellen. Dette resulterer i intens radioaktiv mærkning af væv med høj glucoseoptagelse, såsom hjernen, leveren og de fleste kræftformer. FDG-PET kan bruges til at diagnosticere, iscenesætte og overvåge kræftbehandling, især ved Hodgkins lymfom , non-Hodgkins lymfom og lungekræft .
De positroner, der udsendes af beta-lægemidlet, mister energi, når de bevæger sig i mediet (de termaliseres, det vil sige, at de afkøles til kinetiske energier svarende til mediets temperatur). Når de sænker farten under en vis hastighed, bliver det muligt at interagere med elektronerne i stofatomer, med dannelsen i kort tid af en bundet tilstand af et partikel-antipartikel-par ( Positronium ), som kan have et samlet spin på 1 (ortho-P.) og 0 (para-P.), og sandsynligheden for dannelsen af den første er 3 gange højere. Derefter sker udslettelse af elektronen og positronen med dannelsen af henholdsvis 3 eller 2 gammakvanter. (Ortho-P. kan henfalde til et hvilket som helst ulige antal fotoner, men sandsynligheden for tre-foton-henfald er maksimal. Det er også muligt for en positron at reagere med en elektron fra et atom, hvilket fører til fødslen af et gammakvante, men sandsynligheden for denne proces er lille for lette atomer.) Den samlede energi af fotoner er summen 1022 keV og den kinetiske energi af P., og den samlede vektormomentum er lig med impulsen af P.; for termaliseret P. er dens bidrag til energien og momentum af hver foton desuden ekstremt lille, og så er det mest sandsynlige, i det første tilfælde, produktionen af 3 gamma-kvanter med en energi på 341 keV, der flyver ud fra centrum af en ligesidet trekant i retning af dens hjørner, og i det andet tilfælde - fødslen af 2 gamma-kvanter med en energi på 511 keV , der flyver fra hinanden strengt i en lige linje i modsatte retninger. Under hensyntagen til sandsynligheden for dannelsen af ortho-P. og para-P., for hver massiv vinkelring, med 9 fotoner o-P. der er 2 fotoner af para-P. Således, hvis gammakvanter med energier på 511 keV samtidig absorberes i to egnede gammastråledetektorer, tændt i henhold til tilfældighedsskemaet , så skal det forventes, at udslettelsespunktet er på den lige linje, der forbinder disse to detektorer, på såkaldt svarlinje . Ved at bruge et stort sæt detektorer placeret rundt om objektet under undersøgelse (eller flytte et par detektorer rundt om objektet), er det muligt at konstruere mange sådanne linjer i rummet. Alle vil de passere gennem de punkter, hvor tilintetgørelsen fandt sted (det vil sige gennem de punkter, hvor radionuklidets henfaldne kerne er placeret - op til en meget kort vejlængde af positroner i vævet).
Siemens AG anvender scintillationsdetektorer baseret på enkeltkrystaller af lutetiumoxyorthosilicat ( Lu 2 SiO 5 , LSO ) i sine PET/CT-enheder.
Selvom PET-scanning er ikke-invasiv, er metoden baseret på brug af ioniserende stråling. For eksempel producerer en enkelt brug af 18F-FDG, som i øjeblikket er standardværktøjet til PET neuroimaging og kræftbehandling, i gennemsnit en effektiv stråledosis på 14 mSv .
Til sammenligning spænder strålingsdoser for andre medicinske procedurer fra 0,02 mSv for røntgen af thorax til 6,5-8 mSv for en CT-thorax [2] . Det gennemsnitlige civile flybesætningsmedlem er udsat for 3 mSv om året, og den maksimale driftsdosisgrænse for atomarbejdere kan være så høj som 50 mSv .
Ved scanning af PET-CT kan eksponeringen være betydelig - omkring 23-26 mSv (for 70 kg vægt). Under hensyntagen til kroppens masse (vægt) vil dosis af det administrerede radioaktive lægemiddel stige .
| Medicinske billeddannelsesmetoder | |
|---|---|
| Røntgen | |
| Magnetisk resonans | |
| Radionuklid | |
| Optisk (laser) | |
| Ultralyd |
|
| Endoskopisk | |
| Nukleare teknologier | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ingeniørarbejde | |||||||
| materialer | |||||||
| Atomkraft _ |
| ||||||
| nuklear medicin |
| ||||||
| Atomvåben |
| ||||||
| |||||||