Άσκηση 25. Τομογραφία PET/CT - Σύντηξη Εικόνων

Transcript

1 Σύνταξη άσκησης: Χρήστος Τζιάτζιος Επιστημονικός και Εργαστηριακός Συνεργάτης στο Γ.Τ.Θ.Ε. του Τ.Ε.Ι. Λάρισας Άσκηση 25 Τομογραφία PET/CT - Σύντηξη Εικόνων ΣΚΟΠΟΣ Το πείραμα αυτό δίνει στο σπουδαστή τη ευκαιρία να γνωρίσει τις διαγνωστικές δυνατότητες της «συνδυασμένης» Τομογραφίας PET/CT, που εφαρμόζεται κυρίως κατά τη διαχείριση ασθενών με ογκολογικές παθήσεις. Με τη χρήση κατάλληλου λογισμικού θα συνδυάσει τις λειτουργικές εικόνες PET με τις ανατομικές εικόνες CT σε εικόνες σύντηξης για τα δεδομένα ενός ασθενούς. Από τη μελέτη των εικόνων αυτών θα μάθει να διακρίνει σε ποια όργανα του ασθενούς παρατηρούνται υψηλές συγκεντρώσεις ραδιοφαρμάκου, θα μάθει να υπολογίζει τις διαστάσεις περιοχών του σώματος όπου συγκεντρώνεται ραδιοφάρμακο, θα γνωρίσει τη σημασία της παρουσίας ραδιοφαρμάκου σε κάποιο όργανο. Παράλληλα θα γνωρίσει και τα βασικότερα τεχνικά χαρακτηριστικά σχετικά με τη λήψη των εικόνων αυτών, όπως είναι το ισότοπο που χρησιμοποιήθηκε για την επισήμανση του ραδιοφαρμάκου και η ενεργότητά του σε δεδομένη χρονική στιγμή, τα είδη των τομών που έχουν ληφθεί (εγκάρσια, κατακόρυφα), ο αριθμός τομών που αναλογούν σε κάποιο όργανο, το πάχος μιας τομής κ.α. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Η πειραματική διάταξη αποτελείται από τα ακόλουθα όργανα και υλικά: - Σύστημα ηλεκτρονικού υπολογιστή και εκτυπωτή. - Λογισμικό (Software) απεικόνισης α) των δεδομένων της κάμερα PET, β) των δεδομένων της αξονικής τομογραφίας CT, με δυνατότητα ταυτόχρονης παρουσίασης των δύο αυτών εικόνων για την ίδια τομή (σύντηξη εικόνων). - Πειραματικά δεδομένα PET και CT ασθενών. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Επειδή η τομογραφία PET/CT είναι ο συνδυασμός δύο διαφορετικών διαγνωστικών μεθόδων α) της Τομογραφίας Ποζιτρονιακής Εκπομπής (PET) και β) της Υπολογιστικής Αξονικής Τομογραφίας (CT), στις επόμενες παραγράφους θα γίνει μια σύντομη αναφορά στην αρχή λειτουργίας της κάθε μεθόδου και θα περιγραφούν τα βασικά τους χαρακτηριστικά. Τέλος θα αναφερθούν μερικές βασικές εφαρμογές της συνδυασμένης τομογραφίας PET/CT καθώς και τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από την ταυτόχρονη παρουσίαση των εικόνων που λαμβάνονται από τις δύο μεθόδους (σύντηξη εικόνων). 1

2 1. Υπολογιστική Αξονική Τομογραφία (Computed Tomography, CT) Η Υπολογιστική Αξονική Τομογραφία είναι μια διαγνωστική μέθοδος που ικανοποιεί τις απαιτήσεις της ιατρικής για τη δημιουργία μιας λεπτομερούς εικόνας της ανατομίας των εξεταζόμενων οργάνων, εκμεταλλευόμενη την διαφορετική απορρόφηση των ακτίνων Χ από τους ιστούς λόγω της διαφορετικής φυσικής και χημικής τους δομής. Η συνηθισμένη ακτινολογική εικόνα σχηματίζεται από τις προβολές όλων των μορφωμάτων που βρίσκονται στην πορεία της δέσμης των ακτίνων Χ μέσα στο σώμα του εξεταζόμενου. Αυτό δημιουργεί μια ασάφεια και σε ορισμένες περιπτώσεις πλήρη επικάλυψη της εικόνας κάποιων οργάνων. Με την Υπολογιστική Αξονική Τομογραφία ξεπερνούμε το πρόβλημα της δυσδιάστατης απεικόνισης τρισδιάστατων δομών, μέσω της προβολικής απεικόνισης μιας εγκάρσιας τομής του σώματος, χωρίς την προβολή «σκιών» υπερκείμενων και υποκείμενων οργάνων. Η αξονική τομογραφία στηρίζεται στη δυνατότητα ανακατασκευής της εικόνας μιας τρισδιάστατης δομής ενός αντικειμένου από τις πολλαπλές προβολές του. Ο αξονικός τομογράφος αποτελείται (Εικ. 1) από την ακτινολογική λυχνία, από τους κατευθυντήρες που διαμορφώνουν τη δέσμη ώστε να πέφτει πάνω στον ασθενή σε σχήμα βεντάλιας και με συγκεκριμένο ρυθμιζόμενο πάχος, από τους ανιχνευτές που ανιχνεύουν την ένταση της εξερχόμενης δέσμης των ακτίνων Χ μετά τη διέλευσή τους από το σώμα, τον μετατροπέα του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό, τον ηλεκτρονικό υπολογιστή και το σύστημα αποθήκευσης και παρουσιάσεως της εικόνας. Εικ. 1. Σχηματική παράσταση της διάταξης και της κίνησης λυχνίας-ανιχνευτών σε σύστημα Αξονικού Τομογράφου.. Από τις αρχές της δεκαετίας του 1970 μέχρι σήμερα εξελίχθηκαν τέσσερις γενιές αξονικών τομογράφων, στις οποίες τροποποιήθηκαν ο αριθμός και η διάταξη των ανιχνευτών, η μορφή της δέσμης και η κίνηση του συστήματος λυχνίας-ανιχνευτών. Σήμερα χρησιμοποιούνται αξονικοί τομογράφοι 3 ης και 4 ης γενιάς, ενώ στα πιο σύγχρονα συστήματα γίνεται και μια ταυτόχρονη κίνηση του κρεβατιού έτσι ώστε η σάρωση να είναι ελικοειδής. Εικ. 2. Σύστημα αξονικού τομογράφου. 2

3 Αρχή λειτουργίας του αξονικού τομογράφου. Η υπολογιστική τομογραφία είναι μια διαδικασία δύο βημάτων: 1) Μέτρηση της διάδοσης μιας δέσμης ακτίνων Χ μέσα από μια τομή ενός αντικειμένου, σε διάφορες διευθύνσεις στο επίπεδο της τομής. 2) Εκτίμηση του γραμμικού συντελεστή εξασθένισης μ των ακτίνων Χ σε διάφορα σημεία της τομής του αντικειμένου. Σύμφωνα με τα βήματα αυτά η αρχή λειτουργίας του αξονικού τομογράφου είναι η εξής: Μια δέσμη ακτίνων Χ προσπίπτει σε μια εγκάρσια τομή του σώματος ενός ασθενούς που ορίζει ένα επίπεδο (Εικ. 3). Καθώς η λυχνία και οι ανιχνευτές βρίσκονται σε αντιδιαμετρικές θέσεις, ανιχνεύεται η ένταση Ι της εξερχόμενης δέσμης και η πληροφορία καταγράφεται σε Εικ. 3. Εγκάρσια τομή εγκεφάλου. ηλεκτρονικό υπολογιστή. Στη συνέχεια το σύστημα πηγή - ανιχνευτής περιστρέφεται σε μια νέα θέση και επαναλαμβάνεται η ίδια διαδικασία. Καθώς γίνεται η περιστροφή καταγράφεται η ένταση της εξερχόμενης δέσμης σε κάθε θέση. Το σύστημα συλλογής δεδομένων που εκτελεί τις μετρήσεις της εξερχόμενης έντασης, κωδικοποιεί τα αποτελέσματα σε ψηφιακή μορφή και μεταφέρει τις τιμές σ έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή. Με τον τρόπο αυτό καταγράφονται οι προβολές για κάθε θέση του συστήματος λυχνία ανιχνευτής. Η δέσμη των ακτίνων Χ καθορίζει μια τομή πάνω στο εξεταζόμενο σώμα ορισμένου πάχους. Θεωρούμε ότι η τομή αυτή αποτελείται από πολλά ορθογώνια παραλληλεπίπεδα, που ονομάζονται στοιχεία όγκου (voxels). Κάθε ένα από αυτά έχει βάθος ίσο με το πάχος της τομής και διατομή x 2. Εάν η δέσμη διέλθει μέσα από ένα από αυτά τότε η ένταση στην έξοδο θα είναι Ι = Ι0e -μx οπου μ είναι ο γραμμικός συντελεστής εξασθένησης του συγκεκριμένου στοιχειώδους όγκου, ο οποίος για σταθερή ενέργεια των φωτονίων Χ εξαρτάται από τη σύσταση του υλικού. Εικ. 4. α) Πάχος τομής όπως ορίζεται από τις διαστάσεις και τη γεωμετρία της δέσμης. β) Τομή χωρισμένη σε στοιχειώδη τμήματα (voxels). Αν υποθέσουμε ότι η δέσμη διέρχεται διαδοχικά από τρία voxels (Εικ. 5) με γραμμικούς συντελεστές εξασθένησης αντίστοιχα μ1, μ2 και μ3, η ένταση της δέσμης μετά το πρώτο voxel μ θα είναι 1 x μ x μ x I I 0 e μετά το δεύτερο θα είναι I I0 e 1 e 2 και μετά το τρίτο θα μ είναι 1 x μ x μ x μ x μ x μ x 2 3 e I I0 e e e I μ μ μ x I0. Στην πραγματικότητα η δέσμη διέρχεται από περισσότερα voxels και συνεπώς η ένταση της δέσμης θα είναι I 0 I e μ μ μ...μ x n. Οι τιμές των εντάσεων Ι είναι μεγέθη που μετρούνται από τους ανιχνευτές και η διάσταση x καθορίζεται από το χειριστή ανάλογα με την επιθυμητή διακριτική ικανότητα. e Εικ.5 Διέλευση δέσμης ακτίνων Χ από τρία voxels. 3

4 Ανακατασκευή τομογραφικής εικόνας. Για την ανακατασκευή της τομογραφικής εικόνας χρησιμοποιούνται αναλυτικοί αλγόριθμοι ανακατασκευής (filtered backprojection) αλλά και επαναληπτικές μέθοδοι όπως η μέθοδος της αλγεβρικής ανακατασκευής. Σύμφωνα με τις μεθόδους αυτές σχηματίζεται ένας ορθογώνιος πίνακας σε κάθε στοιχείο του οποίου αποδίδεται μια τιμή μ. Οι τιμές αυτές των μ υπολογίζονται από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή για τα αντίστοιχα voxels της τομής, χρησιμοποιώντας ως δεδομένα τις τιμές εισόδου εξόδου (I0,I) των εντάσεων της δέσμης των ακτίνων Χ. Στη συνέχεια οι τιμές των μ εκφράζονται στην κλίμακα των Αριθμών Αξονικής Υπολογιστικής Τομογραφίας (CAT numbers ή Hounsfield units) σύμφωνα με τη σχέση: μ ιστού μ νερού AYT 1000( H. U.) μ νερού Για το νερό ο ΑΥΤ είναι μηδέν και για τον αέρα είναι 1000 H.U. Τέλος στην κλίμακα ΑΥΤ αντιστοιχίζεται μια κλίμακα του γκρι (Εικ. 6), όπου ο συνολικός αριθμός των χρησιμοποιούμενων αποχρώσεων επιλέγεται από το χειριστή. Μ αυτόν τον τρόπο διαμορφώνεται η εικόνα της αξονικής τομογραφίας καταρχήν στην οθόνη του υπολογιστή και στη συνέχεια αποτυπώνεται σε φιλμ (Εικ. 7). Εικ. 6 Διαφορετική αντιστοίχηση αριθμών ΑΥΤ σε χρώματα του γκρι. Στη Δεύτερη απεικονίζονται περισσότερες λεπτομέρειες. Εικ. 7 Αξονική τομογραφία στο ύψος του ύπατος 2. Τομογραφία ποζιτρονιακής εκπομπής (Positron Emission Tomography, PET) Οι τεράστιες διαγνωστικές ικανότητες της Πυρηνικής Ιατρικής Πίνακας 1 οφείλονται κατά κύριο λόγο στα χρησιμοποιούμενα ραδιοφάρμακα. Τα ραδιοφάρμακα είναι ουσίες που παρασκευάζονται τεχνητά και μιμούνται την κινητική αντίστοιχων φυσιολογικών που παράγει ο ανθρώπινος οργανισμός, οι οποίες όμως είναι επισημασμένες με κατάλληλα ραδιονουκλίδια. Κάποια ραδιονουκλίδια που είναι εκπομποί ποζιτρονίων όπως 11 C, 15 O, 13 N, 18 F μπορούν να ενσωματωθούν σε πολλές ενώσεις που αποτελούν μέρος φυσιολογικών διεργασιών του οργανισμού π.χ. αέριο οξυγόνο, διοξείδιο και μονοξείδιο του άνθρακα. Ο 11 C μπορεί να ενσωματωθεί κατά τη σύνθεση υδατανθράκων, αμινοξέων και λιπαρών οξέων. Με το 18 F επισημαίνουμε τη φθόριοδεσόξυγλυκόζη (FDG), το οποίο είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο ραδιοφάρμακο που συμμετέχει σε μεταβολικές διεργασίες. Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται τα ραδιονουκλίδια για PET μαζί με τον αντίστοιχο φυσικό χρόνο υποδιπλασιασμού τους Τ1/2. 4

5 Η τομογραφία ποζιτρονιακής εκπομπής (ΡΕΤ) είναι ένα σύγχρονο απεικονιστικό σύστημα, το οποίο λαμβάνει τομογραφικές εικόνες της κατανομής ραδιονουκλιδίων που εκπέμπουν ποζιτρόνια. Γνωρίζουμε ότι κατά τη β + διάσπαση εκπέμπονται από τον πυρήνα συγκεκριμένων ραδιονουκλιδίων, ποζιτρόνια (θετικά ηλεκτρόνια). Το ποζιτρόνιο κινείται μόνο μερικά χιλιοστά μέσα στην ύλη και χάνει την κινητική του ενέργεια προκαλώντας ιονισμούς και διεγέρσεις. Λίγο πριν ακινητοποιηθεί, συναντά ένα ηλεκτρόνιο και συμβαίνει το φαινόμενο της εξαΰλωσης. Κατά το φαινόμενο αυτό τα δύο σωματίδια (ποζιτρόνιο και ηλεκτρόνιο) εξαφανίζονται και στη θέση τους εμφανίζονται δύο φωτόνια ακτίνων γ, που έχουν ενέργεια 511 kev το καθ ένα και εκπέμπονται σε γωνία 180. Στις κάμερες ΡΕΤ οι ανιχνευτές ποζιτρονίων, που ανιχνεύουν τα δύο αυτά φωτόνια εξαϋλώσεως, είναι τοποθετημένοι ο ένας απέναντι του άλλου σε αντίθετα σημεία ως προς την πηγή ποζιτρονίων και καταγράφουν μια μέτρηση όταν και οι δύο ταυτόχρονα ανιχνεύσουν ένα φωτόνιο (Εικ. 8). Ένα σύστημα ΡΕΤ αποτελείται από δεκάδες ή και εκατοντάδες ανιχνευτές, οι οποίοι είναι τοποθετημένοι σε κυκλική διάταξη γύρω από τον ασθενή, στον οποίο έχει χορηγηθεί ένα ραδιοφάρμακο που εκπέμπει ποζιτρόνια. Ο κάθε ένας ανιχνευτής στη μια πλευρά του σώματος έχει συζευχθεί μέσω ηλεκτρονικών κυκλωμάτων ώστε να μετρά σε σύμπτωση με ανιχνευτές στην αντίθετη πλευρά του σώματος. Δύο συζευγμένοι ανιχνευτές σε αντίθετα σημεία του σώματος, οι οποίοι ανιχνεύουν ταυτόχρονα τα δύο φωτόνια εξαϋλώσεως, καθορίζουν μια νοητή ευθεία πάνω στην οποία βρίσκεται η πηγή ποζιτρονίων. Τα δύο φωτόνια των 511 kev μετατρέπονται από τους ανιχνευτές σε σπινθηρισμούς, οι οποίοι στη συνέχεια με τη βοήθεια φωτοπολλαπλασιαστών μετατρέπονται σε ηλεκτρικούς παλμούς. Οι σύγχρονες κάμερες ΡΕΤ μπορούν να έχουν περισσότερους από έναν δακτυλίους ανιχνευτών. Ηλεκτρονικά κυκλώματα έχουν τη δυνατότητα να ζεύξουν ανιχνευτές που βρίσκονται όχι μόνο στον ίδιο αλλά και σε γειτονικούς δακτύλιους. Έτσι π.χ. ένα σύστημα με οκτώ δακτύλιους μπορεί να παράγει εικόνες 15 τομών ταυτοχρόνως. Οι εικόνες μπορούν να λαμβάνονται με κατάλληλο ρυθμό και για την πραγματοποίηση δυναμικών μελετών. Εικ. 8. ) Δακτύλιος με ανιχνευτές ποζιτρονίων (Scanner) της PET-Kamera, ) Εγκάρσια τομή στο σώμα του ασθενούς, ) Θέση της β + διάσπασης με εκπομπή ποζιτρονίου, ) Εκπομπή φωτονίων με ίση ενέργεια και σε γωνία 180. Εικ. 9 Νεαρή ασθενής με καρκίνο του μαστού. Με τη μέθοδο 18 F- PET διαπιστώθηκαν μεταστάσεις σε οστά της σπονδυλικής στήλης, των πλευρών και της λεκάνης. 5

6 3. Ο συνδυασμός PET/CT PET/CT είναι ο συνδυασμός των δύο προαναφερθέντων διαγνωστικών μεθόδων α) της Υπολογιστικής Αξονικής Τομογραφίας (CT) και β) της Τομογραφίας Ποζιτρονιακής Εκπομπής (PET) σε ένα μηχάνημα. Σε μια μόνο εξέταση και χωρίς να μετακινηθεί ο ασθενής, λαμβάνονται από το μηχάνημα αυτό εικόνες CT, που αναδεικνύουν την ανατομία των οργάνων του οργανισμού και εικόνες PET, που αναδεικνύoυν την λειτουργία των ίδιων οργάνων. Με κατάλληλο λογισμικό επιτυγχάνεται η σύντηξη των δύο εικόνων, δηλαδή η συμπαρουσίαση για την ίδια τομή της εικόνας CT με την εικόνα PET. Με την αλληλοεπικάλυψη των ανατομικών και λειτουργικών εικόνων του οργανισμού απεικονίζονται στην ουσία ταυτόχρονα οι ζώντες υγιείς ιστοί και οι παθολογικοί. Για το λόγο αυτό η μέθοδος PET/CT είναι πολύ σημαντική καθώς επιτυγχάνεται η διάγνωση της νόσου ακριβέστερα και σε πρώιμα στάδια με συνέπεια να γίνεται σωστότερη η διαχείριση του ασθενούς. Πως γίνεται η εξέταση με τον Τομογράφο PET/CT Το κυριότερο ραδιοφάρμακο που χρησιμοποιείται για το απεικονιστικό σύστημα PET/CT είναι το 18 F FDG ( το FDG = φθόριοδεσόξυγλυκόζη, είναι ένα ανάλογο της γλυκόζης, το οποίο επισημαίνουμε με 18 F). Το 18 F FDG χορηγείται ενδοφλέβια στον ασθενή και συγκεντρώνεται επιλεκτικά σε ιστούς που παρουσιάζουν μεγάλη μεταβολική δραστηριότητα (αυξημένη γλυκόλυση, αυξημένη σύνθεση πρωτεϊνών και DNA), όπως είναι οι νεοπλασίες, αλλά και οι φλεγμονώδεις ιστοί. Έτσι η PET/CT πλεονεκτεί σε σύγκριση με τις καθιερωμένες τομογραφικές τεχνικές (CT και MRΤ), καθώς παρέχει πληροφορίες όχι μόνο για τη μορφολογία, το μέγεθος και την ακριβή εντόπιση των αλλοιώσεων, αλλά και για τη μεταβολική δραστηριότητά τους. Τα μόνα όργανα στα οποία παρουσιάζονται υψηλές συγκεντρώσεις του 18 F FDG υπό φυσιολογικές συνθήκες είναι η καρδιά, ο εγκέφαλος και η ουροδόχος κύστη. Μετά την ενδοφλέβια ένεση με 18 F FDG ο ασθενής παραμένει για μια περίπου ώρα σε ήσυχο και σκοτεινό δωμάτιο χωρίς καμία σωματική δραστηριότητα και στη συνέχεια προσέρχεται στην εξεταστική κλίνη, όπου και υποβάλλεται σε μετρήσεις CT και PET από τον τομογράφο PET/CT. Μετά το πέρας της εξέτασης γίνεται επεξεργασία των δεδομένων με χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή ώστε να πάρουμε τις εικόνες σύντηξης (fusion). Για τη σωστή διάγνωση κατά τη μελέτη των εικόνων σύντηξης απαιτείται η συνεργασία εξειδικευμένου προσωπικού, του πυρηνικού ιατρού και του ακτινολόγου. Εικ. 10 Πάνω: Ο τομογράφος PET/CT. Κάτω: Σχηματική παράσταση του απεικονιστικού συστήματος PET/CT. 6

7 Εφαρμογές του Τομογράφου PET/CT Ο σημαντικότερος τομέας εφαρμογών της μεθόδου PET/CT είναι η Ογκολογία. Περίπου 90% των κλινικών εφαρμογών της αφορούν τη διερεύνηση ογκολογικών παθήσεων. Μεταξύ των σημαντικότερων πληροφοριών που παρέχει η μέθοδος στον τομέα αυτό περιλαμβάνονται: α) η διάγνωση της νόσου, β) ο προσδιορισμός του σταδίου της νόσου (δηλ. στο πόσο εκτεταμένη είναι η νόσος και αν επιδέχεται ή όχι χειρουργική θεραπεία), γ) η αξιολόγηση της ανταπόκρισης στη θεραπευτική αγωγή (ακτινοθεραπεία ή και χημειοθεραπεία), δ) ο ακριβής σχεδιασμός του πεδίου ακτινοβολήσεως κατά την ακτινοθεραπεία, ε) ο προσδιορισμός του καταλληλότερου σημείου του οργανισμού για βιοψία. Οι βασικότερες μορφές καρκίνου που μπορούν να ανιχνευθούν με τη μέθοδο PET/CT είναι οι ακόλουθες: ο καρκίνος του πνεύμονα, τα λεμφώματα, ο καρκίνος οισοφάγου, στομάχου, παχέος εντέρου, ο καρκίνος μαστού, μήτρας, θυρεοειδούς αδένα και οι όγκοι εγκεφάλου. To 25% των θανάτων από καρκίνο οφείλεται στον καρκίνο του πνεύμονα. Η μορφή αυτή του καρκίνου είναι ο κακοήθης όγκος με τη μεγαλύτερη θνησιμότητα σε Ευρώπη και ΗΠΑ. Η μέθοδος PET/CT συμβάλει ουσιαστικά στην σταδιοποίηση της νόσου. Εξίσου σημαντική είναι η συμβολή της μεθόδου στην περίπτωση των λεμφωμάτων, όπου μετά τη θεραπευτική αγωγή εμφανίζεται μάζα μαλακών μορίων. Με τις συμβατικές απεικονιστικές μεθόδους (πχ CT) δεν είναι δυνατόν να διαπιστωθεί αν πρόκειται για νεκρωμένο ή ενεργό ιστό. Μέσω της αυξημένης ή όχι μεταβολικής δραστηριότητας στην εν λόγω μάζα, η PET/CT μπορεί να συμβάλει ώστε ο γιατρός να ακολουθήσει την κατάλληλη θεραπευτική αγωγή. Εικ. 11 Μικρή μετάσταση στο συκώτι σε ασθενή που εγχειρίστηκε για καρκίνο στο παχύ έντερο. Οι μικρές αυτές μεταστάσεις δεν φαίνονται ούτε με τις ακτίνες Χ (CT), ούτε με τη μαγνητική τομογραφία. (MRT). Επίσης η PET/CT μπορεί να συμβάλει στην περίπτωση ογκολογικών ασθενών, που έχουν χειρουργηθεί, μέσω της ανίχνευσης υποτροπών ή υπολειμμάτων της νόσου στην περιοχή της χειρουργικής επέμβασης. Όπως είναι γνωστό στην περιοχή της εγχείρησης αναπτύσσεται νέος ιστός, ο οποίος δύσκολα μπορεί να διερευνηθεί με τις συμβατικές απεικονιστικές μεθόδους. Εκτός όμως από τα θετικά ευρήματα θα πρέπει να αναφερθούν και τα ψευδώς θετικά ευρήματα, τα οποία οφείλονται κυρίως σε καλοήθεις όγκους, σε φλεγμονές, τραυματισμούς ή πρόσφατες χειρουργικές επεμβάσεις. Παράλληλα με την Ογκολογία ένας άλλος σημαντικός τομέας εφαρμογών της μεθόδου PET/CT είναι η Νευρολογία. Περίπου 10% των κλινικών εφαρμογών της PET/CT αφορά τη διάγνωση νευρολογικών Παθήσεων. Οι κυριότερες ενδείξεις της μεθόδου στον τομέα αυτό αφορούν κυρίως στη διερεύνηση της άνοιας, της επιληψίας και των όγκων του εγκεφάλου. 7

8 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 25Α. Εύρεση περιοχών σου σώματος του ασθενούς με υψηλές συγκεντρώσεις ραδιοφαρμάκου. 1. Από την επιφάνεια εργασίας στην οθόνη του Η/Υ επιλέξτε το πρόγραμμα MedStamp Reporter 2. Στη συνέχεια επιλέξτε κατά σειρά: File Open local study C:/Medstamp/Sample PET- CT datasets JH Scan Files Load. Με τα βήματα αυτά εισάγουμε στο πρόγραμμα τα πειραματικά δεδομένα ενός συγκεκριμένου ασθενούς ο οποίος έχει υποβληθεί σε μετρήσεις με τον τομογράφο PET/CT. Στην οθόνη του Η/Υ εμφανίζονται τέσσερις εικόνες. Στο κάτω μέρος κάθε εικόνας εμφανίζεται η ένδειξη Slice = 150/299, που σημαίνει ότι βλέπουμε την τομή 150 από το σύνολο των 299 τομών που έγιναν σ όλο το σώμα του ασθενούς: α) Πάνω δεξιά εμφανίζεται η εικόνα PET για μια τομή (πχ 150) στο σώμα του ασθενούς. β) Πάνω αριστερά εμφανίζεται η εικόνα CT για την ίδια τομή. γ) Κάτω αριστερά γίνεται αλληλοεπικάλυψη των εικόνων α) και β) (σύντηξη εικόνων). δ) Κάτω δεξιά παρουσιάζεται μια εικόνα PET για ολόκληρο το σώμα του ασθενούς. Η κόκκινη οριζόντια γραμμή στην εικόνα αυτή δείχνει τη θέση της τομής Με τη βοήθεια του δείκτη τομών (cursor) δείτε τις εικόνες PET, τις εικόνες CT και τις αντίστοιχες εικόνες σύντηξης σε διάφορες τομές του σώματος του ασθενούς. Για να γίνει αυτό πηγαίνετε με το ποντίκι στην εικόνα δ) κάτω δεξιά και κάντε αριστερό κλικ σε οποιαδήποτε θέση του σώματος ή χρησιμοποιήστε τα πλήκτρα και του πληκτρολογίου. 4. Ο δείκτης SUV (Standardized Update Volume) είναι το μέγεθος στο οποίο βασίζεται ο πυρηνικός ιατρός για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης ραδιοφαρμάκου σε διάφορα σημεία του σώματος του ασθενούς. Ο δείκτης αυτός (χωρίς μονάδες) είναι συνάρτηση του βάρους του ασθενούς, της ενεργότητας Α0 του ραδιοφαρμάκου κατά τη χρονική στιγμή t0, του φυσικού χρόνου υποδιπλασιασμού του ραδιοφαρμάκου Τ1/2 και του χρόνου t που έχει παρέλθει μετά τη χορήγηση του ραδιοφαρμάκου. Υψηλή τιμή SUV σε κάποιο σημείο του σώματος του ασθενούς σημαίνει μεγάλη συγκέντρωση ραδιοφαρμάκου στο σημείο αυτό (σκουρόχρωμες περιοχές στην εικόνα PET). 5. Με τη βοήθεια του δείκτη τομών βρείτε στις τομές PET 76 και 173 περιοχές με υψηλές τιμές του δείκτη και προσπαθήστε με τη βοήθεια των εικόνων σύντηξης να προσδιορίσετε σε ποια όργανα του σώματος του ασθενούς αντιστοιχούν. Για την εμφάνιση των τιμών SUV σε κάθε σημείο του σώματος ακολουθείστε τα βήματα: Δεξί κλικ σε οποιοδήποτε μέρος της οθόνης Επιλέξτε το εικονίδιο. Στη συνέχεια με αριστερό κλικ σε οποιοδήποτε σημείο της εικόνας PET εμφανίζεται ένας κόκκινος μικρός κύκλος, δίπλα στον οποίο αναγράφονται η μέση τιμή και η μέγιστη τιμή SUV για την επιφάνεια που καλύπτει ο κύκλος αυτός. 25Β. Προσδιορισμός του ισοτόπου και υπολογισμός της ενεργότητάς του στο ραδιοφάρμακο. 1. Ακολουθώντας τα βήματα: settings SUV settings εμφανίζεται στην οθόνη του Η/Υ ένας πίνακας με τις τιμές των μεγεθών που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό του δείκτη SUV. 8

9 2. Στην τρίτη γραμμή του πίνακα αναγράφεται ο φυσικός χρόνος υποδιπλασιασμού Τ1/2 του ραδιονουκλιδίου σε δευτερόλεπτα (s). Συγκρίνοντας το χρόνο αυτό με τις τιμές των Τ1/2 που αναγράφονται στον πίνακα 1, να προσδιορίσετε το ραδιοϊσότοπο που χρησιμοποιήθηκε για την επισήμανση του ραδιοφαρμάκου. Με βάση τη διαπίστωση που κάνατε, ποιο ραδιοφάρμακο υποθέτετε ότι χρησιμοποιήθηκε για τη λήψη των εικόνων ΡΕΤ; Bρείτε σε ποια σετ τομών εντοπίζονται ο εγκέφαλος και η ουροδόχος κύστη και εξηγείστε την υψηλή συγκέντρωση ραδιοφαρμάκου στα όργανα αυτά. 3. Στην δεύτερη γραμμή του πίνακα των SUV settings αναγράφεται σε Bq η ενεργότητα Α0 του ραδιονουκλιδίου τη χρονική στιγμή (t0) της χορηγήσεως του ραδιοφαρμάκου στον ασθενή. Αν υποθέσουμε ότι η εξέταση του ασθενούς με τον τομογράφο PET/CT άρχισε μία ώρα μετά τη χορήγηση του ραδιοφαρμάκου, να προσδιορίσετε σε MBq την ενεργότητα του ισοτόπου κατά την έναρξη της εξέτασης. Για το σκοπό αυτό θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε το νόμο των ραδιενεργών διασπάσεων: A=A 0 e -ln2 t / T 1/2. Όπου: Α = η ενεργότητα κατά την έναρξη της εξέτασης, Α0 = η ενεργότητα κατά τη χορήγηση του ραδιοφαρμάκου στον ασθενή τη χρονική στιγμή t0, Τ1/2 = ο φυσικός χρόνος υποδιπλασιασμού του ραδιονουκλιδίου, t = το χρονικό διάστημα που μεσολάβησε από τη χρονική στιγμή t0 μέχρι την έναρξη της εξέτασης δηλ 1 h. 25Γ. Υπολογισμός του όγκου μορφωμάτων με υψηλή συγκέντρωση ραδιοφαρμάκου. 1. Με τη βοήθεια του δείκτη τομών δείτε την εικόνα PET, την εικόνα CT και την αντίστοιχη εικόνα σύντηξης για την τομή 81. Στη δεξιά πλευρά της εικόνας PET παρατηρούμε την ύπαρξη μιας σκουρόχρωμης κυκλικής επιφάνειας. Συγκρίνοντας την τιμή SUV της σκιερής αυτής επιφάνειας με τις τιμές των παρακείμενων ιστών (φωτεινές επιφάνειες), διαπιστώστε την αυξημένη συγκέντρωση ραδιοφαρμάκου σ αυτή τη σκουρόχρωμη επιφάνεια. 2. Χρησιμοποιώντας τα βέλη του πληκτρολογίου δείτε τις παρακείμενες τομές PET, πάνω και κάτω από την τομή 81 (slices 79, 80, 81, 82, 83). Παρατηρείστε ότι σε κάθε τομή το σχήμα της σκιερής επιφάνειας είναι περίπου κυκλικό, γεγονός που σημαίνει ότι στις τρεις διαστάσεις το μόρφωμα έχει σχήμα σφαιρικό. 3. Μετρήστε τη διάμετρο της σφαίρας αυτής σε mm, μετρώντας τη διάμετρο της σκιερού κύκλου για την τομή 81 (τομή στο μέσον του σφαιρικού όγκου). Για να δείτε καλύτερα την εικόνα της τομής αυτής, μπορείτε να την μεγεθύνετε κάνοντας διπλό αριστερό κλικ πάνω στην εικόνα PET. Για να μετρήσετε τη διάμετρο του κύκλου ακολουθείστε τα βήματα: Δεξί κλικ οπουδήποτε στην οθόνη, επιλέξτε το εικονίδιο. Με πατημένο το αριστερό πλήκτρο στο ποντίκι τραβήξτε μια γραμμή από το ένα άκρο του κύκλου μέχρι το διαμετρικά αντίθετο άκρο, στη συνέχεια αφήστε το αριστερό πλήκτρο και πατήστε μία φορά το δεξί. Στην οθόνη του Η/Υ εμφανίζεται η ευθεία γραμμή που χαράξατε και δίπλα της αναγράφεται το μήκος της σε mm. Επαναλαμβάνοντας το διπλό κλικ η εικόνα επανέρχεται στο προηγούμενο μέγεθός της. 4. Υπολογίστε τον όγκο του μορφώματος με τη βοήθεια της σχέσης V = 4/3 π R 3, όπου V είναι ο όγκος σφαίρας που έχει ακτίνα R. Πόσος είναι ο όγκος αυτός σε cm 3 ; 9

10 25Δ. Μέτρηση του μήκους ενός οργγάνου και προσδιορισμός του πάχους μιας εγκάρσιας τομής. 1. Αφού κάνετε αρχικά δεξί κλικ σε οποιοδήποτε σημείο της οθόνης, επιλέξτε από τα εικονίδια που εμφανίζονται τη δυνατότητα All. Στην οθόνη του Η/Υ εμφανίζονται τώρα όχι μόνο εικόνες από εγκάρσιες τομές αλλά και από κατακόρυφες τομές (coronal). 2. Κάνετε πρώτα δεξί κλικ και στη συνέχεια επιλέξτε το εικονίδιο. 3. Κρατώντας πατημένο το αριστερό πλήκτρο μετακινήστε το ποντίκι και δείτε στην ολόσωμη εικόνα CT (πάνω αριστερά) τη σπονδυλική στήλη του ασθενούς. 4. Βρείτε σε ποιο σετ εγκάρσιων τομών περιλαμβάνεται η σπονδυλική στήλη: Δεξί κλικ σε οποιοδήποτε μέρος της οθόνης επιλέξτε το εικονίδιο. Σε κάθε εικόνα εμφανίζεται μια κόκκινη κάθετη και μια κόκκινη οριζόντια γραμμή. Οι γραμμές αυτές αντιστοιχούν σε τομές στο σώμα του ασθενούς. Υπολογίστε τον αριθμό των τομών που περιλαμβάνονται στο σετ αυτό και υπολογίστε το μήκος της σπονδυλικής στήλης σε mm χρησιμοποιώντας το εικονίδιο. 5. Εφαρμόζοντας την απλή μέθοδο των τριών υπολογίστε ποιο μήκος σε mm αντιστοιχεί σε μία τομή (πάχος τομής). 6. Ακολουθήστε τα βήματα: Tools show DICOM header και ανοίξτε το αρχείο DICOM. Στο αρχείο αυτό αναγράφεται η πραγματική τιμή για το πάχος μιας τομής (Slice Thickness). Συγκρίνετε το πάχος που υπολογίσατε με την αποδεκτή τιμή και βρείτε το σχετικό σφάλμα εt(%). ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Ψαρράκος Κ. ΙΑΤΡΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ (Τόμος Α). University Studio Press, Τέταρτη Έκδοση, Θεσσαλονίκη Γεωργίου Ε, Lowe VJ, Προυκάκης Χ. Κλινική Ποζιτρονική Τομογραφία (PET), Μοριακή απεικόνιση με PET και PET/CT. Επιστημονικές Εκδόσεις Παρισιάνου Α.Ε., Αθήνα Yeung HW, Schöder H, Smith A, Gonen M, Larson SM. Clinical value of combined positron emission tomography/computed tomography imaging in the interpretation of 2- deoxy-2-[f-18]fluoro-d-glucose-positron emission tomography studies in cancer patients. Mol Imaging Biol. 2005; 7(3): Schöder H, Yeung HWD, Larson SM. CT in PET/CT: Essential Features of Interpretation. Journal of Nuclear Medicine 2005; Vol. 46 No Gutzeit A, Antoch G, Kuhl H, Egelhof T, Fischer M, Hauth E, Goehde S, Bockisch A, Debatin J, Freudenberg L. Unknown primary tumors: detection with dual-modality PET/CT - initial experience. Radiology 2005; 234(1):

11 ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ:. ΤΜΗΜΑ: ΟΜΑΔΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ:. Άσκηση 25 Τομογραφία PET/CT - Σύντηξη Εικόνων ΠΡΟΚΑΤΑΡΚΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ Μελετήστε την άσκηση και απαντήστε στις ακόλουθες ερωτήσεις 1) Περιγράψτε συνοπτικά την αρχή λειτουργίας του Αξονικού Τομογράφου (CT). 2) Περιγράψτε την αρχή λειτουργίας της Τομογραφίας Ποζιτρονιακής Εκπομπής (PET). 11

12 3) Τι είναι η συνδυασμένη διαγνωστική μέθοδος PET/CT. 4) Ποιο είναι το σημαντικότερο ραδιοφάρμακο και πως χρησιμοποιείται αυτό κατά την εξέταση με τον τομογράφο PET/CT; 5) Ποιες είναι οι σημαντικότερες πληροφορίες που μπορεί να παρέχει η μέθοδος PET/CT κατά την εφαρμογή της στην ογκολογία; 12

13 ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ:. ΤΜΗΜΑ: ΟΜΑΔΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ:. Άσκηση 25 Τομογραφία PET/CT - Σύντηξη Εικόνων ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 25Α. Εύρεση περιοχών σου σώματος του ασθενούς με υψηλές συγκεντρώσεις ραδιοφαρμάκου. Τομή 76 Μέγιστη Τιμή SUV: Όργανο του σώματος: Τομή 173 Μέγιστη Τιμή SUV: Όργανο του σώματος: 25Β. Προσδιορισμός του ισοτόπου και υπολογισμός της ενεργότητάς του στο ραδιοφάρμακο. Τ 1/2 = Ισότοπο: Ραδιοφάρμακο: Εγκέφαλος Ουροδόχος κύστη Σετ τομών: Σετ τομών: A 0 = Τ 1/2 = t = Υπολογισμός της ενεργότητας Α σε MBq: A=A 0 e -ln2 t / T 1/2 = 25Γ. Υπολογισμός του όγκου μορφωμάτων με υψηλή συγκέντρωση ραδιοφαρμάκου. Διάμετρος D του σφαιρικού μορφώματος σε mm: Υπολογισμός του όγκου V του μορφώματος σε cm 3 : 3 V 4 π R = 3 25Δ. Μέτρηση του μήκους ενός οργγάνου και προσδιορισμός του πάχους μιας εγκάρσιας τομής. Σπονδυλική Στήλη Σετ τομών: Αριθμός τομών: Μήκος σε mm: Υπολογιζόμενο πάχος τομής: Αποδεκτή τιμή: ε t(%): 13