NUKLEARNA MEDICINA
NUKLEARNA MEDICINA Dijagnostka i terapija otvorenim izvorima zračenja 1. Klinički problem 2. Radiofarmaceutik 3. Instrumentacija
Slike u nuklearnoj medicini Slika predstavlja funkcionalne (nasuprot anatomskim) karakteristike ljudskog tkiva Slika se dobija trasiranjem distribucije radiofarmaceutika u telu pomoću gamakamere
Pioniri u nuklearnoj medicini - Nobelovci Maria Skłodowska-Curie (1867-1934) i Pjer Ernest Rutherford (1871-1937) Henri Becquerel (1852-1908) malteški krst Jean Frédéric Joliot-Curie (1900-1958) Irène Joliot-Curie (1897-1956)
NUKLEARNA MEDICINA 1. Klinički problemi 2. Radiofarmaceutici 3. Instrumentacija
Skeniranje kostiju 99m Tc IV (400-600) MBq Dijagnostika: Metastaze u kostima Benigne i maligne tumore kostiju Prelome kostiju Snimanje 3 sata posle unosa
Skeniranje pluća 100 MBq Tc 99m IV Skeniranje odmah Detektuje: pulmonarnu emboliju
Tiroidea Radiofarmaceutci: 100 MBq Tc 99m IV Skeniranje posle 15 minuta Peroralno I 123, I 131 Skeniranje posle 24 časa
Skeniranje srca Intravenozno (600-800) MBq MBq 99m Skeniranje posle (10-15) 15) minuta Tc, 99m Tc, Dinamika miokarda Injekcija od (70( 70-100) MBq Tomografska studija MBq 201 Tl
NUKLEARNA MEDICINA 1. Klinički problemi 2. Radiofarmaceutici 3. Instrumentacija
Proizvodnja radionuklida Meta Reakcija Radionuklid Cr-50 (n,γ) Cr-51 Mo-98 (n, γ) Mo-99 Xe-124 (n, γ) Xe-125 => I-125 Te-130 (n, γ) Te-131 => I-131 Zn-68 (p,2n) Ga-67 Cd-111 (p,n) In-111 Tl-203 (p,3n) Pb-201 => Tl-201 Te-124 (p,2n) I-123 I-127 (p,5n) Xe-123 => I-123 U-235 (n,f) Zr-99 => Nb-99 => Mo-99
Tehnecijum 1 kg U sadrži 1 ng Tc Prva tehnecijumska krava (uređaj za separaciju 99m Tc iz 99 Mo) napravljena je u BNL
NUKLEARNA MEDICINA 1. Klinički problemi 2. Radiofarmaceutici 3. Instrumentacija
Instrumentacija u nuklearnoj medicini Merila aktivnosti i referentni izvori za etaloniranje Sonde i brojači Oprema za morfološke i funkcionalne studije Skener Gamakamera PET Klinička dozimetrija
Merilo aktivnosti sa jonizacionom komorom ( dozekalibrator ) držač uzoraka napajanje 4 π-γ jonizaciona komora, Pb oklopljena od uticaja fona (prirodnog ili parazitskog) Čitač sa izborom radionuklida Etaloniranje: prema zahtevima standarda IEC 1303
(A) Geometrija za staklene bočice (B) Geometrija za špriceve Metrološki uslovi: Detektor: jonizaciona komora zapremine > 600 cm 3 Gas punjenja: 99 % argon pod pritiskom obično 2 bara Prag detekcije: >10 kbq (1 kbq) Maksdimalna aktivnost: 500 GBq Energetski opseg: 35 kev 3 MeV Merna nesigurnost; ± 5 %, k=2 Rezolucija: 1 kbq Etaloniranje: referentnim izvorima (u odnosu na aktivnost) +etaloniranje elektrometra Osetljivost: 10 pa/mbq
Merilo aktivnosti sa scintilacionim detektorom ( dozekalibrator ) Metrološki uslovi: Detektor: NaI(Tl) scintilacioni detektor sa jamom Kristal: prečnik 5,1 cm x debljina 4,6 cm Efikasnost u 4π geometriji: 70 % za 129 I Prag detekcije: >10 kbq (1 kbq) Maksimalna aktivnost: do 3,7 GBq za beta i 370 MBq za gama Merna nesigurnost; ± 5 %, k=2 Rezolucija: 1 kbq Etaloniranje: etaloniranje referentnim izvorima+etaloniranje elektrometra
Merila aktivnosti za PET ( dozekalibrator ) 18 F, 11 C, 13 N, 15 O Maksimalna aktivnost: do 1 GBq 18 F Detektor: Jonizaciona komora sa tankim zidom i jamom Gas punjenja: argon Rezolucija: 0,01 MBq Merna nesigurnost: ±5 %, k=2 Osetljivost: 10 pa/mbq Energetski opseg: 25 kev 3 MeV Donja granica detekcije: 0,01 MBq
Brojači uzoraka Gama brojači Tečni scintilacioni brojači
Upotreba brojača uzoraka RIA(radioimunološke analize) Funkcija bubrega Vitamin B12 manjak Ferokinetičke studije Sadržaj vode u telu 125 I 51 Cr 57 Co, 58 Co 59 Fe 3 H Analize krvi 125 I, 51 Cr, 99m Tc Biomedicinska istraživanja 3 H, 14 C
Kolimator Olovne vođice Fokalno rastojanje Fokalna ravan NaI (Tl) kristal Fokus Kolimator sa strane kristala Kolimator sa strane pacijenta
Postavljanje prozora Zadavanje energetskog prozora zavisi od energetske rezolucije detektora i energije fotona
Gamakamera Akvizicija podataka Statički Dinamički ECG-gated Sken celog tela Tomografija ECG-gated tomografija Tomografija celog tela
Šum Gustina brojanja
Gamakamera
Gama kamera je uređaj za dobijanje medicinske slike pomoću snimanja raspodele radionuklida -emitera gama zračenja u telu Kompleksan uređaj koji se sastoji od više detektora Detektor: scintilacioni kristal NaI(Tl)
Tipičan protokol akvizicije SPECT rad. Energija [kev] aktivn ost [MBq] rota cija broj proje kcija rezol ucija slike vreme po projkciji [s] Kosti 99m Tc, 6 sati 140 800 360 0 120 128 x 128 15 perfuzija miokarda 99m Tc, 6 sati 140 700 180 0 60 128 x 128 30 tumor 123 I, 13 sati 159 400 360 0 60 64 x 64 30 bela krvna zrnca 111 In, 67 sati 171 & 245 18 360 0 60 64 x 64 30
Scintilacioni detektori NaI BaF 2 germanat Bizmut BGO Lutecijum ortosilikat LSO Cerijumom dopiran gadolinijum ortosilikat GSO Z eff 51 54 74 66 59 μ en [cm -1 ] 0.34 0.44 0.92 0.87 0.62 Indeks refrakcije svetlosni prinos [%NaI:Tl] talasna dužina pika [nm] 1.85 2.15 1.82 1.85 100 5 15 75 41 410 220 480 420 430
Gamakamera Oprecionalna razmatranja - Izbor kolimatora i montaža - Rastojanje kolimator-pacijent - Uniformnost - Zadavanje energetskog prozora - Korekcije (atenuacija, rasejanje) -Fon -Sistem zapisa -Tip ispitivanja
PET: Positron Emission Tomography
PET pozitronska emisiona tomografija Smeše slične prostim šećerima (glukoza) se označavaju traserima pozitronskim emiterima FDG je najpoznatiji: traser metabolizma glukoze
Radionuklidi Radionuklid T 1/2 E sr 11 C 20.4 min 0.39 MeV 13 N 10 min 0.50 MeV 15 O 2.2 min 0.72 MeV 18 F 110 min 0.25 MeV 62 Cu 9.2 min 1.3 MeV 68 Ga 68.3 min 0.83 MeV 82 Rb 1.25 min 1.5 MeV
PET sa gamakamerom
Multimodularne slike PET CT
Sistemi detekcije u PET kameri
Raspad i detekcija gama zračenja Kada pozitron udari elektron u okolnom tkivu, dve čestice anihiliraju uz emisiju dva 511 kev γ zraka suprotnih momenata. Ti γ zraci umiču iz ljudskog tela i beleže se spoljašnjim detektorima.
Princip rada Koincidencija? Koincidens? DA! Registrera positionssignalerna Registruje från događaj båda iz detektorerna. oba detektora Rekonstruera! Annihilation Scintillation
Šema procesiranja koincidencije u PET kameri
DOZE ZRAČENJA U NUKLEARNOJ MEDICINI Doze koje primi pacijent u dijagnostičkim tehnikama nuklearne medicine nose vrlo mali rizik za pojavu karcinoma. Opseg efektivne doze: od 6 μsv (za 3 MBq 51 Cr) do 37 msv (za 150 MBq 201 Tl) Uobičajeno snimanje kostiju pomoću 600 MBq 99m Tc izaziva efektivnu dozu od 3 msv
Apsorbovana doza u organu se određuje iz podataka o: Vrsti radionuklida Aktivnosti koja je administratirana Aktivnosti organa Veličine i oblika organa Aktivnosti u drugim organima Kinetici radiofarmaceutika Kvaliteta radiofarmaceutika
MIRD MIRD - Medical Internal Radiation Dosimetry (razvilo Društvo za nuklearnu medicinu) Organ koji sadrži radionuklid je: organ izvor (source) Želimo da izračunamo apsorbovanu dozu u ciljnom organu (target ) Organ cilj i izvor MOGU biti isti organ Kolilina zračenja iz izvora ka cilju mora biti poznata
Izvođenje opšte MIRD jednačine E srednja energija po čestici (fotonu ili elektronu) n broj čestica emitovanih po dezintegraciji ne-srednja energija emitovana po dezintegraciji Δ i K n i E i prelazu = Srednja energija po nuklearnom Δ= Δ = K n E i i i i i Ukupna energija po dezintegraciji
Izvođenje opšte MIRD jednačine (aktivnost) A aktivnost izvora Kumulativna aktvinost suma svih nuklearnih prelaza koji se događaju u izvoru u nekom vremenu ÃnE ukupna energija zračenja emitovana izvorom ÃnEφ - energija apsorbovana u meti za određeno vreme (φ - frakcija apsorpcije) D = ÃnE φ /m - apsorbovana doza po masi m organa mete D = ÃS (S = ne φ /m) S zavisi od radionuklida i geometrije (literaturno)
Izvođenje opšte MIRD jednačine (aktivnost) Radionuklid emituje više od jedne čestice pa je: D = ÃΣ S i (S i - S faktor i-te čestice) U telu ima mnogo organa izvora r h koji utiču na organ metu r k, svi ti doprinosi se dodaju ukupnoj dozi organa mete: D(r k ) = Σ D(r k <- r h )
Proračun kumulativne aktivnosti à h suma svih nuklearnih prelaza u organu h u toku određenog vremena à h = ƒa h (t) dt Funkcija aktivnosti Ah(t) se može aproksimirati sumom eksponencijalnih funkcija A h (t) = Σ Aj e- λt λ efektivna konstanta koja kombinuje fizički i biološki raspad 1/T ef = 1/T fiz + 1/T biol Obično su granice integriranja 0- pa je à = Σ A j / (λ j ) e = 1.443 Σ A j (T j ) e