Nuklearno medicinske metode - teorija

nuklearna medicina

= veja medicine, ki uporablja odprte vire sevanja za diagnostiko in terapijo

delimo jo na slikovno (distribucija radioaktivnosti v telesu) in laboratorijsko (količina radioaktivnosti v vzorcu)

razlika med nuklearno medicino in radiološkimi metodami

vedno podaja informacijo o funkciji tkiv, organov in organskih sistemov → imenujemo jo tudi molekularna slikovna diagnostika

značilnosti nuklearno medicinskih preiskav

visoko senzitivne, manj specifične - specifičnost povečamo, če jih kombiniramo z radiološkimi metodami → hibridne slikovne diagnostične metode

nuklearna medicina in ionizirajoče sevanje

izkorišča se ga za učinke, ki jih ima ionizirajoče sevanje na tkivo - predvsem za terapevtske namene

vrste ionizirajočega sevanja:

• alfa (= He jedro): energija 5 MeV, 0,05 mm dosega v tkivu

• beta- (= e-): energija 1 MeV, 0,4 mm dosega v tkivu

• beta+ (=p+): energija 1 MeV, 0,3 - 3 mm dosega v tkivu

• gama (= foton): energija 100 MeV, del se izseva iz telesa (zaznavanje z ustreznimi detektorji), del energije odda v interakciji s tkivom

elektron-volt

eV = količina kinetične energije, ki jo eletron pridobi/izgubi pri preletu elektrostatične potencialne razlike enega volta v vakuumu

becquerel

Bq = aktivnost radioaktivnega izotopa oz. št. razpadov na sekundo

gray, sievert, relativna biološka učinkovitost

Gy = enota absorbirane doze oz. količina energije, ki jo ionizirajoči delec odda materialu pri prehodu skozenj na enoto mase (J/kg)

Sv = enota ekvivalentne in efektivne doze oz. biološki učinek absorbirane odze

RBE = razmerje biološke učinkovitosti posameznih tipov ionizirajočih sevanj; alfa ima RBE 20, ostala sevanja imajo RBE 1

linearni prenos energije

LET = količina energije, ki jo ionizirajoči delec odda materialu oz. tkivu pri prehodu skozenj na enoto razdalje

radiofarmak

= radiofarmacevtski izdelek, ki se vnaša v človeški organizem in vsebuje radionuklid (radioaktivni izotop)

uporablja se za diagnosticiranje (radiodiagnostik) ali zdravljenje (radioterapevtik)

razporedi se po tkivih v telesu, kjer je podvržen farmakokinetičnim procesom; zaradi pikomolarnih konc. nima radiofarmak praktično nobenega farmakodinamskega učinka na telo (izjema: ionizirajoče sevanje)

sestava radiofarmaka

radionuklid + ligand

radionuklid = radioaktivni izotop, ki omogoča lociranje, kvantifikacijo in/ali terapevtski učinek radiofarmaka v telesu

ligand ima specifično kinetiko in omogoča ADME → gre za komplekso spojino ali krvne produkte oz. celice

radioterapevtiki: uporaba alfa in beta- sevalcev

radiodiagnostiki: uporaba gama in beta+ radionuklidov

radionuklidi z lastnostjo liganta

lahko jih uporabljamo samostojno: ¹²³I, ^99mTcO₄^- pri scintigrafiji ščitnice

nuklearno medicinska slikovna diagnostika - detekcija signala

zaznava se samo gama žarke, ki se izsevajo iz telesa - v osnovi gre za emisijske metode

zaznavamo jih s pomočjo gama kamer:

• planarne: 2D prikaz distribucije radiofarmaka

• tomografi za enofotonsko izsevno tomografijo - SPECT: 2D in 3D prikaz distribucije radiofarmaka

• tomografi s pozitronsko izsevno tomografijo - PET: izključno 3D prikaz distribucije radiofarmaka

mehanizem delovanja gama kamer

detektor = scintilacijski kristal ali polprevodniški detektor, ki omogoča detekcijo izsevanih fotonov določenega energetskega razpona

• pri gama sevalcih je energija izsevanih fotonov med 50 in 400 keV - odvisno od vrste radioaktivnega izotopa

• pri pozitronskih razpadih je energija izsevanih fotonov 511 keV

delovanje PET

pozitronske razpade zaznavamo posredno:

na mestu radioaktivnega razpada pozitronskega radionuklida se najprej izseva pozitron (beta+), ki se ob srečanju z elektronom (beta-) anihilira

ob anihilaciji nastane par anihilacijskih fotonov z energijo 1022 keV (2 × 511 keV)

→ zaznavajo dva sočasna anihilacijska fotona; SPECT zaznavajo po en foton na radioaktivni razpad

scintigram

= slika, ki nam prikaže prostorsko in/ali časovno distribucijo radioaktivnosti

sočasno zajemanje prostorske in časovne distribucije = dinamične nuklearno medicinske preiskave; pomembno:

• namestitev preiskovanca - projekcija

• čas začetka zajemanja podatkov - takoj po aplikaciji radiofarmaka ali zakasnjeno

• način zajemanja podatkov - statično, dinamično, tomografsko, hibridno…

• trajanje zajemanja podatkov

hibridna slikovno diagnostična naprava

če gama kamero združimo v eni napravi s CT ali MR tomogramom

planarne kamere se redko uporablja → največ NM diagnostike se opravi na SPECT, SPECT/CT, PET/CT

PET/MR zaenkrat v SLO še ni na voljo, po svetu se še vedno uveljavljajo

nastanek slike

obdelava signalov s pomočjo rekonstrukcijskih strežnikov → rekonstruirane slike v formatu DICOM (= digital imaging and communications in medicine) → arhiviranje v PACS (= picture archivinf and communication system)

neslikovne nuklearno medicinske raziskave

uporaba posebnih laboratorijskih naprav ali sond, ki delujejo po podobnem principu kot gama kamere

primeri neslikovnih NM preiskav:

• natančen izračun GF

• izračun življenjske dobe eritrocitov

• kvantifikacija malabsorpcije vitamina B12

• H. pylori dihalni test

izvedba nekaterih ni več mogoča - ne proizvajajo več nekaterih radiofarmakov

SPECT/CT

dva detektorja, običajno v nasprotni konfiguraciji (AP/PA planarna projekcija) → z rotacijo detektorjev nastane serija projekcij, ki omogoča tomografsko rekonstrukcijo

za detektorjema je v ohišju nameščena radiološka CT

PET/CT

konfiguracije več obročev detektorjev - rotacija ni potrebna; gre za inherentno tomografsko tehniko slikanja

za obroči detektorjev nameščena CT naprava

razlika v detekciji med PET in SPECT

PET: zaznava fotona v obroču detektorjev - premica med zaznanima fotonoma določa lokacijo izsevanega pozitrona

SPECT: izsevan foton zazna eden od obeh detektorjev - za tomografsko lociranje je potrebna rotacija detektorjev okoli preiskovanca in rekonstrukcija tomografske slike iz serije nastalih projekcij

postopek izvedbe NM preiskave

• napotitev na osnovi ustrezne indikacije

• obveščanje preiskovanca o poteku

• priprava preiskovanca na preiskavo

• aplikacija radiofarmaka

• zajemanje podatkov na ustrezni gama kameri

• obdelava podatkov na računalniku

• priprava izvida s klinično relevantnim mnenjem

delitev NM preiskav

konvencionalne NM preiskave = izvedene na planarnih gama kamerah, SPECT in SPECT/CT napravah:

• najpogosteje uporabljen izotop je ^99mTc - gama sevalec, razpolovna doba 6h, energija izsevanih fotonov 141 keV

• pridobivanje iz ⁹⁹Mo/^99mTc generatorjev → tedensko menjavanje

NM preiskave z uporabo pozitronske emisijske tomografije = izvedene na PET/CT:

• najpogosteje uporabljen izotop je ¹⁸F - beta+ sevalec, razpolovna doba 110 min, energija izsevanih anihiliranih fotonov 511 keV

• pridobivanje s pomočjo pospeševalnikov delcov - ciklotronov; ciklotroni se morajo nahajati blizu PET/CT (kratka razpolovna doba); praktično vse pozitronske radiofarmake je potrebno proizvesti in porabiti v istem dnevu