Kunstige radionukleotider, Positron Emisjon og Single Photon Emission

Praksisflaskkort basert på prinsippene for kunstige radionuklider, positronemisjon og Single Photon Emission fra lecturen.

Syklotron

En partikkelakselerator som akselererer ladde partikler, vanligvis protoner, i en spiralbane ved hjelp av en kombinasjon av statiske magnetfelt og vekselstrøm. Hovedformålet i medisinsk sammenheng er å produsere positronemitterende nuklider (f.eks. ^{18}F) ved å bombardere stabile isotoper (som ^{18}O) med disse protonene.

^{18}F (fluor-18)

En syntetisk produsert positronemitterende isotop med en halveringstid på ca. 110 minutter. Den er den mest brukte radionukliden i PET-avbildning, spesielt i form av ^{18}F-FDG (fluordeoksyglukose), som muliggjør visualisering av glukosemetabolisme i vev og organer, essensielt for kreftdiagnostikk, nevrologi og kardiologi.

^{18}O (anriket oksygen-18)

En stabil, ikke-radioaktiv isotop av oksygen som inneholder 8 protoner og 10 nøytroner. Den brukes som målmateriale i en syklotron, hvor den bombarderes med protoner for å produsere den radioaktive isotopen ^{18}F gjennom en kjernefysisk reaksjon.

Bombardement med protoner

Prosessen der atomkjerner, som ^{18}O, treffes av høyenergiprotoner akselerert i en syklotron. Denne kjernefysiske reaksjonen, ofte uttrykt som ^{18}O(p,n)^{18}F, resulterer i omdannelsen av ^{18}O til den radioaktive ^{18}F isotopen, med utskillelse av et nøytron.

Positronemitterende radionuklid

En ustabil atomkjerne som henfaller ved å omdanne et proton til et nøytron, samtidig som den avgir et positron (\beta^+ partikkel) og et nøytrino. Disse radionuklidene er fundamentale for Positron Emisjon Tomografi (PET), da de avgitte positronene leder til emissjon av gammastråler som kan detekteres.

\beta^+ emisjon (positron emisjon)

En type radioaktivt henfall der et proton i atomkjernen omdannes til et nøytron, en positron (e^+) og et nøytrino (\nu). Dette skjer typisk i protonrike kjerner. Positronen er antimaterie-ekvivalenten til et elektron og reiser vanligvis bare noen millimeter i vev før den annihilerer med et elektron.

Annihilasjon

Fenomenet som oppstår når et positron kolliderer med et elektron. Deres totale masse omdannes til ren energi i henhold til Einsteins masse-energi-ekvivalens, E = mc^2. Resultatet er produksjon av to gammastråler, hver med en energi på 511 keV, som sendes ut i nøyaktig motsatt retning (180 grader fra hverandre).

511 keV gammastråler

Energi til hver av de to fotonene som produseres under en positron-elektron-annihilasjon. Denne spesifikke energien tilsvarer hvilenergien til en elektron- eller positronmasse (m_e c^2), og deteksjonen av disse to samtidig utsendte gammafotonene er grunnlaget for PET-avbildning.

E = mc2

Einsteins berømte formel som beskriver energien (E) som frigjøres når masse (m) omdannes til energi, multiplisert med lysets hastighet (c) i kvadrat. I konteksten av PET er dette sentralt for å forstå hvordan massen av et positron og et elektron omdannes til energien i de to 511 keV gammastrålene under annihilasjon.

99Mo/99mTc-generator

Et kjemisk system ('generator') som utnytter den radioaktive henfallsrekken mellom en langlivet moderalfa (99Mo) og en kortlivet datterkerne (99mTc). Dette systemet tillater sykehus å 'melke' eller eluere 99mTc periodisk, noe som eliminerer behovet for kontinuerlig frakt av tungt utstyr og gir en fersk tilførsel av radionukliden for diagnostiske formål.

99Mo

Molybden-$99$ er en radioaktiv isotop med en halveringstid på ca. 66 timer. Den er foreldernukliden i ^{99}Mo/^{99m}Tc-generatoren, og den henfaller gjennom beta-minus (\beta^--) emisjon for å hovedsakelig danne den metastabile isotopen ^{99m}Tc.

99mTc

Technetium-$99m$ er en metastabil isotop med en halveringstid på ca. 6 timer, som henfaller ved å avgi en enkelt gamma-stråle med en energi på 140 keV. Disse egenskapene – kort halveringstid, ren gammaemisjon (ingen partikkelstråling) og egnet gammaenergi for deteksjon – gjør den ideell for en lang rekke diagnostiske undersøkelser innen nukleærmedisin, som hjerte-, skjelett-, nyre- og lungeavbildning.

140 keV gamma

Energi av gammastrålen som avgis fra ^{99m}Tc når den henfaller fra sin metastabile tilstand til den stabile grunntilstanden. Denne moderate energien er optimal for deteksjon med et gammakammer, da den gir god penetrasjon gjennom vev samtidig som den er lett å skjerme og kollimere for bildedannelse.

Halveringstid på ca. 6 timer

Den biologiske og fysiske halveringstiden til ^{99m}Tc. Denne korte, men tilstrekkelige, halveringstiden er ideell for diagnostisk nukleærmedisin fordi den tillater nok tid for at radiotracere skal akkumuleres i målvev og for bildedannelse, samtidig som den sikrer rask utskillelse fra kroppen og minimal stråledose til pasienten etter undersøkelsen.

Eluering (eluere)

Prosessen med å skylle en løsning gjennom en absorbsjonskolonne i generatoren for å separere datterradionukliden (^{99m}Tc) fra moderradionukliden (^{99}Mo). En steril salinløsning (fysiologisk saltvann) brukes til å spyle kolonnen, som selektivt fjerner ^{99m}Tc mens ^{99}Mo forblir bundet, noe som muliggjør ren oppsamling av ^{99m}Tc. Eluatet, som er den innsamlede løsningen som inneholder ^{99m}Tc, brukes deretter til fremstilling av radiofarmaka.

Gammakammer

Et deteksjonsinstrument som brukes i SPECT og planar nukleærmedisin for å registrere gammafotoner som sendes ut fra radioaktive sporstoffer i kroppen. Det består av en kollimator (for å definere retningen til gammafotonene), en scintillator (som omdanner gammafotoner til lysglimt), fotomultiplikatorrør (som forsterker lyssignalene), og elektronikk for bildebehandling. Gammabilder gir informasjon om fysiologisk funksjon.

PET

Positron Emisjon Tomografi er en avbildningsteknikk innen nukleærmedisin som detekterer to 511 keV gammastråler som sendes ut i motsatt retning fra en positron-elektron-annihilasjon. Ved å detektere disse koinsidente hendelsene, kan PET-skanneren rekonstruere et 3D-bilde som viser distribusjonen av det positronemitterende sporstoffet i kroppen, og dermed gi detaljert funksjonell informasjon om metabolske prosesser.

CT

Computed Tomography er en radiologisk avbildningsteknikk som bruker røntgenstråler fra forskjellige vinkler og databehandling for å skape detaljerte tverrsnittsbilder (snitt) av kroppens indre strukturer. CT gir utmerket anatomisk informasjon og er spesielt egnet for å visualisere bein, bløtvev og organer, og er ofte brukt for lokalisering og diagnostikk.

PET-CT fusjon

Integrasjonen av PET- og CT-bilder til et enkelt, kombinert bilde. Denne teknikken benytter fordelene fra både funksjonelle PET-data (f.eks. metabolsk aktivitet) og anatomiske CT-data (f.eks. presis lokalisering av organer og lesjoner). Fusjonen gir en mer nøyaktig diagnose og staging for en rekke sykdommer, spesielt kreft, ved å identifisere både omfanget av svulsten og dens eksakte anatomiske posisjon.

SPECT

Single Photon Emission Computed Tomography er en nukleærmedisinsk bildemodalitet som bruker et eller flere roterende gammakamre til å fange opp singulære gammafotoner (f.eks. 140 keV fra ^{99m}Tc) som sendes ut fra et radioaktivt sporstoff i kroppen. Bildene behandles deretter datamaskinelt for å skape 3D-tverrsnittsbilder av organer og vev, og gir funksjonell informasjon, for eksempel om blodstrøm eller organfunksjon.