NUKLEARNA MEDICINA

NUKLEARNA MEDICINANUKLEARNA MEDICINA

1. Klinički problem

2. Radiofarmaceutik

DijagnoDijagnostka i terapija otvorenim izvorima stka i terapija otvorenim izvorima zrazraččenjaenja

3. Instrumentacija

Slike u nuklearnoj mediciniSlike u nuklearnoj mediciniSlika predstavlja funkcionalne(nasuprot anatomskim) karakteristike ljudskog tkivaSlika se dobija trasiranjem distribucije radiofarmaceutika u telu pomoću gamakamere

Pioniri u nuklearnoj medicini - NobelovciMaria Skłodowska-Curie(1867-1934) i Pjer

Henri Becquerel (1852-1908)

malteški krst

Ernest Rutherford(1871-1937)

Jean Frédéric Joliot-Curie (1900-1958)Irène Joliot-Curie (1897-1956)

NUKLEARNA MEDICINANUKLEARNA MEDICINA

1. Klinički problemi

2. Radiofarmaceutici

3. Instrumentacija

Skeniranje kostiju99mTc IV (400-600) MBq

Dijagnostika:Metastaze u kostimaBenigne i maligne

tumore kostijuPrelome kostiju

Snimanje 3 sata posle unosa

Skeniranje pluća

100 MBq Tc99m IVSkeniranje odmahDetektuje: pulmonarnu

emboliju

Tiroidea

Radiofarmaceutci: • 100 MBq Tc99m IV•Skeniranje posle 15 minuta •Peroralno I123, I131

•Skeniranje posle 24 časa

Skeniranje srca

IntravenIntravenozno ozno (600(600--800) 800) MBqMBq 99m99mTc, Tc,

Skeniranje posle (10Skeniranje posle (10--15) minuta15) minuta

Dinamika miokarda

IInjekcija od (njekcija od (7070--100100) ) MBq MBq 201201TlTlTomograTomografska studija fska studija

NUKLEARNA MEDICINANUKLEARNA MEDICINA

1. Klinički problemi

2. Radiofarmaceutici

3. Instrumentacija

Proizvodnja radionuklidaMeta Reakcija RadionuklidCr-50 (n,γ) Cr-51Mo-98 (n, γ) Mo-99Xe-124 (n, γ) Xe-125 => I-125Te-130 (n, γ) Te-131 => I-131Zn-68 (p,2n) Ga-67Cd-111 (p,n) In-111Tl-203 (p,3n) Pb-201 => Tl-201Te-124 (p,2n) I-123I-127 (p,5n) Xe-123 => I-123U-235 (n,f) Zr-99 => Nb-99 => Mo-99

Tehnecijum1 kg U sadrži 1 ng Tc

Prva tehnecijumska krava (uređaj za separaciju 99mTc iz 99Mo) napravljena je u BNL

NUKLEARNA MEDICINANUKLEARNA MEDICINA

1. Klinički problemi

2. Radiofarmaceutici

3. Instrumentacija

Instrumentacija u nuklearnojmedicini

• 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“)

4 π-γ jonizaciona komora, Pboklopljena od uticaja fona(prirodnog ili parazitskog)

Čitač sa izborom radionuklidanapajanjedržač uzoraka

Etaloniranje: prema zahtevima standarda IEC 1303

Metrološki uslovi: Detektor: jonizaciona komora zapremine > 600 cm3

Gas punjenja: 99 % argon pod pritiskom obično 2 baraPrag detekcije: >10 kBq (1 kBq)Maksdimalna aktivnost: 500 GBqEnergetski opseg: 35 keV –3 MeVMerna nesigurnost; ± 5 %, k=2Rezolucija: 1 kBqEtaloniranje: referentnim izvorima (u odnosu na aktivnost) +etaloniranje elektrometraOsetljivost: 10 pA/MBq

(B) Geometrija za špriceve

(A) Geometrija za staklene bočice

Merilo aktivnosti sa scintilacionim detektorom (“dozekalibrator“)

Metrološki uslovi: Detektor: NaI(Tl) scintilacioni detektor sa jamomKristal: prečnik 5,1 cm x debljina 4,6 cm Efikasnost u 4π geometriji: 70 % za 129IPrag detekcije: >10 kBq (1 kBq)Maksimalna aktivnost: do 3,7 GBq za beta i 370 MBq za gama Merna nesigurnost; ± 5 %, k=2Rezolucija: 1 kBqEtaloniranje: etaloniranje referentnim izvorima+etaloniranje elektrometra

Merila aktivnosti za PET(“dozekalibrator“)

18F, 11C, 13N, 15OMaksimalna aktivnost: do 1 GBq 18FDetektor: Jonizaciona komora sa tankim zidom i jamomGas punjenja: argonRezolucija: 0,01 MBqMerna nesigurnost: ±5 %, k=2Osetljivost: 10 pA/MBqEnergetski opseg: 25 keV – 3 MeVDonja granica detekcije: 0,01 MBq

Brojači uzorakaGama brojači

Tečni scintilacioni brojači

Upotreba brojača uzorakaRIA(radioimunološke analize) 125I

Funkcija bubrega 51Cr

Vitamin B12 manjak 57Co,58Co

Ferokinetičke studije 59Fe

Sadržaj vode u telu 3H

Analize krvi 125I, 51Cr, 99mTc

Biomedicinska istraživanja 3H, 14C

Kolimator

Olovnevođice

Fokalnorastojanje

Fokalnaravan Fokus

NaI (Tl)kristal Kolimator sa

strane kristala

Kolimator sastrane pacijenta

Postavljanje prozora

Zadavanje energetskog prozora zavisiod energetske rezolucije detektora i energije fotona

StatičkiDinamičkiECG-gated Sken celog telaTomografijaECG-gated tomografijaTomografija celog tela

GamakameraAkvizicija podataka

Šum

Gustina brojanja

Gamakamera

Gama kamera je uređaj za dobijanjemedicinske slike pomoću snimanjaraspodele radionuklida -emitera gamazračenja u telu

Kompleksan uređaj koji se sastoji od više detektora

Detektor: scintilacioni kristal NaI(Tl)

Tipičan protokol akvizicije SPECT

rad. Energija[keV]

aktivnost

[MBq]

rotacija

brojprojekcija

rezolucijaslike

vreme poprojkciji [s]

Kosti99mTc, 6 sati 140 800 3600 120 128 x

128 15

perfuzijamiokarda

99mTc, 6 sati 140 700 1800 60 128 x

128 30

tumor123I, 13 sati 159 400 3600 60 64 x

64 30

bela krvnazrnca

111In, 67 sati

171 & 245 18 3600 60 64 x

64 30

Scintilacioni detektoriNaI BaF2

BizmutgermanatBGO

LutecijumortosilikatLSO

Cerijumom dopirangadolinijumortosilikat GSO

Zeff 51 54 74 66 59

μen [cm-1] 0.34 0.44 0.92 0.87 0.62

Indeksrefrakcije

1.85 2.15 1.82 1.85

svetlosniprinos[%NaI:Tl]

100 5 15 75 41

talasnadužina pika[nm]

410 220 480 420 430

GamakameraOprecionalna 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 prostimšećerima (glukoza) se označavaju traserimapozitronskim emiterima

FDG je najpoznatiji:traser metabolizma glukoze

Radionuklidi

RadionuRadionuklidklid TT1/21/2 EEsr sr

1111CC 20.4 min20.4 min 0.39 MeV0.39 MeV1313NN 10 min10 min 0.50 MeV0.50 MeV1515OO 2.2 min2.2 min 0.72 MeV0.72 MeV1818FF 110 min110 min 0.25 MeV0.25 MeV6262CuCu 9.2 min9.2 min 1.3 MeV1.3 MeV6868GaGa 68.3 min68.3 min 0.83 MeV0.83 MeV8282RbRb 1.25 min1.25 min 1.5 MeV1.5 MeV

PET sa gamakameromPET sa gamakamerom

Multimodularne slike

PET

CT

Sistemi detekcije u PET kameri

Raspad i detekcija gama zračenja

Kada pozitron udarielektron u okolnom tkivu, dve čestice anihiliraju uzemisiju dva 511 keV γ zrakasuprotnih momenata.

Ti γ zraci umiču iz ljudskogtela i beleže se spoljašnjimdetektorima.

Princip radaPrincip rada

Koincidens?

Annihilation

Scintillation

Registrerapositionssignalerna

från bådadetektorerna.Rekonstruera!

DADA!!Koincidencija? Registruje događaj

iz oba detektora

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 51Cr) do 37 mSv (za 150 MBq 201Tl)

Uobičajeno snimanje kostiju pomoću 600 MBq 99mTc 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

MIRDMIRD - 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 i iK n E= ⋅ ⋅ Srednja energija po nuklearnom prelazu

Δ Δ= = ⋅∑ ∑ii

i ii

K n E 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 Si ( Si - S faktor i-te čestice)

U telu ima mnogo organa izvora rh koji utičuna organ metu rk, svi ti doprinosi se dodaju

ukupnoj dozi organa mete:

D(rk) = Σ D(rk <- rh)

Proračun kumulativne aktivnostiÃh – suma svih nuklearnih prelaza u organu h u toku određenog vremena

Ãh = ƒAh(t) dtFunkcija aktivnosti Ah(t) se može aproksimirati sumom eksponencijalnih funkcija

Ah(t) = Σ Aj e-λt

λ– efektivna konstanta koja kombinuje fizički i biološki raspad

1/Tef = 1/Tfiz + 1/TbiolObično su granice integriranja 0-∝ pa je

à = Σ Aj / (λj)e = 1.443 Σ Aj (Tj)e