nukleÁrna medicÍna prístroje na detekciu žiarenia

01

NUKLEÁRNA MEDICÍNAPrístroje na detekciu žiarenia

Úvod do nukleárnej medicíny

• Úvod do nukleárnej medicíny (základné princípy, história a súčasnosť)

• Základné fyzikálne princípy (atóm, rádioaktivita, ionizujúce žiarenie)

• Meranie a detekcia rádioaktivity • G-M počítače• Scintilačné detektory (stavba detektora, scintilačný kryštál)

• Fotonásobič (stavba a funkcia fotonásobiča)

• Kolimácia pri detekcii žiarenia (princíp, druhy kolimátorov)

• Prístroje na detekciu žiarenia gama• Gamakamera, SPECT a planárne zobrazenie• Pozitrónová emisná tomografia• Hybridné prístroje v nukleárnej medicíne (SPECT/CT, PET/CT)

• Prístrojové vybavenie pracoviska nukleárnej medicíny• Kontrola kvality prístrojov

02

Prístroje na detekciu žiarenia

Zobrazovacie metódy v súčasnej medicíne

Röntgenové zobrazovacie metódy Princíp transmisie (prechodu) ionizujúceho žiarenia vyšetrovanou

oblasťou; brzdenie žiarenia X rôznymi druhmi tkaniva:

RTG

Skiaskopia, Skiagrafia

CT

03



Magnetická rezonancia - MRI Pacient je vložený do veľmi silného magnetického poľa, do jeho

tela je vyslaný krátky rádiofrekvenčný impulz a po jeho skončení sa

sníma slabý signál, ktorý vytvára pacientovo telo, a ktorý sa

následne použije na rekonštrukciu samotného obrazu. Intenzita

signálu je závislá na hustote protónov vodíka v tkanive.

04



Ultrasonografické USG zobrazovacie metódy USG diagnostika využíva princíp detekcie odrazu zvukových vĺn.

Ultrazvukové vlny o frekvencii 2-15 MHz sú do tela vysielané USG

sondou, ktorá zároveň slúži aj ako ich prijímač. USG prístroj príjme odrazenú vlnu a vyhodnotí jej intenzitu a časový interval medzi jej vyslaním a prijatím. Spracované informácie prevedie do dvoj až trojrozmerného obrazu.

05



Nukleárna medicína Pre vznik diagnostického zobrazenia využíva akumuláciu rádiofarmák v

organizme a následnú emisiu fotónov ionizujúceho žiarenia z miesta

akumulácie. SPECT PET

06


07


Základný princíp zobrazovacích metód - porovnanie

Nukleárna medicína je špecializovaným odborom medicíny, ktorého základným princípom je využitie otvorených rádionuklidových žiaričov na diagnostické, terapeutické, prognostické alebo výskumné účely.

V praxi sa nukleárna medicína delí na diagnostickú časť a na terapiu otvorenými žiaričmi.

08


09

• Nukleárna medicína používa bezpečné, bezbolestné a cenovo dostupné techniky pre zobrazenie cieľových orgánov ľudského tela a liečbu chorôb.

• Zobrazenie v nukleárnej medicíne je jedinečné, pretože poskytuje klinikom informácie nielen o štruktúre, ale aj o funkcii sledovanej oblasti.

• Nukleárna medicína používa malé a bezpečné množstvo rádioaktívnych látok za účelom

stanovenia diagnózy aj liečby.


Zdrojom rádioaktívneho žiarenia v nukleárnej medicíne

sú otvorené rádioaktívne žiariče, ktoré sa podávajú

vo forme rádiofarmák.

Rádiofarmakum je látka so špecifickou väzbou na

vyšetrovaný orgán alebo tkanivo, označená rádioaktívnym

prvkom, ktorá sa aplikuje do vnútorného prostredia

organizmu a následne vychytáva v cieľovom orgáne.

10


11

• V nukleárnej medicíne sa základné rádionuklidy spájajú s inými prvkami, resp. chemickými zlúčeninami, za účelom výroby rádiofarmák (môžu sa vyrábať priamo na pracovisku, alebo sú dodávané ako chemické zlúčeniny-hotový prípravok).

• Po aplikácii (môže byť intravenózna, perorálna, peritumorálna a i.) sa rádiofarmakum akumuluje v špecifickom orgáne/tkanive, resp. lokalizuje bunkové receptory.

• Táto charakteristika rádiofarmák umožňuje zobraziť vývoj ochorenia v organizme, založený na bunkovej funkcii (metabolizme) a fyziológii, namiesto sledovania a vyhľadávania

anatomických zmien v tkanivovej štruktúre .


12


Obr.: Scintigrafia skeletu, 99mTc+MDP

13


Obr.: Scintigrafia štítnej žľazy, 131I

14


Obr.: Scintigrafia obličiek, 99mTc+DTPA

Normálny scintigrafický obraz obličiekHypoplázia ľavej obličky shyperpláziou pravej obličky Dystopia ľavej obličky

15


Obr.: Perfúzna scintigrafia pľúc, 99mTc+LYOMAA

Normálny scintigrafický nález pľúc Početné defekty perfúzie pľúc

16

• V diagnostickej časti nukleárnej medicíny sú podané rádiofarmaká detekované/snímané pomocou špeciálnych kamier - gamakamera, ktoré umožňujú získať veľmi presný obraz sledovanej oblasti.

• Metódami pre získanie žiadanej diagnostickej informácie v nukleárnej medicíne sú jednofotónová emisná tomografia SPECT a pozitrónová emisná tomografia PET. Obe emisné metódy môžu byť v praxi doplnené o transmisnú metódu počítačovej tomografie CT.

Poznámka: emisia = vyžarovanie transmisia = prežarovanie


17

• Pri terapii pomocou otvorených rádionuklidov sa rádiofarmakum akumuluje v liečenom orgáne/tkanive a proces terapie je dosiahnutý deštrukciou (vyžiarením/zabitím) „napadnutých“ buniek pomocou ionizujúceho žiarenia s krátkym doletom v tkanive 131I, ZEVALIN ( 90Y).


18

• Množstvo radiácie, ktorej je pacient vystavený počas scintigrafie (vyšetrenie SPECT) v nukleárnej medicíne je porovnateľné s množstvom, ktorému je pacient vystavený pri diagnostickom RTG a množstvo radiácie, ktorej je pacient vystavený pri terapii otvorenými žiaričmi je prísne sledované a udržiavané v bezpečných limitoch.

• Vo všeobecnosti sa v nukleárno-medicínskych procedúrach uplatňuje tzv. systém ALARA (As Low As Reasonably Achievable).


19

• Limity pre optimálne diagnostické dávky stanovuje legislatíva SR v Nariadení vlády SR 340/2006 O ochrane zdravia osôb pred nepriaznivými účinkami ionizujúceho žiarenia pri lekárskom ožiarení.

• Nariadenie hovorí o maximálnych dávkach aplikovaných pre jednotlivé druhy vyšetrení, avšak zároveň hovorí o tom, že limit pre pacientov nie je striktne stanovený, za výšku aplikovanej dávky zodpovedá vyšetrujúci lekár.

• Výpočet dávok pre deti upravuje Európska asociácia pre nukleárnu medicínu (EANM).

• Výška aplikovanej dávky nie je v žiadnom prípade ohrozujúca pre pacienta, ani pre jeho okolie.


20


Aj keď sa nad tým nezamýšľame, každý je dennodenne vystavený

vplyvu žiarenia či už z prírodných, alebo umelých zdrojov.

Pre väčšinu ľudí prirodzené rádioaktívne pozadie • zo vzduchu (atmosféra, kozmické žiarenie)

• pôdy (radón, draslík 40K, T1/2=1,25×109 rokov)

• vody

• samotného ľudského tela (40K, 14C T1/2=5 730 rokov)

predstavuje až 75% radiácie, ktorej sme ročne vystavení.

Zvyšok predstavuje ožiarenie z priemyselného používania

rádioaktívnych materiálov (televízory, hlásiče požiarov )

a lekárskeho ožiarenia (RTG, lekárske prístroje).

21

Väčšina vyšetrení v nukleárnej medicíne vystavuje pacienta ožiareniu,

ktoré za bežných podmienok dostane za niekoľko mesiacov svojho života!


22

Vďaka multidisciplinárnemu charakteru nukleárnej medicíny

je veľmi ťažké stanoviť kedy presne došlo k vzniku tohto

medicínskeho odboru.

Väčšina medicínskych historikov za začiatky nukleárnej

medicíny považuje obdobie medzi objavením umelej

rádioaktivity v roku 1934 a začiatkom produkcie

rádionuklidov pre medicínske účely v Oak

Ridge National Laboratory (Tennessee, USA)

v roku 1946.

Úvod do nukleárnej medicínyHistória nukleárnej medicíny

23

Za prvý dôležitý míľnik v histórii nukleárnej medicíny je považovanéobjavenie umelej rádioaktivity Frédericom Joliotom a Iréne Joliot -Curie v roku 1934 (za pomoci neutrónov vytvorili nové rádioaktívneizotopy, ktoré sa v prírode nevyskytujú a následne sledovali ich

rádioaktívny rozpad až do nadobudnutia stabilného stavu).

K rozvoju nukleárnej medicíny by však nemohlo dôjsť bez predošlejPráce Wilhelma Konrada Röntgena (objavenie lúčov X-1895), HenrihoBecquerela (objavenie prirodzenej rádioaktivity v uránových soliach-1896), Marie Curie (rádioaktívne rádium, tórium, polónium a zavedenie pojmu rádioaktivita-1898), Georga de Hevesy(zavedenie stopovacej metódy-použitie izotopov pre sledovanie biologických systémov a procesov 1932).


24

Dôležitou prelomovou etapou v histórii nukleárnej medicínybolo podávanie rádioaktívneho jódu I131 (tzv. atómový koktail)pri liečbe karcinómov štítnej žľazy v roku 1946.

Liečba spočívala vo vychytaní rádioaktívneho jódu štítnoužľazou a následnom vyhubení/vyžiarení (bunková smrťspôsobená ožiarením) rakovinových buniek (nekontrolovanesa deliacich).

Okrem liečby karcinómov štítnej žľazy bol jód I131

v menších dávkach používaný na stanoveniefunkcie štítnej žľazy a jej diagnostiku a na liečbuhypertyroidismu.


25

V širšom rozsahu sa nukleárna medicína začala rozvíjať akovýhodná diagnostická metóda až na začiatku 50-tych rokov

20. storočia po tom ako sa prehĺbili poznatky o

• použití určitých rádionuklidov pre sledovanie konkrétnych biochemických procesov • detekcii rádioaktivity (vhodná prístrojová technika)

• výrobe nových rádionuklidov


26

Spomedzi všetkých rádionuklidov, ktoré boli vyvinuté premedicínske účely vývoj žiadneho nuklidu nemá taký význam ako Technécia 99mTc.

Technécium bolo objavené v roku 1937 C. Perrierom a E.Segreoma bolo mu pridelené 43 miesto v periodickej tabuľke prvkov.

Prvý generátorový systém na produkciu 99mTc pre medicínskeúčely bol vyvinutý v 60-tych rokoch, čo umožnilo jeho masové používanie. (Vo väčšine rádiofarmák v nukleárnej medicíne je rádioaktívnym nosičom práve technécium a pokrýva široké spektrum vyšetrení rôznych orgánov.)


27

• Priekopníkmi v prístrojovej technike pre nukleárnu medicínu boli Benedict Cassen (1956), ktorý zostrojil prvý priamočiary skener a Hal O. Anger, ktorý je „otcom“ prvej gamakamery (1957). Základný princíp Angerovej kamery

sa zachoval až do súčasnosti !

• Koncom 50-tych rokov bol David E. Kuhlom vyvinutý koncept jednofotónovej emisnej tomografie SPECT, ktorá sa v priebehu nasledujúcich desaťročí naďalej zdokonaľovala a smerovala až k fúzii SPECT a CT technológie.

• Prvý PET skener pre medicínske účely bol dostupný v roku 1975. V roku 1998 bol predstavený koncept hybridnej technológie PET/CT.


28

Prvý priamočiary SCANNER vyvinul v roku 1950 Benedict Cassen. Toto zariadenie, ako prvé dokázalo mapovať rozloženie rádioaktivity v organizme, ktorá bola podaná za účelom zobraziť orgány, ktoré nebolo možné vyšetriť pomocou röntgenu. Zariadenie sa u nás nazývalo pohybový gamagraf a metóda zobrazenia sa nazývala gamagrafia.

Metóda sa stala základom pre zobrazenie v nukleárnej medicíne. Neskôr bola nahradená scintilačnou kamerou. Zobrazenie objektu po jednotlivých bodoch – kde hustota a farba čiarok na obrázku predstavovala číselnú hodnotu pre malú časť obrazu sa stala základom pre myšlienku digitalizácie obrazu. Až v roku 1964

prišli prvé algoritmy a počítače, ktoré umožnili digitalizáciu obrazu najprv nie pre fotografiu, ale pre potreby spracovania obrazu v nukleárnej medicíne.


29


Gamagraf PHO-DOTGamagraf PHO-DOT

30


Schéma Priamočiareho Schéma Priamočiareho skeneraskenera

Schéma Angerovej Schéma Angerovej gamakamerygamakamery

31


Priamočiary skener

Angerova kamera

32


Vývoj prvého PET skenera M.E. Phelps a kolektív

33

Úvod do nukleárnej medicínyHistória nukleárnej medicíny PET/CT hybridný skener

34

Nukleárna medicína v súčasnosti dokáže vyšetriť takmer

každý orgán ľudského tela a jej výsledky „úspešne“ využíva


• kardiológia

• pneumológia

• nádorová diagnostika

• ortopédia a traumatológia

• reumatológia-osteológia

• nefrológia a urológia

• endokrinológia

• gastroenterológia a hepatológia

• neurológia

• hematológia

35

Ďakujem za pozornosť!


nukleÁrna medicÍna prístroje na detekciu žiarenia

Documents