Transcript Úvod do nukleárnej medicíny

NUKLEÁRNA MEDICÍNA
Prístroje na detekciu žiarenia
Úvod do nukleárnej medicíny
01
Prístroje na detekciu žiarenia
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
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
Úvod do nukleárnej medicíny
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
Úvod do nukleárnej medicíny
Zobrazovacie metódy v súčasnej medicíne
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
Úvod do nukleárnej medicíny
Zobrazovacie metódy v súčasnej medicíne
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
Úvod do nukleárnej medicíny
Zobrazovacie metódy v súčasnej medicíne
Nukleárna medicína
Pre vznik diagnostického zobrazenia využíva akumuláciu rádiofarmák v
organizme a následnú emisiu fotónov ionizujúceho žiarenia z miesta
akumulácie.
SPECT
PET
06
Úvod do nukleárnej medicíny
Základný princíp zobrazovacích metód - porovnanie
07
Úvod do nukleárnej medicíny
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
Úvod do nukleárnej medicíny
• 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.
09
Úvod do nukleárnej medicíny
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
Úvod do nukleárnej medicíny
• 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 .
11
Úvod do nukleárnej medicíny
Obr.: Scintigrafia skeletu, 99mTc+MDP
12
Úvod do nukleárnej medicíny
Obr.: Scintigrafia štítnej žľazy, 131I
13
Úvod do nukleárnej medicíny
Normálny scintigrafický obraz obličiek
Hypoplázia ľavej obličky s
hyperpláziou pravej obličky
Dystopia ľavej obličky
Obr.: Scintigrafia obličiek, 99mTc+DTPA
14
Úvod do nukleárnej medicíny
Normálny scintigrafický nález pľúc
Početné defekty perfúzie pľúc
Obr.: Perfúzna scintigrafia pľúc, 99mTc+LYOMAA
15
Úvod do nukleárnej medicíny
• 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
16
Úvod do nukleárnej medicíny
• 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).
17
Úvod do nukleárnej medicíny
• 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).
18
Úvod do nukleárnej medicíny
• 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.
19
Úvod do nukleárnej medicíny
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).
20
Úvod do nukleárnej medicíny
Väčšina vyšetrení v nukleárnej medicíne vystavuje pacienta ožiareniu,
ktoré za bežných podmienok dostane za niekoľko mesiacov svojho života!
21
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
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.
22
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Za prvý dôležitý míľnik v histórii nukleárnej medicíny je považované
objavenie umelej rádioaktivity Frédericom Joliotom a Iréne Joliot Curie v roku 1934 (za pomoci neutrónov vytvorili nové rádioaktívne
izotopy, 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 predošlej
Práce Wilhelma Konrada Röntgena (objavenie lúčov X-1895), Henriho
Becquerela (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).
23
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Dôležitou prelomovou etapou v histórii nukleárnej medicíny
bolo podávanie rádioaktívneho jódu I131 (tzv. atómový koktail)
pri liečbe karcinómov štítnej žľazy v roku 1946.
Liečba spočívala vo vychytaní rádioaktívneho jódu štítnou
žľazou a následnom vyhubení/vyžiarení (bunková smrť
spôsobená ožiarením) rakovinových buniek (nekontrolovane
sa deliacich).
Okrem liečby karcinómov štítnej žľazy bol jód I131
v menších dávkach používaný na stanovenie
funkcie štítnej žľazy a jej diagnostiku a na liečbu
hypertyroidismu.
24
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
V širšom rozsahu sa nukleárna medicína začala rozvíjať ako
výhodná 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
25
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Spomedzi všetkých rádionuklidov, ktoré boli vyvinuté pre
medicínske účely vývoj žiadneho nuklidu nemá taký význam
ako Technécia 99mTc.
Technécium bolo objavené v roku 1937 C. Perrierom a E.Segreom
a bolo mu pridelené 43 miesto v periodickej tabuľke prvkov.
Prvý generátorový systém na produkciu 99mTc pre medicínske
účely 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.)
26
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
• 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.
27
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
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.
28
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Gamagraf PHO-DOT
29
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Schéma Priamočiareho
skenera
Schéma Angerovej
gamakamery
30
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Priamočiary skener
Angerova kamera
31
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Vývoj prvého PET skenera M.E. Phelps a
kolektív
32
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
PET/CT hybridný skener
33
Úvod do nukleárnej medicíny
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
34
Úvod do nukleárnej medicíny
Ďakujem za pozornosť!
35