🗊Презентация Позитронно-эмиссионная томография

Позитронно-эмиссионная томография (сокращенно ПЭТ)

История метода В 1931 году Ворбург обнаружил, что злокачественные опухоли отличаются повышенным уровнем потребления глюкозы. В 1977 году Соколов предложил измерять локальный уровень метаболического потребления глюкозы в мозгу крыс с помощью дезоксиглюкозы меченой радиоактивным изотопом углерода. Фелпс в 1979 году предложил измерять тот же параметр у людей с помощью дезоксиглюкозы меченой радиоактивным изотопом фтора 18F (фтородезоксиглюкозы). Фтородезоксиглюкоза (ФДГ) является аналогом глюкозы на нескольких этапах ее метаболизма, но, в отличие от глюкозы, метаболизм ФДГ прекращается преждевременно и ее продукт накапливается в тканях. Радиоактивный 18F (T = 109 мин) распадается, испуская позитрон, b+. Эти работы и заложили основы позитронной эмиссионной томографии.

(

ПЭТ - высокоэффективный способ слежения за чрезвычайно малыми концентрациями ультракороткоживущих радионуклидов (УКЖР), которыми помечены физиологически значимые соединения, чей метаболизм исследуется. 1. В основе функционирования тканей лежат химические процессы. 2. Заболевания являются результатами нарушений в химических системах организма, которые вызываются вирусами, бактериями, генетическими нарушениями, лекарственными препаратами, факторами окружающей среды, старением и поведением. 3. Наиболее избирательной, специфичной и подходящей является терапия, выбранная на основании данных исследования нарушений химических процессов, лежащих в основе заболеваний. 4. Детекция химических нарушений обеспечивает наиболее раннюю диагностику заболеваний, даже на досимптомных стадиях, еще до того, как израсходованы химические резервы или истощены компенсаторные механизмы головного мозга. 5. Оценка возможности восстановления химической функции позволяет объективно определять эффективность терапевтических вмешательств для каждого конкретного пациента. 6. Лучшим способом диагностики «нормальности» ткани является определение ее биохимических функций.

ПЭТ предоставляет возможность визуализировать ход биологических процессов "in vivo". Визуализация реализуется путем интеграции двух методик: анализа кинетики метки и компьютерной томографии. Анализ кинетики метки включает в себя применение меченых радиоактивными изотопами биологически активных веществ (что и является меткой) и математических моделей, описывающих кинетику метки, при ее вовлечении в биологический процесс. Измерение концентрации метки в ткани, необходимое для математической модели производится ПЭТ сканером. Результатом является трехмерное изображение анатомического распределения исследуемого биологического процесса. ПЭТ предоставляет возможность визуализировать ход биологических процессов "in vivo". Визуализация реализуется путем интеграции двух методик: анализа кинетики метки и компьютерной томографии. Анализ кинетики метки включает в себя применение меченых радиоактивными изотопами биологически активных веществ (что и является меткой) и математических моделей, описывающих кинетику метки, при ее вовлечении в биологический процесс. Измерение концентрации метки в ткани, необходимое для математической модели производится ПЭТ сканером. Результатом является трехмерное изображение анатомического распределения исследуемого биологического процесса. Меченые радиоизотопами метки и метод анализа кинетики метки используются для количественной оценки таких процессов как кровоток, мембранный транспорт, метаболизм, синтез, лиганд-рецепторные взаимодействия, для регистрации моментов клеточного деления, маркерного анализа с использованием метода рекомбинантной ДНК, радиоиммунного анализа, исследования взаимодействия препаратов с химическими системами организма. Методика использования меток продолжает оставаться одной из самых чувствительных и широко используемых для анализа состояния биологических систем. Позитронно-эмиссионная томография позволяет проводить исследование на живых организмах, в частности на человеке. Перенос методов меченых радиоизотопами веществ к использованию на человеке при помощи ПЭТ стал возможным благодаря уникальному классу радиоизотопов, используемых в позитронно-эмиссионной томографии для мечения веществ: 11C, 13N, 15О и 18F. Эти изотопы являются единственными формами естественных элементов (18F используется как замена водорода), которые излучают радиацию, способную проходить сквозь тело и быть зарегистрованной за его пределами. Естественные вещества, аналоги веществ и препараты могут быть помечены этими радиоизотопами, при этом их химические или биологические свойства не изменяться. Позитронные излучатели, используемые в ПЭТ – радионуклиды – ультракороткоживущие и синтез на их основе меченых веществ - Радиофармпрепаратов (РФП), представляет собой сложную задачу.

Радионуклид Период полураспада Способ распада Средняя энергия (мин) (%) позитронов (МэВ)

Регистрация гамма-квантов вдоль линий совпадения

Детекторы кольцеобразно располагаются вокруг исследуемого объекта. Томограф может быть оборудован пятнадцатью и более такими кольцами для одновременной томографии нескольких поперечных срезов. Детекторы кольцеобразно располагаются вокруг исследуемого объекта. Томограф может быть оборудован пятнадцатью и более такими кольцами для одновременной томографии нескольких поперечных срезов.

Компьютер решает обратную задачу – переход от пространственного распределения интенсивности (скорости счета детекторов) гамма-поля к пространственному распределению источников излучения – молекул меченого радионуклидом зонда (сначала – в плоскости сканирования, а затем – во всем пространстве (по данным всех пятнадцати колец). При наличии центров повышенной абсорбции зонда (очагов поражения) осуществляется локализация таких центров (находятся все три пространственные координаты очагов), рассчитываются его размеры и форма и находится концентрация зонда в очаге (в динамических вариантах выдается зависимость количества зонда в очаге от времени). При наличии нескольких близкорасположенных очагов, заслоняющих друг друга, предпринимаются специальные меры по улучшения пространственного разрешения методики.

Производство радиоизотопов Циклотрон Циклотрон состоит из двух полых полукруглых металлических электродов (называемых дуантами), которые расположены между полюсами большого электромагнита. Дуанты разделены между собой узким зазором. Вблизи от центра дуантов располагается источник ионов (как правило электрическая дуга в газе). В момент работы, частицы, например ионы водорода, импульсно генерируются источником ионов.

Поток отрицательных ионов направляется по направлению к первой карусели, расположенной между ускорителями и камерой мишени А. Карусели состоят из тонких угольных пластин, которые отделяют оба электрона от иона Н-. Когда отрицательные ионы теряют два электрона, они  становятся ионами Н+ или протонами. Путем перемещения экстрактора, управление которым реализуется при помощи компьютера, пучок протонов может быть разделен и направлен к двум различным мишеням. Разделяющая пластина располагается частично на пути пучка, таким образом, часть пучка экстрагируется. Оставшиеся частицы продолжают циркулярно двигаться, завершая дополнительный оборот. Поток отрицательных ионов направляется по направлению к первой карусели, расположенной между ускорителями и камерой мишени А. Карусели состоят из тонких угольных пластин, которые отделяют оба электрона от иона Н-. Когда отрицательные ионы теряют два электрона, они  становятся ионами Н+ или протонами. Путем перемещения экстрактора, управление которым реализуется при помощи компьютера, пучок протонов может быть разделен и направлен к двум различным мишеням. Разделяющая пластина располагается частично на пути пучка, таким образом, часть пучка экстрагируется. Оставшиеся частицы продолжают циркулярно двигаться, завершая дополнительный оборот.

Аппаратура для компьютерной томографии Многослойный компьютерный томограф нового поколения Mx8000 - одна из наиболее совершенных в мире визуализирующих систем. Mx8000 (модель Quad) дает возможность сканировать до восьми слоев в секунду и получать изображения с ультравысоким разрешением. Благодаря новейшим технологиям Mx8000 позволяет рутинно проводить уникальные исследования: компьютерной томографии (КТ) сердца, функциональную КТ, низкодозовый скрининг, КТ ангиографию, субмиллиметровое изотропное сканирование (0,5 мм) и виртуальную эндоскопию. Mx8000 также предлагается в модификации Dual - двухслойный КТ сканнер, который может быть усовершенствован до четырехслойного Quad, т.к. базируется на той же платформе.

Аппаратура для компьютерной томографии AXIS - универсальная двухдетекторная гамма-камера с изменяемой геометрией, позволяющая выполнять все типы радионуклидных исследований: сканирование всего тела, планарную и ОФЭКТ визуализацию, а также ПЭТ. AXIS является единственной в мире двухдетекторной гамма-камерой, которую можно усовершенствовать до трехдетекторной.