Bugün öğrendim ki: PET taramalarının antimaddeye dayalı olarak çalıştığı. Hastaya, hastanın vücudundaki elektronlarla yok olan pozitronlar üreten radyoaktif bir madde enjekte edilir. PET tarayıcısı, üretilen gama radyasyonunu tespit eder.
Tıbbi görüntüleme tekniği
Tıbbi müdahale
Pozitron emisyon tomografisi
Pozitron emisyon tomografisi (PET) [1], radyoaktif maddeler olarak bilinen radyo izleyicileri kullanarak metabolik süreçlerdeki ve kan akışı, bölgesel kimyasal bileşim ve emilim de dahil olmak üzere diğer fizyolojik aktivitelerdeki değişiklikleri görselleştirmek ve ölçmek için kullanılan fonksiyonel bir görüntüleme tekniğidir. Vücuttaki hedef süreçlere bağlı olarak çeşitli görüntüleme amaçları için farklı izleyiciler kullanılır.
Örneğin:
Florodeoksiglukoz ([18F]FDG veya FDG) genellikle kanseri tespit etmek için kullanılır;
[18F]Sodyum florür (Na18F) kemik oluşumunun tespiti için yaygın olarak kullanılır;
Oksijen-15 (15O) bazen kan akışını ölçmek için kullanılır.
PET, nükleer tıpta kullanılan yaygın bir görüntüleme tekniğidir, tıbbi bir sintigrafi tekniğidir. Bir radyofarmasötik – bir ilaca bağlanmış bir radyoizotop – izleyici olarak vücuda enjekte edilir. Radyofarmasötik beta artı bozunmaya uğradığında, bir pozitron yayılır ve pozitron sıradan bir elektronla etkileşime girdiğinde, iki parçacık yok olur ve zıt yönlerde iki gama ışını yayılır [2]. Bu gama ışınları, üç boyutlu bir görüntü oluşturmak üzere iki gama kamerası tarafından tespit edilir.
PET tarayıcılar, bilgisayarlı tomografi tarayıcısını (BT) entegre edebilir ve PET-BT tarayıcıları olarak bilinir. PET taraması görüntüleri, aynı seansta tek bir tarayıcı kullanılarak gerçekleştirilen bir BT taraması kullanılarak yeniden yapılandırılabilir.
Bir PET tarayıcısının dezavantajlarından biri yüksek ilk maliyeti ve devam eden işletme maliyetleridir [3].
Kullanım alanları
[düzenle]
PET, klinik öncesi ve klinik ortamlarda hem tıbbi hem de araştırma aracıdır. Klinik onkoloji alanında tümörlerin görüntülenmesinde ve metastazların aranmasında ve çeşitli demans türlerine neden olan belirli yaygın beyin hastalıklarının klinik tanısında yoğun olarak kullanılır. PET, normal insan beyninin, kalp fonksiyonunun anlaşılmasını ve ilaç geliştirmeyi desteklemeyi öğrenmek için değerli bir araştırma aracıdır. PET ayrıca hayvanlar kullanılarak klinik öncesi çalışmalarda da kullanılır. Bu, aynı bireylerde zaman içinde tekrarlanan incelemeler yapmayı mümkün kılar, böylece bireyler kendi kontrolleri olarak hareket edebilir ve belirli bir çalışma için gereken hayvan sayısını önemli ölçüde azaltabilir. Bu yaklaşım, araştırma çalışmaları için gereken örneklem büyüklüğünü azaltırken sonuçlarının istatistiksel kalitesini artırır [alıntı gerekli].
Fizyolojik süreçler, vücutta anatomik değişikliklere yol açar. PET, biyokimyasal süreçlerin yanı sıra bazı proteinlerin ekspresyonunu da tespit edebildiği için, herhangi bir anatomik değişiklik görünür olmadan çok önce moleküler düzeyde bilgi sağlayabilir. PET taraması bunu, ilgili doku türüne ve fonksiyonuna bağlı olarak farklı alım hızlarına sahip radyoaktif etiketli moleküler problar kullanarak yapar. Çeşitli anatomik yapılardaki bölgesel izleyici alımı, PET taramasında enjekte edilen pozitron salan madde açısından görselleştirilebilir ve nispeten nicelendirilebilir [alıntı gerekli].
PET görüntüleme, özel bir PET tarayıcısı kullanılarak en iyi şekilde gerçekleştirilir. Ayrıca, bir uyum dedektörü ile donatılmış geleneksel çift başlı bir gama kamerası kullanarak PET görüntüleri de elde etmek mümkündür. Gama kamerası PET görüntüleme kalitesi daha düşüktür ve taramaların elde edilmesi daha uzun sürer. Bununla birlikte, bu yöntem düşük PET tarama talebi olan kuruluşlar için düşük maliyetli yerinde bir çözüm sunar. Alternatif olarak, bu hastaları başka bir merkeze yönlendirmek veya mobil bir tarayıcı tarafından ziyaret etmeyi beklemek olurdu.
Tıbbi görüntüleme yöntemlerinin alternatifleri arasında tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi (SPECT), bilgisayarlı tomografi (BT), manyetik rezonans görüntüleme (MR) ve fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ve ultrason bulunur. SPECT, vücuttaki molekülleri tespit etmek için radyoligandları kullanan PET'ye benzer bir görüntüleme tekniğidir. SPECT, PET'den daha ucuzdur ve görüntü kalitesi daha düşüktür.
Onkoloji
[düzenle]
Radyokontrast maddesi [18F]florodeoksiglukoz (FDG) ile PET taraması klinik onkolojide yaygın olarak kullanılır. FDG, glukoz kullanan hücreler tarafından alınan ve hızla büyüyen kötü huylu tümörlerde önemli ölçüde yükselmiş mitokondriyal form olan heksokinaz tarafından fosforile edilen bir glukoz analogudur [4]. Radyokaktif glukoz molekülünün metabolik olarak yakalanması, PET taramasının kullanılmasını sağlar. Görüntülenen FDG izleyicisinin konsantrasyonları, bölgesel glukoz alımıyla ilişkili olduğu için doku metabolik aktivitesini gösterir. FDG, kanser yayılma olasılığını (kanser metastazı) diğer vücut bölgelerine araştırmak için kullanılır. Kanser metastazını tespit etmek için bu FDG PET taramaları standart tıbbi bakımda en yaygın olanıdır (mevcut taramaların %90'ını temsil eder). Aynı izleyici, demans türlerinin tanısında da kullanılabilir. Daha az sıklıkla, genellikle ancak her zaman flor-18 (18F) ile etiketlenmiş diğer radyoaktif izleyiciler, vücut içindeki ilgi çekici farklı molekül türlerinin doku konsantrasyonunu görüntülemek için kullanılır [alıntı gerekli].
Onkolojik bir tarama için kullanılan tipik bir FDG dozu, etkili bir radyasyon dozuna sahiptir 7.6 mSv [5]. Hidroksil grubu, FDG üretmek için flor-18 ile değiştirildiğinde, tüm hücrelerde glukoz metabolizmasındaki sonraki adım için gerekli olduğundan, FDG'de daha fazla reaksiyon gerçekleşmez. Dahası, çoğu doku (karaciğer ve böbrekler hariç) heksokinaz tarafından eklenen fosfatı çıkartamaz. Bu, fosforile edilmiş şekerlerin iyonik yükleri nedeniyle hücreden çıkamadığından, FDG'yi aldığı herhangi bir hücrede bozunana kadar hapsolduğu anlamına gelir. Bunun sonucunda, normal beyin, karaciğer, böbrekler ve çoğu kanser gibi yüksek glukoz alımı olan dokular yoğun bir şekilde radyoaktif olarak etiketlenir; bunlar çoğu normal dokudan daha yüksek bir glukoz alımı gösterirler, çünkü Warburg etkisine sahiptirler. Sonuç olarak, FDG-PET, özellikle Hodgkin lenfoması [6], non-Hodgkin lenfoma [7] ve akciğer kanseri [8] [9] [10] gibi kanserlerin tanısında, evresinde ve tedavisinin takibinde kullanılabilir.
Hodgkin lenfoması için PET kullanımına ilişkin 2020 tarihli bir araştırma incelemesi, ara PET taramalarındaki negatif bulguların daha yüksek genel sağkalım ve ilerleme özgür sağkalım ile bağlantılı olduğunu bulmuştur; ancak mevcut kanıtların sağkalım açısından orta ve ilerleme özgür sağkalım açısından çok düşük kesinliğe sahip olduğu bulunmuştur [11].
Bazı diğer izotoplar ve radyoizleyiciler, özel amaçlarla onkolojiye yavaş yavaş sokulmaktadır. Örneğin, 11C ile etiketlenmiş metomidat (11C-metomidat), adrenal korteks kökenli tümörleri tespit etmek için kullanılmıştır [12] [13]. Ayrıca, florodopa (FDOPA) PET/BT (aynı zamanda F-18-DOPA PET/BT olarak da adlandırılır), feokromositoma bulma ve ayrıca yerelleştirme konusunda iyobenguan (MIBG) taramasından daha duyarlı bir alternatif olduğunu kanıtlamıştır [14] [15] [16].
Nörogörüntüleme
[düzenle]
Ana madde: Beyin pozitron emisyon tomografisi
Nöroloji
[düzenle]
Oksijen-15 ile PET görüntüleme, beynin kan akışını dolaylı olarak ölçer. Bu yöntemde artan radyoaktif sinyal, artan beyin aktivitesiyle korelasyon içinde olduğu varsayılan artan kan akışını gösterir. 2 dakikalık yarı ömrü nedeniyle, oksijen-15, bu tür kullanımlar için doğrudan tıbbi bir siklotron'dan taşınmalıdır, bu da zordur [17].
FDG ile PET görüntüleme, beynin normalde glukozu hızlı bir şekilde kullandığı gerçeğinden yararlanır. Beynin standart FDG PET'si, bölgesel glukoz kullanımını ölçer ve nöropatolojik tanıda kullanılabilir.
Alzheimer hastalığı (AD) gibi beyin patolojileri, beyin metabolizmasını hem glukozda hem de oksijende önemli ölçüde azaltır. Bu nedenle, beyin FDG PET'si, Alzheimer hastalığını diğer demans süreçlerinden başarılı bir şekilde ayırt etmek ve ayrıca Alzheimer hastalığının erken tanısını koymak için de kullanılabilir. Bu kullanımlar için FDG PET'nin avantajı, çok daha yaygın olarak bulunmasıdır. Alzheimer hastalığı için kullanılan bazı flor-18 bazlı radyoaktif izleyiciler arasında florbetapir, flumetamol, Pittsburgh bileşiği B (PiB) ve florbetaben bulunur; bunların hepsi beyindeki amiloid-beta plaklarının tespiti için kullanılır, bu potansiyel bir Alzheimer hastalığı biyobelirtecidir [18].
FDG ile PET görüntüleme, "sara odağı"nın yerelleştirilmesi için de kullanılabilir. Sara odakları interiktal bir tarama sırasında hipometabolik olarak görünür [19]. Dopamin D2/D3 reseptörleri için [11C]rakloprid, [18F]fallyprid ve [18F]desmetoksifallyprid; serotonin taşıyıcıları için [11C]McN5652 ve [11C]DASB; serotonin 5HT1A reseptörleri için [18F]mefway; ve nikotinik asetilkolin reseptörleri veya enzim substratları (örneğin, AADC enzimi için 6-FDOPA) gibi belirli nöroreseptör alt tipleri için PET için çeşitli radyoizleyiciler (yani radyoligandlar) geliştirilmiştir. Bu ajanlar, bir dizi nöropsikiyatrik ve nörolojik hastalık bağlamında nöroreseptör havuzlarının görselleştirilmesine olanak tanır.
PET, hipokampal skleroza, epilepsiye neden olan hastalığın tanısında da kullanılabilir. Bu amaçla FDG ve daha az yaygın olan flumazenil ve MPPF incelenmiştir [20] [21]. Eğer skleroz tek taraflıysa (sağ hipokampus veya sol hipokampus), FDG alımı sağlıklı tarafla karşılaştırılabilir. MRI ile tanı zor olsa bile, PET ile teşhis edilebilir [22] [23].
İnsan beyninde nöroagregatların invazif olmayan, in vivo PET görüntülenmesi için bir dizi yeni probun geliştirilmesi, amiloid görüntülemeyi klinik kullanımın eşiğine getirdi. En erken amiloid görüntüleme probları arasında California Üniversitesi, Los Angeles kampüsünde geliştirilen [18F]FDDNP [24] ve Pittsburgh Üniversitesi'nde geliştirilen Pittsburgh bileşiği B (PiB) [25] bulunmaktadır. Bu problar, Alzheimer hastaları beyinlerinde amiloid plaklarının görselleştirilmesine olanak tanır ve klinik hekimlerin AD'nin premortal pozitif bir klinik tanısı koymasına ve yeni anti-amiloid tedavilerin geliştirilmesine yardımcı olabilir [11C]polimetilpenten (PMP), asetilkolinerjik nörotransmiter sisteminin aktivitesini belirlemek için PET görüntülemede kullanılan yeni bir radyofarmasötiktir; asetilkolinesteraz için bir substrat görevi görür. AD hastalarının otopsi incelemeleri, asetilkolinesteraz düzeylerinde düşüş göstermiştir. [11C]PMP, beynin asetilkolinesteraz aktivitesini haritalandırmak için kullanılır, bu da AD'nin premortal teşhisine ve AD tedavilerinin izlenmesine olanak sağlayabilir [26]. Avid Radyoaktif İlaçlar, amiloid plaklarının PET taramaları kullanılarak tespit edilmesi için daha uzun ömürlü radyonükleid flor-18 kullanan bir bileşik olan florbetapir geliştirdi ve ticarileştirdi [27].
Nöropsikoloji veya bilişsel nörobilim
[düzenle]
Belirli psikolojik süreçler veya bozukluklar ile beyin aktivitesi arasındaki bağlantıları incelemek için.
Psikiyatri
[düzenle]
Biyolojik psikiyatri alanındaki ilgi çekici nöroreseptörlere seçici olarak bağlanan çok sayıda bileşik, C-11 veya F-18 ile radyoaktif olarak etiketlendi. Dopamin reseptörlerine (D1, [28], D2, [29] [30], geri alım taşıyıcısı), serotonin reseptörlerine (5HT1A, 5HT2A, geri alım taşıyıcısı), opioid reseptörlerine (mü ve kappa), kolinerjik reseptörlere (nikotinik ve muskarinik) ve diğer bölgelere bağlanan radyoligandlar, insan hastalarında yapılan çalışmalarda başarıyla kullanılmıştır. Şizofreni, madde kötüye kullanımı, duygudurum bozuklukları ve diğer psikiyatrik koşullarda bu reseptörlerin durumlarını sağlıklı kontrollerle karşılaştıran çalışmalar yapılmıştır [alıntı gerekli].
Stereotaktik cerrahi ve radyocerrahi
[düzenle]
PET, intrakranial tümörler, arteriovenöz malformasyonlar ve diğer cerrahi olarak tedavi edilebilir koşulların tedavisi için görüntü yönlendirilmiş cerrahide de kullanılabilir [31].
Kardiyoloji
[düzenle]
Ana madde: Kardiyak PET
Kardiyoloji, ateroskleroz ve vasküler hastalık çalışmaları: FDG PET, uykuda kalmış miyokardın tanımlanmasına yardımcı olabilir. Bununla birlikte, bu rol için PET'nin SPECT'ye göre maliyet etkinliği belirsizdir. İnme riski altındaki hastaları tespit etmek için aterosklerozun FDG PET görüntülenmesi de yapılabilir. Ayrıca yeni anti-ateroskleroz tedavilerinin etkinliğini test etmesine yardımcı olabilir [32].
Bulaşıcı hastalıklar
[düzenle]
Moleküler görüntüleme teknolojileriyle enfeksiyonların görüntülenmesi, tanı ve tedavi takibini iyileştirebilir. Klinik olarak, PET, enfeksiyonla ilişkili enflamasyon yanıtını belirlemek için FDG kullanılarak bakteriyel enfeksiyonların görüntülenmesinde yaygın olarak kullanılmıştır. Bakteriyel enfeksiyonları in vivo görüntülemek için üç farklı PET kontrast maddesi geliştirilmiştir: [18F]maltoz, [18F]maltohekzaoz ve [18F]2-florodeoksizorbitoloz (FDS) [34]. FDS, yalnızca Enterobacteriaceae'ye hedeflenebilme avantajına sahiptir.
Biyo-dağılım çalışmaları
[düzenle]
Klinik öncesi çalışmalarda, yeni bir ilaç radyoaktif olarak etiketlenebilir ve hayvanlara enjekte edilebilir. Bu tür taramalar biyo-dağılım çalışmaları olarak adlandırılır. İlaç alımı, tutulumu ve zaman içindeki eliminasyonu hakkındaki bilgiler, hayvanları öldürme ve diseksiyon yapma gibi eski yöntemlere kıyasla hızlı ve maliyet etkin bir şekilde elde edilebilir. Genellikle, bir ilaçla etiketlenen maddenin hedef etki bölgesindeki ilaç işgal durumu, işaretsiz ilaç ve hedef bölgeye özel bir şekilde bağlanmak için radyoaktif olarak etiketlenmiş bileşikler arasındaki rekabet çalışmalarıyla dolaylı olarak tahmin edilebilir. Tek bir radyoligand, aynı hedef için birçok potansiyel ilaç adayı test etmek için bu şekilde kullanılabilir. İlgili bir teknik, bir ilacın doğal maddenin salınmasına neden olduğunu göstermek için, belirli bir reseptörde doğal bir madde ile rekabet eden radyoligandlarla tarama yapmayı içerir [35].
Küçük hayvan görüntüleme
[düzenle]
Tam bilinçli bir sıçanın taranması için yeterince küçük bir miniatür hayvan PET inşa edilmiştir [36]. Bu RatCAP (sıçan bilinçli hayvan PET), hayvanların anestezi etkilerinin karmaşıklığını gidermeden taranmasına olanak tanır. Genellikle mikropet olarak adlandırılan kemirgenleri görüntüleme veya küçük primatları görüntüleme için özel olarak tasarlanmış PET tarayıcıları, akademik ve ilaç sektörü araştırmacıları için pazarlanmaktadır. Tarayıcılar, tek çipli silikon fotoçarpıcılar kullanan bir sistem aracılığıyla mikrominiyatür sintilatörler ve büyütülmüş çığ fotodiyotlar (APD'ler) üzerine kuruludur [1].
2018 yılında UC Davis Veteriner Tıp Fakültesi, klinik (araştırma yerine) hayvan tanısı için bir küçük klinik PET tarayıcı kullanarak ilk veteriner merkez oldu. Maliyet ve evcil hayvanlarda kanser metastazlarının tespitinin marjinal faydası (bu yöntemin temel kullanımı) nedeniyle veteriner PET taraması yakın gelecekte nadiren mevcut olacaktır [alıntı gerekli].
Kas-iskelet görüntüleme
[düzenle]
Daha fazla bilgi: Kemik görüntüleme için PET
PET görüntüleme, kasların ve kemiklerin görüntülenmesi için kullanılmıştır. FDG, kasları görüntülemede en yaygın kullanılan izleyicidir ve NaF-F18, kemikleri görüntülemede en yaygın kullanılan izleyicidir.
Kaslar
[düzenle]
PET, egzersiz sırasında iskelet kaslarının incelenmesi için uygulanabilir bir tekniktir [37]. Ayrıca, PET, yüzeysel kaslar (cildin hemen altında bulunan kaslar gibi) üzerinde kullanılabilen elektromiyografi gibi tekniklere kıyasla derin yatan kaslar (örneğin vastus intermedialis ve gluteus minimus gibi) hakkında kas aktivasyon verileri sağlayabilir. Ancak dezavantajı, PET'nin kas aktivasyonu hakkında zamanlama bilgisi sağlamamasıdır, çünkü egzersiz tamamlandıktan sonra ölçülmesi gerekir. Bunun nedeni, FDG'nin aktive edilmiş kaslarda birikmesi için gereken süredir [38].
Kemikler
[düzenle]
[18F]sodyum florür ile birlikte, PET, statik ve dinamik taramalar kullanarak bölgesel kemik metabolizmasını ve kan akışını ölçmek için 60 yıldır kemik görüntülemede kullanılmaktadır. Araştırmacılar yakın zamanda [18F]sodyum florürü kemik metastazını incelemek için de kullanmaya başladılar [39].
Güvenlik
[düzenle]
PET taraması invazif değildir, ancak iyonlaştırıcı radyasyona maruz kalmayı içerir [3]. PET nörogörüntülemesi ve kanser hastaları yönetimi için artık standart bir radyo izleyici olan FDG, etkili bir radyasyon dozuna sahiptir 14 mSv [5].
FDG'deki radyasyon miktarı, Amerikan Denver, Colorado şehri'nde bir yıl geçirmeyle karşılaştırılabilir (12.4 mSv/yıl) [41]. Karşılaştırma için diğer tıbbi prosedürler için radyasyon dozları, bir göğüs röntgeni için 0.02 mSv ve göğsün BT taraması için 6.5-8 mSv'dir [42] [43]. Ortalama sivil uçak mürettebatı yılda 3 mSv'ye maruz kalmaktadır [44] ve ABD'deki nükleer enerji işçileri için tüm vücut mesleki doz sınırı yılda 50 mSv'dir [45]. Ölçek için, büyüklük sıraları (radyasyon) bölümüne bakın.
PET-BT taramasında radyasyon maruziyeti önemli olabilir – yaklaşık 23-26 mSv (70 kg'lık bir kişi için – doz muhtemelen daha yüksek vücut ağırlıkları için daha yüksek olacaktır) [46] [47].
İşletme
[düzenle]
Radyoizotoplar ve radyoizleyiciler
[düzenle]
Ana madde: PET radyoizleyicileri listesi
PET taramalarında kullanılan izotoplar İzotop 11C 13N 15O 18F 68Ga 64Cu 52Mn 55Co 89Zr 82Rb Yarı ömür 20 dakika 10 dakika 2 dakika 110 dakika 67.81 dakika 12.7 saat 5.6 gün 17.5 saat 78.4 saat [48] 1.3 dakika
Radyoizotoplar, vücut tarafından normalde kullanılan glukoz (veya glukoz analogları), su veya amonyak gibi bileşiklere veya reseptörlere veya ilaç etkisi bölgelerine bağlanan moleküllere dahil edilir. Bu etiketli bileşiklere radyo izleyiciler denir. PET teknolojisi, canlı insanlarda (ve aynı zamanda birçok farklı türd) herhangi bir bileşiğin biyolojik yolunu izlemek için kullanılabilir, eğer PET izotopuyla radyoaktif olarak etiketlenebilirse. Bu nedenle PET ile incelenebilecek özel süreçler neredeyse sınırsızdır ve yeni hedef moleküller ve süreçler için radyo izleyiciler sürekli olarak sentezlenmektedir. Bu yazı yazıldığı sırada zaten düzinelerce klinik kullanımda bulunmaktadır ve yüzlercesi araştırmada uygulanmaktadır. 2020 itibariyle klinik PET taramasında en yaygın kullanılan radyo izleyici karbonhidrat türevi FDG'dir. Bu radyo izleyici, esasen tüm onkoloji taramalarında ve nöroloji taramalarının çoğunda kullanılır, bu nedenle PET ve PET-BT taramasında kullanılan radyo izleyicilerin büyük çoğunluğunu oluşturur (> %95).
Çoğu pozitron yayan radyoizotopun kısa yarı ömürleri nedeniyle, radyo izleyiciler geleneksel olarak PET görüntüleme tesislerinin yakınında bir siklotron kullanılarak üretilmiştir. Flor-18'in yarı ömrü, flor-18 ile etiketlenen radyo izleyicilerin uzak konumlardaki görüntüleme merkezlerine üretilebilmesi ve gönderilebilmesi için yeterince uzundur. Yakın zamanda rubidyum-82 jeneratörleri ticari olarak kullanılabilir hale geldi [49]. Bunlar, pozitron yayan rubidyum-82 üretmek için elektron yakalama yoluyla bozunan stronsiyum-82 içerir.
PET taramalarında yukarıda listelenmeyen, lantanidler gibi metallerin pozitron yayan izotoplarının kullanımı gözden geçirilmiştir [50].
İmmüno-PET
[düzenle]
İzotop 89Zr, PET kameralarıyla (immüno-PET adı verilen bir yöntem) moleküler antikorların izlenmesi ve niceliğinin ölçülmesi için uygulanmıştır [51] [52] [53].
Antikörlerin biyolojik yarı ömrü genellikle günler mertebesindedir, örneğin daklizumab ve erenumab'a bakın. Bu tür antikorların vücuttaki dağılımını görselleştirmek ve nicelleştirmek için PET izotopu 89Zr, fiziksel yarı ömrü antikorların tipik biyolojik yarı ömrüne denk geldiği için uygundur, yukarıdaki tabloya bakın.
Emisyon
[düzenle]
Taramayı gerçekleştirmek için, kısa ömürlü bir radyoaktif izleyici izotop, canlı konuya (genellikle kan dolaşımına) enjekte edilir. Her bir izleyici atomu kimyasal olarak biyolojik olarak aktif bir moleküle dahil edilmiştir. Aktif molekülün ilgi çekici dokularda yoğunlaşması için bekleme süresi vardır. Ardından, konu görüntüleme tarayıcısına yerleştirilir. Bu amaçla en yaygın olarak kullanılan molekül, genellikle bir saatlik bir bekleme süresine sahip bir şeker olan FDG'dir. Tarama sırasında, izleyici bozunduğu için doku konsantrasyonunun kaydı yapılır.
Radyoizotop pozitron emisyon bozunması (pozitif beta bozunması olarak da bilinir) geçirdiğinde, ters yükü olan elektronun antiparçacığı olan bir pozitron yayar. Yayılan pozitron, doku içinde kısa bir mesafe (tipik olarak 1 mm'den az, ancak izotopa bağlıdır) yol alır, bu sırada kinetik enerjisini kaybeder, yavaşlayana kadar etkileşime girebilir ve bir elektronla karşılaşır [55]. Karşılaşma hem elektronu hem de pozitronu yok eder ve yaklaşık ters yönlerde hareket eden bir çift yok olma (gama) fotonu üretir. Bunlar, tarama cihazındaki sintilatöre ulaştıklarında, fotoçoğaltıcı tüpler veya silikon çığ fotodiyotlar (Si APD) tarafından algılanan bir ışık patlaması oluşturarak tespit edilir. Teknik, yaklaşık olarak ters yönlerde hareket eden foton çiftinin eş zamanlı veya denk tespiti üzerine dayanır (kütle merkezlerinin çerçevesinde tam olarak zıt olurlardı, ancak tarayıcı bunu bilmenin bir yolu yoktur ve bu nedenle dahili bir hafif yön hatası toleransı vardır). Zaman içinde "çift" olmayan fotonlar (yani, birkaç nanosaniyelik bir zaman penceresi içinde) göz ardı edilir.
Pozitron yok olma olayının yerelleştirilmesi
[düzenle]
Elektron-pozitron yok oluşlarının en önemli kısmı, neredeyse birbirine 180 derece olan iki 511 keV gama fotonunun yayılmasına neden olur. Bu nedenle, kaynaklarını denklik çizgisi boyunca (yani tepkime çizgisi veya LOR) yerelleştirmek mümkündür. Uygulamada, yayılan fotonlar tam olarak 180 derece ayrı olmadığı için LOR sıfır genişliğe sahip değildir. Dedektörlerin çözünürlük süresi yaklaşık 10 nanosaniye yerine 500 pikosaniyeden daha azsa, olayın, uzunluğu dedektör zaman çözünürlüğü ile belirlenen bir akor parçasına yerleştirilmesi mümkündür. Zaman çözünürlüğü arttıkça, aynı görüntü kalitesine ulaşmak için daha az olay gerekli olduğundan, görüntünün sinyal-gürültü oranı (SNR) artacaktır. Bu teknoloji henüz yaygın değil, ancak bazı yeni sistemlerde mevcuttur [56].
Görüntü yeniden yapılandırma
[düzenle]
Bir PET tarayıcısı tarafından toplanan ham veriler, bir çift dedektör tarafından yok olma fotonlarının eş zamanlı algılanmasını (genellikle birbirlerinden 6 ila 12 nanosaniyelik bir pencere içinde) temsil eden 'denk olaylar' listesidir. Her bir denk olay, pozitron emisyonunun gerçekleştiği iki dedektörü birbirine bağlayan uzayda bir çizgiyi (yani tepkime çizgisi (LOR)) temsil eder.
Bilgisayarlı tomografi (BT) ve tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi (SPECT) verilerinin yeniden yapılandırılmasına çok benzer analitik teknikler yaygın olarak kullanılır, ancak PET'de toplanan veri kümesi BT'den çok daha kötü olduğundan yeniden yapılandırma teknikleri daha zordur. Denk olaylar, sinogramlar adı verilen projeksiyon görüntülerine gruplandırılabilir. Sinogramlar, her görüş açısına göre ve 3B görüntüler için eğime göre sıralanır. Sinogram görüntüleri, BT tarayıcıları tarafından yakalanan projeksiyonlara benzer ve benzer şekilde yeniden yapılandırılabilir. Bu şekilde elde edilen verilerin istatistikleri, geçirimlilik tomografisi yoluyla elde edilenlerden çok daha kötüdür. Normal bir PET veri kümesi, tüm edinim için milyonlarca sayım içerirken, BT birkaç milyar sayıma ulaşabilir. Bu, PET görüntülerinin BT görüntülerinden daha "gürültülü" görünmesine neden olur. PET'deki iki önemli gürültü kaynağı, saçılma (en azından birinin görüş alanındaki madde ile etkileşiminden saptırılmış olan algılanan foton çiftinin, yanlış bir LOR'a atanmasına yol açması) ve rastgele olaylar (farklı iki yok olma olayından kaynaklanan fotonlar ancak denk zaman penceresi içinde gelenleri denk çift olarak yanlış kaydedilmesi)dır.
Uygulamada, verilerin önemli ölçüde işlenmesi gerekir - rastgele denk olaylar için düzeltme, saçılan fotonların tahmini ve çıkarılması, dedektör ölü zaman düzeltmesi (bir fotonun algılanmasından sonra dedektörün tekrar "soğuması" gerekir) ve dedektör hassasiyeti düzeltmesi (hem öz dedektör hassasiyeti hem de geliş açısı nedeniyle hassasiyetteki değişiklikler için).
Filtrelenmiş geri projeksiyon (FBP), projeksiyonlardan görüntüleri yeniden yapılandırmak için sıkça kullanılmıştır. Bu algoritma, düşük bilgisayar kaynak gereksinimleri olan basitliği ile öne çıkar. Dezavantajları, ham verilerdeki atış gürültüsünün yeniden oluşturulmuş görüntülerde belirgin olması ve yüksek izleyici alım alanlarının görüntü boyunca çizgiler oluşturmasıdır. Ayrıca, FBP verileri deterministik olarak işler - PET verileriyle ilişkili öz rastgeleliği hesaba katmaz, bu nedenle yukarıda açıklanan tüm ön yeniden yapılandırma düzeltmelerini gerektirir.
İstatistiksel, olasılık tabanlı yaklaşımlar: Shepp-Vardi algoritması [59] gibi istatistiksel, olasılık tabanlı [57] [58] yinelemeli beklenti-maksimizasyon algoritmaları, ölçülen verilere yol açan yok olma olaylarının olası dağılımının bir tahminini hesaplar, istatistiksel ilkeler temelinde. Avantajı, FBP'de yaygın olan çizgi önyargılarının daha iyi bir gürültü profili ve direncidir, ancak dezavantajı daha fazla bilgisayar kaynak gereksinimidir. İstatistiksel görüntü yeniden yapılandırma tekniklerinin bir diğer avantajı da, analitik bir yeniden yapılandırma algoritması kullanılırken önceden düzeltilmesi gereken fiziksel etkilerin (saçılmış fotonlar, rastgele denk olaylar, zayıflama ve dedektör ölü zamanı gibi) olasılık modelinde entegre edilebilmesidir. kullanılarak ek gürültü azaltılması sağlanır. Yinelemeli yeniden yapılandırmanın, yeniden yapılandırılmış görüntülerin çözünürlüğünde iyileştirmelere yol açtığı da gösterilmiştir, çünkü analitik yeniden yapılandırma yöntemlerinde kullanılanlardan daha sofistike tarayıcı fizik modelleri olasılık modeline dahil edilebilir, bu da radyoaktivite dağılımının nicelenmesinde iyileştirmeler sağlayabilir [60].
Araştırmalar, Ulf Grenander'in Eleğe dayalı tahmincisi [61] [62] veya Bayes cezası yöntemleri [63] [64] veya I.J. Good'un pürüzlülük yöntemi [65] [66] gibi bir Poisson olasılık fonksiyonu ve uygun bir önceki olasılık (örneğin, toplam varyasyon düzenlemesine yol açan bir yumuşatma önceki veya bir Laplacian dağılımına yol açan ℓ 1 {\displaystyle \ell _{1}} -tabanlı düzenleme, dalga veya diğer alanlarda) içeren Bayes yöntemlerinin, böyle bir önceki olasılığa sahip olmayan ancak bir Poisson olasılık fonksiyonu içeren beklenti-maksimizasyon tabanlı yöntemlerden daha üstün performans sergileyeceğini göstermiştir [67] [68] [69].
Zayıflama düzeltmesi: Nicel PET Görüntülemesi zayıflama düzeltmesi gerektirir [70]. Bu sistemlerde zayıflama düzeltmesi, 68Ge dönen çubuk kaynak kullanılarak bir geçirimlilik taraması üzerine kuruludur [71].
Geçirimlilik taramaları, vücudun içindeki radyo izleyici tarafından yayılan fotonların, dedektör ve foton yayımı arasında kalan doku tarafından absorbe edilmesi nedeniyle zayıflama değerlerini doğrudan 511 keV'de ölçer. Farklı LOR'lar farklı kalınlıktaki dokular üzerinden geçmek zorunda olduğundan, fotonlar farklı şekilde zayıflatılır. Sonuç, vücuttaki yapıların yanlış düşük izleyici alımı göstermesi şeklindedir. Güncel tarayıcılar, daha önce gama ışını (pozitron yayan) kaynağı ve PET dedektörleri kullanılarak kaba bir BT şeklini sunan önceki ekipman yerine, entegre x-ışını BT ekipmanını kullanarak zayıflamayı tahmin edebilir.
Zayıflama ile düzeltilmiş görüntüler genellikle daha doğru temsiller olsa da, düzeltme işlemi kendi içinde önemli önyargılara karşı hassastır. Sonuç olarak, her zaman hem düzeltilmiş hem de düzeltilmemiş görüntüler yeniden oluşturulur ve birlikte okunur.
2B/3B yeniden yapılandırma: Erken PET tarayıcılarında yalnızca bir dedektör halkası vardı, bu nedenle verilerin edinimi ve sonraki yeniden yapılandırma yalnızca tek bir enine düzleme sınırlandı. Daha modern tarayıcılar artık esasen dedektörlerin bir silindirini oluşturan çoklu halkalar içerir.
Bu tür bir tarayıcıdan verileri yeniden yapılandırmanın iki yaklaşımı vardır:
Her bir halkanın ayrı bir varlık olarak kabul edilmesi, böylece yalnızca bir halka içindeki denk olayların algılanması, her bir halkanın görüntüsünün ayrı ayrı yeniden yapılandırılabilir (2B yeniden yapılandırma), veya
Halkalar arasında ve halkalar içinde de denk olayların algılanmasına izin verin, daha sonra tüm hacmi birlikte yeniden yapılandırın (3B).
3B teknikleri, daha fazla denk olayın algılanması ve kullanılması nedeniyle daha iyi hassasiyete (çünkü daha fazla denk olayın algılanması ve kullanılması nedeniyle) sahiptir ve dolayısıyla daha az gürültüye sahiptir, ancak saçılma ve rastgele denk olayların etkilerine daha duyarlıdır ve daha fazla bilgisayar kaynağı gerektirir. Alt nanosaniye zaman çözünürlüğüne sahip dedektörlerin ortaya çıkışı, daha iyi rastgele denk olay reddi sağlar ve bu da 3B görüntü yeniden yapılandırmasını destekler.
Uçuş zamanı (TOF) PET: Daha modern sistemler daha yüksek bir zaman çözünürlüğüne (yaklaşık 3 nanosaniye) sahip olduğunda, genel performansı iyileştirmek için "uçuş zamanı" adı verilen bir teknik kullanılır. Uçuş zamanı PET, iki fotonun tespiti arasındaki zaman farkını daha kesin bir şekilde belirleyebilen çok hızlı