Позитронно-эмиссионная томография (пэт/ кт) в цао

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

Оглавление

Введение

1.    Устройство и принцип
действия однофотонного эмиссионного компьютерного томографа

2.    Создание планарных
однофотонных эмиссионных изображений

2.1 Исследования щитовидной железы

2.2 Исследования вентиляции и перфузии

2.3 Исследование скелета

3.    Гамма — камера Ангера
(Камера Ангера)

4.    Томография

4.1         Создание томографических
изображений

4.2         Трансмиссионная томография
(ТТ)

4.3         Эмиссионная томография
(ЭТ)

5.    Системы однофотонной
эмиссионной компьютерной томографии

5.1 Конфигурации системы

5.2 Движения гентри

5.3 Трансмиссионная томография

5.4 ОФЭКТ/КТ

Заключение

Список литературы

Введение

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) — это
диагностический метод создания изображений, когда томограммы распределения
радионуклидов получают с помощью гамма — фотонов, детектируемых во множестве
сайтов распределения метки. В ОФЭКТ, применяемой в ядерно-медицинских
клинических исследованиях, для детекции фотонов и получения данных используются
системы по созданию изображений, состоящие из одной или нескольких вращающихся
гамма-камер. В процессе реконструкции изображений томографические данные
вычисляют с помощью программного обеспечения, инвертирующего математическую
модель процесса получения данных и сканирования.

1.       Устройство
и принцип действия однофотонного эмиссионного компьютерного томографа

Однофотонный эмиссионный компьютерный томограф состоит из следующих
основных составных частей (рис. 1).

. Одна или несколько (2-3) детектирующих головок (синоним — блок
детектирования). В состав детектирующей головки входят: коллиматор,
сцинтилляционный детектор NaI(Tl) толщиной чаще всего 3/8″ (9,3
см), световод, блок фотоэлектронных умножителей, схема формирования
координатных и энергетического сигналов. Детектирующая головка имеет свинцовую
защиту, предохраняющую от попадания на детектор гамма- квантов, кроме отверстий
коллиматора. В современных томографах оцифровка сигналов происходит на уровне
предусилителей фотоэлектронных умножителей, и вся последующая обработка
информации осуществляется в цифровом виде (полностью цифровые однофотонные
эмиссионные компьютерные томографы). В таких томографах количество
аналогово-цифровых преобразователей равно количеству фотоэлектронных
умножителей.

. Программно-управляемое штативноповоротное устройство.

. Система сбора, обработки и визуализации информации.

Принцип однофотонной эмиссионной компьютерной томографии заключается в
получении серии сцинтиграмм при программно-управляемом вращении одного или
нескольких детекторов томографа вокруг продольной оси тела пациента, которому
введен необходимый для исследования РФП. Проекции изображения, полученные за
полный оборот детекторной системы, обрабатываются компьютером, и по специальным
алгоритмам производится реконструкция аксиальных, коронарных, сагиттальных и
косых срезов.

Рис. 1. Схема однофотонного эмиссионного компьютерного томографа:

— детектирующая головка (блок детектирования); 2 — штативно-поворотное
устройство; 3 — интерфейс ввода данных; 4 — система сбора, обработки и
визуализации информации; a —
направление движения детектора при проведении ОФЭКТ; b — направление движения детектора при сканировании всего тела.

2.       Создание
планарных однофотонных эмиссионных изображений

Есть две общеизвестные формы однофотонных эмиссионных изображений:
планарная и томографическая. На планарном изображении видно только одну
проекцию распределения радиомаркера в теле пациента; томографическое
изображение — это посрезовое или объемное изображение распределения
радиомаркера, вычисленное из множества изображений, созданных при разных
положениях камеры. Оба метода создания изображений обычно применяются в ядерной
медицине, и в обоих для получения данных используется гамма-камера. Планарная
однофотонная томография требует наличия гамма-камеры и средств отображения
полученных снимков; создание томографических изображений требует наличия
камеры, метода отображения, гентри для вращения камер вокруг пациента и средств
для проведения реконструкции изображений.

Стандартные случаи применения гамма — камер и примеры планарных
изображений включают три наиболее доводимые планарные томографические
исследования: исследование щитовидной железы, исследование вентиляции и
перфузии (V/Р) и исследование скелета.

5.1 Конфигурации системы

ОФЭКТ-системы отличаются по количеству гамма-камер (Jaszczak, Chang, Stein
и др., 1979; Lim и др., 1980, 1985; Chang и др., 1992; Rowe и др., 1993; Milster и др., 1990). Система с одной
камерой и системы с несколькими головками камер показаны на рис. 7.19. В
принципе, с ростом числа камер увеличивается чувствительность системы,
поскольку гамма-фотоны, не распространяющиеся перпендикулярно к поверхности любой
данной головки камеры попросту не учитываются. Когда данные собираются
несколькими головками камер одновременно, число учитываемых гамма-фотонов
растет.

К моменту написания этой книги почти все коммерчески доступные
ОФЭКТ-системы имеют две камеры, системы с одной или тремя камерами являются
исключениями. В прошлом существовали коммерческие системы с четырьмя или шестью
головками, но дополнительная цена за дополнительные головки камеры в
клинических установках, как правило, не оправдывается.

Что показывает?

С помощью ПЭТ КТ можно диагностировать следующие заболевания брюшной полости:

• рак желудка;
• лимфома желудка;
• колоректальный рак;
• аденокарцинома и плоскоклеточный рак поджелудочной железы;
• гепатоцеллюлярная карцинома;
• гепатобластома;
• холангиокарцинома;
• ангиосаркома;
• нейроэндокринный рак кишечника;
• отдаленные метастазы из любой локализации в органы пищеварительного тракта и брюшной полости.

Особенности диагностики рака желудка

Особую ценность ПЭТ КТ имеет для диагностики злокачественных новообразований желудка. Обычная компьютерная томография позволяет обнаружить только опухоли средних и больших размеров.

Ее ценность в диагностике метастазов в лимфатические узлы (даже с использованием контраста) сильно ограничена. В такой ситуации для подтверждения диагноза рака желудка или оценки эффективности проведенного лечения делают именно ПЭТ.

При ФГДС опухоли желудка с инфильтративным типом роста (внутрь стенки) также не всегда удается обнаружить. Поэтому ПЭТ используется для постановки предварительного диагноза онкологического процесса. Окончательный ставят только на основании цитологического исследования ткани опухоли.

4.1 Создание томографических изображений

Томография в ОФЭКТ — это процесс создания двумерных (2D) изображений срезов или трехмерных (3D) объемных изображений из 20-планарных изображений (проекций), полученных одной или более гамма-камерой. Томографические изображения отличаются от планарных тем, что каждый пиксель (элемент изображения) или воксель (элемент объема) в томографическом изображении представляет собой параметр, измеряемый только в одной точке пространства, в то время как пиксель на плоском изображении представляет собой результат интегрирования параметра по всем точкам вдоль определенной линии, проходящей через объект. В ОФЭКТ существует два типа изображений: эмиссионные изображения (которые показывают распределение радиомаркера внутри тела) и трансмиссионные изображения (которые показывают распределение коэффициента затухания в организме). Хотя трансмиссионная томография — основное назначение Х-лучевой компьютерной томографии (КТ), она является вспомогательной ступенью ОФЭКТ. В ОФЭКТ трансмиссионная томография может использоваться для более точной реконструкции эмиссионных томограмм. Это возможно путем предоставления информации, необходимой для построения более точных моделей процесса получения эмиссионных данных и для более точного программного обеспечения, производящего инверсию.

Рентген груди — это пример создания планарных трансмиссионных изображений. Компьютерная томография брюшной полости является примером трансмиссионной томографии (ТТ). Исследование костей с помощью ОФЭКТ — это пример эмиссионной томографии (ЭТ). Планарные трансмиссионные эмиссионные изображения представляют собой проекции сканируемого объекта. Серый цвет в каждой точке передает сумму информации от всех точек вдоль определенной траектории через внутренности объекта. Цель реконструкции изображений состоит в том, чтобы разобраться в этой смешанной информации для определения свойств объекта в каждой отдельной точке внутри тела.

В эмиссионной томографии (ЭТ) изображение представляет собой распределение радиомаркера внутри пациента. В ТТ изображение содержит коэффициенты затухания для тканей пациента. Основным преимуществом ОФЭКТ является создание ЭТ — изображений — изображений радиомаркера внутри тела; получение ТТ — изображений осуществляется для оценки влияния затухания гамма — лучей внутри пациента и корректировки ЭТ — изображений. ЭТ — изображения без корректировки затухания не являются количественными и подходят только для качественной оценки распределений радиомаркера. Создание трансмиссионных изображений осуществляется с использованием источников фотонов известной силы (рентгеновское излучение или излучение от закрытого источника) в известных положениях за пределами тела пациента. Создание эмиссионных изображений осуществляется с помощью источников фотонов неизвестной силы (радиоизотопов) в неизвестных положениях внутри организма пациента.

Радиофармпрепараты

Потенциал ПЭТ в значительной степени определяется арсеналом доступных меченых соединений — радиофармпрепаратов (РФП). Именно выбор подходящего РФП позволяет изучать с помощью ПЭТ такие разные процессы, как метаболизм, транспорт веществ, лиганд-рецепторные взаимодействия, экспрессию генов и т. д. Использование РФП, относящихся к различным классам биологически активных соединений, делает ПЭТ достаточно универсальным инструментом современной медицины. Поэтому разработка новых РФП и эффективных методов синтеза уже зарекомендовавших себя препаратов в настоящее время становится ключевым этапом в развитии метода ПЭТ.

• углерод-11 (T_½= 20,4 мин.);
• азот-13 (T_½ = 9,96 мин.);
• кислород-15 (T_½ = 2,03 мин.);
• фтор-18 (T_½ = 109,8 мин.).

Фтор-18 обладает оптимальными характеристиками для использования в ПЭТ: наибольшим периодом полураспада и наименьшей энергией излучения. С одной стороны, относительно небольшой период полураспада фтора-18 позволяет получать ПЭТ-изображения высокой контрастности при низкой дозовой нагрузке на пациентов. Низкая энергия позитронного излучения обеспечивает высокое пространственное разрешение ПЭТ-изображений. С другой стороны, период полураспада фтора-18 достаточно велик, чтобы обеспечить возможность транспортировки РФП на основе фтора-18 из централизованного места производства в клиники и институты, имеющие ПЭТ-сканеры (т. н. концепция сателлитов), а также расширить временны́е границы ПЭТ-исследований и синтеза РФП.

ПЭТ-сканирование с использованием фтордезоксиглюкозы (ФДГ-ПЭТ) широко используется в клинической онкологии. Этот трассер представляет собой аналог глюкозы, который поглощается клетками, использующими глюкозу, и фосфорилируется гексокиназой (чья митохондриальная форма значительно повышается при быстрорастущих злокачественных опухолях). Обычная доза ФДГ, используемая при онкологическом сканировании, создаёт эффективную дозу облучения 14 мЗв при однократном применении. Поскольку для следующего этапа метаболизма глюкозы во всех клетках необходим атом кислорода, который заменён фтором-18 для синтеза ФДГ, дальнейших реакций с ФДГ не происходит. Кроме того, большинство тканей (за исключением печени и почек) не могут удалить фосфат, добавленный гексокиназой. Это означает, что ФДГ задерживается в любой клетке, которая его поглощает, пока она не распадается, поскольку фосфорилированные сахара из-за их ионного заряда не могут выйти из клетки. Это приводит к интенсивному радиоактивному мечению тканей с высоким поглощением глюкозы, таких как мозг, печень и большинство видов рака. В результате, ФДГ-ПЭТ можно использовать для диагностики, постановки и мониторинга лечения злокачественных опухолей, особенно при лимфоме Ходжкина, неходжкинской лимфоме и раке лёгкого.

Находки

• Метод предназначен для поиска — метаболически активных тканей, опухолей.
• Чаще всего он применяется для идентификации опухолевых поражений различных органов и контроля лечения.

Основные цели его использования:

• поиск;
• стадирование;
• контроль онкопатологии.

Метод также подходит:

• для оценки перфузии миокарда;
• определения его жизнеспособности с целью поиска кандидатов на реваскуляризацию;
• оценки эффективности вмешательства.

Используются препараты, меченые таллием-201 и технецием-99m.

Другая область применения — исследование паращитовидных желез.

• У пациентов с гиперпаратиреозом, обусловленным паращитовидной аденомой, иногда бывает сложно идентифицировать опухоль.
• В этом случае требуется сканирование с технецием. Опухоль паращитовидной железы метаболически активна и отчетливо выделяется цветом на фоне окружающих тканей.

Применяется метод и для поиска очагов инфекции.

• Вначале у пациента забирают некоторое количество крови, из которой фильтруются лейкоциты.
• Лейкоциты помечают радиоактивным индием-111 и вводят обратно в вену.
• Затем исследуют распределение меченых лейкоцитов в организме.

В области наибольшего их накопления и находится воспалительный очаг.

К другим областям применения относят оценку функциональной активности:

• головного мозга;
• почек;
• суставов;
• кишечника.

Сюда же входит диагностика тромбоэмболии легочной артерии и т.д.

Прохождение диагностики

Пациент располагается на выдвижном столе и погружается внутрь томографа. Положение – лежа на спине с отведенными за голову руками.

На первом этапе проводится низкодозовое КТ-сканирование запланированной области либо всего тела. Затем приступают к ПЭТ-диагностике.

Сначала сканируют область таза, чтобы избежать появления артефактов от мочевого пузыря, наполняющегося мочой.

Длительность процедуры колеблется от 10 минут для диагностики головного мозга, до 70 минут для полного обследования тела.

При изучении головного мозга через 180 минут после введения радиофармпрепарата проводят повторную отсроченную диагностику.

По окончании томографии пациент помещается в комнату отдыха на 40-60 минут для снижения уровня излучения.

После процедуры врач дает рекомендации по употреблению жидкости в объеме 1500-2000 мл в сутки и соблюдению мер радиационной безопасности.

2.3 Исследование скелета

Исследование скелета начинается с внутривенного введения 99mTc-MDP (метилен дифосфоната) или аналогичного вещества с
последующим сканированием спустя 2-5 ч после инъекции. Равномерное поглощение
вещества костями обычно говорит о норме. Фокальное поглощение (локальное
поглощение, отличающееся по интенсивности от такового в соседней кости) может
свидетельствовать об аномалиях. Если фокальное поглощение интенсивнее, чем
поглощение в соседней кости, это может бьггь признаком артрита, перелома или
наличия метастазов. Менее интенсивное, чем в соседних костях, фокальное
поглощение указывает на возможный некроз опухоли, лизис новообразования или
последствия лучевой терапии.

Размеры ни одной из коммерчески доступных гамма — камер не позволяют
получить изображение всего тела взрослого человека без перемещения камеры или
пациента. Таким образом, сканирование скелета проводится с помощью перемещения
камеры вдоль длинной оси пациента, или перемещения пациента вдоль камеры. Для
сканирования скелета с помощью системы, изображенной на, камеры размещают в
положениях 90° и 270°, а пациент лежит на спине ногами по направлению к гентри.
Затем стол вместе с пациентом перемещается в точку начала сканирования, в
которой голова пациента находится в поле зрения камеры. Во время исследования
пациент и стол перемещаются таким образом, что сканирование идет с головы до
ног. Следует отметить, что получение изображений всего тела, которые
представляют собой относительные значения поглощения радиомаркера в области
головы, груди, брюшной полости и ног, требует точного кодирования сопоставления
параметров сканирования и движения пациента. Большинство таких процедур
проводится с помощью систем, содержащих две гамма — камеры, так что передняя и
задняя проекции создаются одновременно.

3.       Гамма
— камера Ангера (Камера Ангера)

В 1958 году Хол Ангер — ученый из Калифорнийского Университета в Беркли —
разработал прибор д ля создания изображений гамма-излучения (Anger, 1958, 1964, 1967, 1974; Anger и Davis, 1964). Хотя с 1958 года камера претерпела немало
усовершенствований, современные гамма — камеры называют камерами Ангера,
поскольку они сохранили самые важные элементы первых конструкций этих камер.
Рассмотрим основные принципы работы камеры Ангера (рис. 2).

Сначала диафрагма или коллиматор механически отбирает для последующей
детекции гамма — фотоны, распространяющиеся в определенном направлении.
Диафрагма или коллиматор поглощает гамма — фотоны, распространяющиеся в
направлениях, не соответствующих заданным для диафрагмы или коллиматора.
Отобранные гамма — фотоны затем сталкиваются с сцинтилляционным детектором.
Некоторые фотоны проходят через детектор, не взаимодействуя с ним.
Взаимодействующие с детектором фотоны генерируют электронные сигналы,
используемые далее для оценки места взаимодействия фотона с детектором
(пространственные координаты на плоскости изображения), а также для оценки
энергии, которую передает фотон.

Регистрируемые гамма — фотоны с энергией ниже энергии первичного
излучения радиоизотопа, создающего изображение, обычно не учитываются. Низкая
энергия может означать, что фотон был рассеян телом пациентом коллиматором или детектором, и поэтому отклонился от исходной
траектории. Фотоны с низкой энергией дают ограниченную информацию о месте их
испускания. Поэтому их учет при создании изображения без дальнейшей обработки
приведет к ухудшению качества изображения.

Выходящий из сцинтиллятора пучок света обычно широкий и регистрируется с
помощью нескольких ФУТ. Для определения вероятной точки удара гамма — фотона на основе выходных данных каждой ФУТ из
массива используется специальная электроника и программное обеспечение. Сначала
с помощью приборов просто определяли центр инерции, затем появились более
точные имплементированные методы статистической оценки с использованием
прибора, программного обеспечения, а также измеряемых калибровочных данных.

В соответствии с цифровыми технологиями создания изображений изображение,
формируемое стандартной гамма — камерой, создается на решетке из пикселей.
Значение, присваиваемое каждому пикселю, — это число гамма — фотонов,
детектированных в пределах пространственных границ пикселя. Таким образом,
изображение, создаваемое гамма — камерой, представляет из себя гистограмму
положений в пространстве всех детектированных импульсов

С ростом числа
детектированных нерассеянных гамма — фотонов
шум на изображении уменьшается; таким образом, важно детектировать по
возможности больше нерассеянных гамма — фотонов

РИС. 2

ОФЭКТ / КТ

В некоторых случаях гамма-сканер SPECT может быть построен для работы с обычным компьютерным томографом с одновременной регистрацией изображений. Как и при ПЭТ / КТ , это позволяет определять местонахождение опухолей или тканей, которые можно увидеть на сцинтиграфии ОФЭКТ, но которые трудно точно определить относительно других анатомических структур. Такое сканирование наиболее полезно для тканей за пределами мозга, где расположение тканей может быть гораздо более изменчивым. Например, ОФЭКТ / КТ может использоваться в приложениях сканирования паращитовидных желез сестамиби , где этот метод полезен при обнаружении эктопических аденом паращитовидных желез, которые могут находиться не на своих обычных местах в щитовидной железе.

29.Позитронная эмиссионная томография

ПЭТ — метод
прижизненного изучения метаболической
и функциональной активности тканей
организма. В основе метода лежит феномен
позитронной эмиссии, наблюдаемый во
введённом в организм радиофармпрепарате
при его распределении и накоплении в
различных органах. В неврологии основная
точка приложения метода — изучение
метаболизма головного мозга при ряде
заболеваний.

Изменения в
накоплении нуклидов в какой-либо области
головного мозга позволяют предполагать
нарушение нейрональной активности.

В отличие от
стандартной МРТ или КТ, прежде всего
обеспечивающей анатомическое изображение
органа, при ПЭТ оценивают функциональные
изменения на уровне клеточного
метаболизма, которые можно распознавать
уже в ранних, доклинических стадиях
заболевания, когда структурные методы
нейровизуализации не выявляют каких-либо
патологических изменений.

При ПЭТ используют
различные радиофармпрепараты, меченные
кислородом, углеродом, азотом, глюкозой,
Т.е. естественными метаболитами организма,
которые включаются в обмен веществ
вместе с собственными эндогенными
метаболитами. В результате становится
возможной оценка процессов, протекающих
на клеточном уровне.

Самый распространённый
радиофармпрепарат, используемый при
ПЭТ, — фтордезоксиглюкоза.
Из наиболее часто используемых для про
ведения ПЭТ радиофармпрепаратов можно
также назвать 11C-метионин (МЕТ) и
11C-тирозин.

Лучевая нагрузка
при максимальной дозе вводимого препарата
соответствует лучевой нагрузке,
получаемой пациентом при рентгенологии
грудной клетки в двух проекциях, поэтому
исследование сравнительно безопасно.

Противопоказано
оно людям, страдающим САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ,
с содержанием сахара в крови более 6,5
ммоль/л. К противопоказаниям относят
также беременность и лактацию.

Проводят
ПЭТ натощак (последний приём пищи — за
4-6 ч до исследования) . Продолжительность
исследования составляет от 30 до 75 мин
в зависимости от объёма процедуры. На
протяжении 30-40 мин, необходимых для
включения введённого препарата в
метаболические процессы организма,
пациенты должны находиться в условиях,
максимально уменьшающих возможность
двигательной, речевой и эмоциональной
активности, чтобы сократить вероятность
возникновения ложноположительных
результатов. Для этого пациента помещают
в отдельную палату со звуконепроницаемыми
стенами; больной лежит с закрытыми
глазами.

Оценку ПЭТ
осуществляют визуальным и полуколичественным
методами.

Визуальную оценку
данных ПЭТ проводят с использованием
как чёрно-белой, так и различных цветовых
шкал, позволяющих определить интенсивность
накопления радиофармпрепарата в
различных отделах головного мозга,
выявить очаги патологического метаболизма,
оценить их локализацию, контуры и
размеры.