Podstawy medycyny nuklearnej

Transkrypt

1 Podstawy medycyny nuklearnej

2 Obrazowanie w medycynie Rtg CT Promieniowanie rentgenowskie Ultradźwięki Magnetyczny rezonans jądrowy MR usg Medycyna nuklearna SPECT PET

3 Promieniowanie X Jonizujące Obraz transmisyjny Obraz odzwierciedla różnice w intensywności pochłaniania promieniowania X przez tkanki i narządy. Różnice te mogą być zwiększone przez podanie środków kontrastowych wypełniających naczynia krwionośne, jamy ciała i inne przestrzenie (kanał kręgowy, stawy, itp.) Obraz radiologiczny ma wysoką rozdzielczość Badaniu może towarzyszyć interwencja (zabieg leczniczy)

4 Ultradźwięki Obraz zróżnicowanej echogeniczności pochodzi z rejestracji intensywności odbicia fali akustycznej (mechanicznej) przez struktury o różnym oporze akustycznym (impedancji). Obraz może przedstawiać: - echostrukturę narządów i tkanek w czasie rzeczywistym - szybkość przepływu krwi (wykorzystując zjawisko Dopplera) Badanie może mieć charakter czysto diagnostyczny, może też służyć do wspomagania zabiegu diagnostycznego (np. biopsji cienkoigłowej) lub leczniczego (np. punkcji torbieli) Badanie łatwo dostępne i tanie (z pewnymi wyjątkami), o szerokich zastosowaniach

5 Rezonans magnetyczny Metoda oparta jest na absorbcji ultrakrótkich fal radiowych przez jadra atomów (głównie wodoru) znajdujących się w jednorodnym polu magnetycznym o wysokim natężeniu (kilka do kilkudziesięciu tysięcy razy wyższym niż natężenie pola magnetycznego Ziemi). Rejestracji poddawane są lokalne zmiany natężenia pola magnetycznego występujące w trakcie zjawiska absorbcji. Obraz odzwierciedla w dowolnej płaszczyźnie przekroju rozkład gęstości protonów (jąder atomów wodoru) i parametrów zależnych od wiązań chemicznych w jakich dany atom uczestniczy oraz od ruchu substancji (np. krwi) w pobudzanym obszarze. Intensywność fali rezonansowej może być modyfikowana przez paramagnetyczne środki kontrastujące. Obrazy o wysokiej rozdzielczości.

6 I. Definicja medycyny nuklearnej

7 medycyna nuklearna Zajmuje się zastosowaniem radionuklidów w postaci otwartych źródeł promieniowania, obejmując wykorzystanie związków znakowanych izotopami promieniotwórczymi lub izotopów w stanie atomowym dla celów diagnostyki i leczenia

8 II. Fizyczne podstawy medycyny nuklearnej

9 Budowa atomu A Z X protony elektrony neutrony A liczba masowa -suma protonów i neutronów w jądrze atomu Z-liczba atomowa -liczba protonów w jądrze atomu

10 Izotop To odmiana tego samego pierwiastka różniąca się liczbą neutronów w jądrze (liczbą masową A) Izotopy wodoru 1 1H 2 1H 3 1H

11 Izotopy promieniotwórcze (radioizotopy, radionuklidy) To takie, które ulegają samoistnym spontanicznym rozpadom i emitują energię Jądro promieniotwórcze elektromagnetyczne (kwanty γ) diagnostyka promieniowanie korpuskularne (cząstki β elektrony, pozytony, cząstki α jądra helu) terapia

12 Przemiany jądrowe przemiana w jądrach radionuklidów z towarzyszącą emisją promieniowania gamma. Przenika przez tkanki poza ustrój rozpad jąder radionuklidów, z emisją promieniowania beta (elektronów lub pozytonów). Zasięg w ustroju kilka mm (2-10) rozpad jąder radionuklidów, z emisją promieniowania alfa (jąder helu). Zasięg w ustroju kilkadziesiąt μm

13 Wielkości charakteryzujące przemiany jądrowe - Czas zaniku połówkowego T1/2 czas, po którym początkowa liczba jąder atomów radionuklidu zmniejszy się do połowy - Aktywność radionuklidu liczba rozpadów zachodząca w badanej próbie w jednostce czasu Bekerel (1 Bq) 1 rozpad na sekundę - Energia promieniowania wielkość energii cząstek i fotonów ev elektronowolty

14 III. Radionuklidy i radiofarmaceutyki

15 Izotopy stosowane w medycynie nuklearnej Diagnostyka (emitery promieniowania gamma o krótkich okresach zaniku połówkowego od kilku do kilkudziesięciu godzin) np: technet - 99m Tc, jod 131 I, 123 I, ind 111 In, tal 201 Tl, gal 67 Ga Terapia (emitery promieniowania beta o zasięgu kilku milimetrów) np. jod I, stront 89 Sr, samar 153 Sm, ren 186 Re, itr - 90 Y, lutet Lu (alfa-emitery o zasięgu kilkudziesięciu mm, np. astat At, bizmut 212/213 Bi, rad Ra)

16 Generator 99 Mo- 99m Tc 99m Tc Medycyna nuklearna Radioaktywny technet 99m Tc, ze względu na swoje korzystne cechy fizyko-chemiczne jest radioizotopem najczęściej stosowanym w medycynie nuklearnej - krótki T 1/2 fiz.- 6 godz - energia prom. Gamma (140 kev) odpowiednia do pomiarów aparatami scyntygraficznymi - duża reaktywność chemiczna (łatwość tworzenia kompleksów z różnymi ligandami) - dobra dostępność: uzyskiwany z generatora molibdenowotechnetowego na miejscu, w pracowni medycyny nuklearnej

17 Radiofarmaceutyk - RF Jest to substancja wprowadzona do ustroju zawierająca w swojej cząsteczce promieniotwórczy nuklid (atom) emitujący przenikliwe promieniowanie (gamma), które może być wykorzystywane dla celów diagnostycznych (scyntygrafii) lub emitujący promieniowanie cząsteczkowe o krótkim zasięgu (beta, alfa) umożliwiające leczenie zmian chorobowych, w obrębie bądź w pobliżu których lokalizuje się radiofarmaceutyk RF 131 I 131 I Hipuran

18 Drogi wprowadzania radiofarmaceutyków do ustroju Wziewnie Doustnie Do kanału kręgowego Dożylnie Dopęcherzowo Dostawowo Podskórnie

19 IV. Funkcje medycyny nuklearnej

20 Funkcje medycyny nuklearnej Diagnostyczne Terapeutyczne Obrazowe (scyntygrafia) Nieobrazowe (np. oznaczenia klirensowe) Scyntygrafia statyczna Scyntygrafia dynamiczna narządowa całego ciała } planarna tomografia emisyjna pojedynczych fotonów - SPECT pozytonowa tomografia emisyjna - PET

21 Kamera scyntylacyjna Ekran Detekto r Radiofarmaceutyk zgromadzony w sercu

22 Medycyna nuklearna Funkcje diagnostyczne: Obrazowe (scyntygrafia) - obraz emisyjny - odzwierciedla określoną funkcję narządu (prawidłową lub nieprawidłową) - Scyntygrafia może być: 1) statyczna (planarna lub tomograficzna) rozmieszczenie radiofarmaceutyku obrazujące stan czynnościowy narządu) określonych tkanek (również położenie, kształt i wielkość 2) dynamiczna przemieszczanie się radiofarmaceutyku przez określony narząd, odzwierciedlające jego funkcję lub analiza czynności kinetycznej wyznakowanego radiofarmaceutykiem narządu, np. jamy lewej komory serca Rozdzielczość obrazów scyntygraficznych jest mniejsza niż USG, rtg czy RM

23 Radioizotopowe badanie diagnostyczne (obrazowe, nieobrazowe) odzwierciedla określoną funkcję narządu (prawidłową lub nieprawidłową).

24 Badanie obrazowe - scyntygrafia Badanie drogą pomiarów zewnętrznych rozmieszczenia w ustroju pacjenta (najczęściej w konkretnym narządzie) aktywności podanej w postaci radiofarmaceutyku Przykład: scyntygrafia statyczna - wątroba Wątroba - obraz prawidłowy Wątroba - guz Statyczny scyntygram prezentujący regionalną funkcję fagocytarną układu siateczkowo-śródbłonkowego watroby.

25 Nieobrazowe badania radioizotopowe Badania rozmieszczenia radiofarmaceutyku w różnych zbiornikach ustrojowych oraz szybkości przemieszczania się między nimi, a także szybkości wydalania (np. oznaczenia klirensowe) C p Przykład Stężenie 99m Tc DTPA w osoczu Jest to podstawa do oznaczenia szybkości przesączania kłębkowego (klirens; GFR) czas

26 Radioizotopowa terapia (metodami medycyny nuklearnej) Leczenie zmian chorobowych promieniowaniem beta (obecnie również alfa) emitowanym przez radiofarmaceutyki wychwycone przez komórki patologicznie zmienione lub odłożone w ich bezpośrednim sąsiedztwie

27 Radioizotopowa terapia (metodami medycyny nuklearnej) chorób tarczycy (łagodnych i złośliwych) radioaktywnym jodem 131 I bólów w przebiegu przerzutów nowotworowych do kości wysięków stawowych guzów nowotworowych

28 V. Kamera scyntylacyjna

29 Kamera scyntylacyjna głowice

30 Metoda scyntygrafii Podstawowe narzędzie: KAMERA SCYNTYLACYJNA kolimator sygnały elektryczne do konsoli przedwzmacniacze światłowód fotopowielacze kryształ scyntylacyjny kolimator Schemat poglądowy głowicy

31 Metoda scyntygrafii Podstawowe narzędzie: KAMERA SCYNTYLACYJNA zjawisko scyntylacji kryształ scyntylacyjny kolimator Każdy błysk lokalizowany w układzie współrzędnych x,y Powstawanie obrazu planarnego

32 n 51 cm n Obraz analogowy 51 cm Komórki matrycy cyfrowej Obraz cyfrowy

33 Kamera półprzewodnikowa CZT (kadm,cynk,telur) Kamera do badań kardiologicznych kilkanaście oddzielnych kryształów, z odpowiednimi kolimatorami badanie SPECT, detektor nieruchomy Zalety w porównaniu z kamerą scyntylacyjną: poprawa szybkości zliczania (możliwe skrócenie czasu akwizycji lub podanie mniejszej aktywności radiofarmaceutyku) obrazy o lepszej rozdzielczości

34 VI. Scyntygrafia statyczna

35 Scyntygrafia statyczna Warunki: 1. Rozmieszczenie radiofarmaceutyku w narządzie nie ulega zmianie podczas badania. 2. Badanie wykonywane po uzyskaniu ~stałego poziomu aktywności w narządzie. Informacje uzyskiwane: 1. Obecność patologicznych obszarów zmienionego wychwytu (zmniejszonego lub zwiększonego). 2. Dodatkowo: położenie, kształt, wielkość narządu

36 Scyntygrafia statyczna Wątroba i śledziona - obraz prawidłowy

37 Prawidłowe scyntygramy perfuzyjne płuc proj. przednia śródpiersie przednie śródpiersie tylne proj. tylna P zarys L L P sylwetki serca

38 Scyntygrafia perfuzyjna płuc proj. przednia proj. tylna proj. tylna skośna lewa proj. tylna skośna prawa rtg Zatorowość płucna

39 Scyntygrafia tarczycy

40 Scyntygrafia całego ciała (bad. układu kostnego) Kościec osoby dorosłej - obraz prawidłowy Kościec kilkuletniego dziecka - obraz prawidłowy Obraz nieprawidłowy: mnogie przerzuty (ogniska gorące) w czaszce, kręgosłupie, miednicy, żebrach

41 Scyntygrafia receptorowa całego ciała 99m Tc-Somatostatyna Przerzuty raka nerki Ognisko wznowy rakowiaka

42 Tomografia emisyjna pojedynczych fotonów (SPECT)

43 Tomografia emisyjna pojedynczych fotonów (SPECT)

44 PERFUZYJNA SCYNTYGRAFIA MÓZGU PRZY UŻYCIU Tc- HMPAO

45 Trójwymiarowa prezentacja badania SPECT Nerka podkowiasta

46 Pozytonowa tomografia emisyjna (PET) Radionuklid 18 F 15 O 11 C 13 N 82 Rb T 1/2 [min] - 109,8-2,0-20,4-9,97-1,27 Główne korzyści: możliwość badań przy użyciu naturalnych związków występujących w ustroju (lub ich bliskich analogów) o znanym zachowaniu fizjologicznym. lepsza rozdzielczość obrazów niż w tomografii SPECT Wada: wyższy koszt w porównaniu z konwencjonalnymi badaniami radioizotopowymi (planarnymi, SPECT)

47 VII. Scyntygrafia dynamiczna

48 Scyntygrafia dynamiczna Badanie rozpoczynane (na ogół) w momencie injekcji RF Badanie rejestrowane w postaci sekwencji obrazów scyntygraficznych Czas akwizycji pojedynczego obrazu zależy od szybkości badanego procesu

49 Dynamiczne badanie nerek - renoscyntygrafia Kolejne obrazy scyntygraficzne w interwałach minutowych

50 Badanie dynamiczne nerek - renoscyntygrafia

51 Krzywe renograficzne

52 Scyntygrafia dynamiczna wątroby i dróg żółciowych - cholescyntygrafia Prawidłowa funkcja wątroby i sprawny pasaż żółci do jelit

53 VIII. Nowoczesne obrazowanie w diagnostyce medycznej

54 Koncepcja nakładania czyli fuzji obrazów w nowoczesnej diagnostyce medycznej Nakładanie ( fuzja ) obrazów wnętrza organizmu otrzymywanych przy użyciu różnych technik diagnostyki medycznej jest realizacją idei uzyskiwania komplementarnych, zintegrowanych informacji diagnostycznych dotyczących zarówno budowy jak i funkcji tkanek oraz narządów (tzw. obrazów morfologiczno-czynnościowych)

55 Fuzja obrazów uzyskanych za pomocą jednego hybrydowego aparatu (SPECT/CT; PET/CT) Detektory SPECT Lampa rtg (CT) Hybrydowy aparat SPECT/CT Hybrydowy aparat PET/CT

56 Fuzja badań PET SPECT CT PET MR

57 SPECT + CT

58 Przerzuty nowotworowe do kręgów Fuzja SPECT/CT AP PA

59 SPECT/CT zmiana zwyrodnieniowa w kręgosłupie CT SPECT SPECT/CT

60

61 IX. Nieobrazowe metody diagnostyczne medycyny nuklearnej

62 Radioizotopowe badania nieobrazowe

63 Istnieje oczywista zależność między wielkością klirensu (Cl) a szybkością spadku stężenia substancji (S) w osoczu Sp(t) brak nerek upośledzona czynność prawidłowa czynność t Cl t 0 A 0 Sp( t) dt Aktywność podana pacjentowi Pole pod krzywą zaniku Aktywności w osoczu

64 Oznaczanie klirensów nerkowych i wątrobowych przy użyciu wybranych radiofarmaceutyków: Zalety: GFR - 99m Tc DTPA ERPF I, 131 I kwas ortohipurowy - 99m Tc MAG3-99m Tc Etylenodwucysteina (EC) - 99m Tc Hepida Cl wątr duża dokładność pomiarów stężenia w osoczu możliwość oznaczenia CL po jednorazowym wstrzyknięciu dożylnym (mimo szybkiego spadku stężenia można je oznaczać przez kilka godzin po podaniu) możliwość rezygnacji ze zbierania moczu lub żółci

65 Informacje ogólne 1. Diagnostyka i terapia medycyny nuklearnej mają charakter nieinwazyjny. 2. Większość badań radioizotopowych nie wymaga żadnego wstępnego przygotowania pacjenta (choć są i takie, które przygotowania wymagają). 3. Podanie radiofarmaceutyku nie powoduje powikłań uczuleniowych (także u pacjentów uczulonych na jodowe kontrasty). 4. Dawki promieniowania jonizującego, na które narażony jest pacjent podczas diagnostyki radioizotopowej są niewielkie porównywalne do dawek otrzymywanych podczas powszechnie stosowanych badań radiologicznych (np. rtg kręgosłupa czy prześwietlenie żołądka i dwunastnicy), lub niższe.