Τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) – Τεχνολογία απεικόνισης πυρηνικής ιατρικής

Η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) είναι μια άλλη προσέγγιση στην απεικόνιση πυρηνικής ιατρικής που έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι του SPECT. Το PET χρησιμοποιεί ραδιονουκλεΐδια που εκπέμπουν ποζιτρόνια που έχουν ως αποτέλεσμα την εκπομπή συγγραμμικών ζευγών φωτονίων εκμηδένισης 511-keV. Η συμπτωματική ανίχνευση των φωτονίων εκμηδένισης παρακάμπτει την ανάγκη για ευθυγράμμιση και καθιστά το PET πολύ πιο αποτελεσματικό από το SPECT για την ανίχνευση ραδιενέργειας. Ακόμη πιο σημαντικό, υπάρχουν ραδιονουκλίδια που εκπέμπουν ποζιτρόνια για το οξυγόνο, τον άνθρακα, το άζωτο και το φθόριο, γεγονός που επιτρέπει σε ένα ευρύ φάσμα μορίων να επισημανθούν ως διαγνωστικοί παράγοντες. Πολλά από αυτά τα ραδιονουκλεΐδια έχουν σύντομο χρόνο ημιζωής και απαιτούν επιτόπιο κυκλοτρόνιο. Ωστόσο, το 18F έχει αρκετά μεγάλο χρόνο ημιζωής που μπορεί (και παρέχεται) σε περιφερειακό επίπεδο και δεν υπάρχει κατοικημένη περιοχή των Ηνωμένων Πολιτειών όπου δεν είναι διαθέσιμο. Αρκετά άλλα, όπως το 82Rb και το 68Ga, είναι διαθέσιμα από γεννήτριες ραδιονουκλεϊδίων που παρέχουν τα ραδιονουκλίδια κατά παραγγελία, παρά τη σύντομη ημιζωή τους.

Η ανίχνευση σύμπτωσης παρέχει χωρική ανάλυση χωρίς την ανάγκη ευθυγράμμισης μολύβδου, εκμεταλλευόμενη το γεγονός ότι τα φωτόνια εκμηδένισης που προκύπτουν από την εκπομπή ποζιτρονίων είναι περίπου συγγραμμικά. Τα συμβάντα καταμετρώνται μόνο εάν ανιχνεύονται ταυτόχρονα από δύο αντίθετους ανιχνευτές. Ο ευαίσθητος όγκος που ορίζεται από τους ανιχνευτές σύμπτωσης ονομάζεται α γραμμή απάντησης (ΛΟΡ). Χρησιμοποιούνται δύο μεμονωμένα συστήματα ανίχνευσης με μια πρόσθετη μονάδα σύμπτωσης. Κάθε μεμονωμένο σύστημα θα δημιουργήσει έναν λογικό παλμό όταν ανιχνεύσει ένα συμβάν που εμπίπτει στο επιλεγμένο ενεργειακό παράθυρο. Εάν οι δύο λογικοί παλμοί επικαλύπτονται χρονικά στη μονάδα σύμπτωσης, καταγράφεται ένα συμβάν σύμπτωσης. Τα συστήματα PET χρησιμοποιούν μεγάλο αριθμό (>10.000) ανιχνευτών που είναι διατεταγμένοι ως πολλαπλοί δακτύλιοι για να σχηματίσουν έναν κύλινδρο. Δεδομένου ότι οποιοσδήποτε ανιχνευτής μπορεί να συμπίπτει με άλλους ανιχνευτές στον κύλινδρο, τα LOR που προκύπτουν παρέχουν επαρκή δειγματοληψία για τη συλλογή των πληροφοριών προβολής που απαιτούνται για την τομογραφία.

Η εγγενής αποτελεσματικότητα ανίχνευσης για έναν ανιχνευτή μεμονωμένου ανιχνευτή εξαρτάται από τον ατομικό αριθμό, την πυκνότητα και το πάχος του ανιχνευτή. Στην ιδανική περίπτωση, η ενδογενής απόδοση ανίχνευσης θα πρέπει να είναι 1, αλλά στα 511 keV είναι δύσκολο να επιτευχθεί, αν και η εγγενής απόδοση για ορισμένους από τους ανιχνευτές είναι μεγαλύτερη από 0,8. Η ανίχνευση σύμπτωσης απαιτεί και οι δύο ανιχνευτές να καταχωρούν ένα συμβάν. Εφόσον οι αλληλεπιδράσεις στους δύο ανιχνευτές είναι ανεξάρτητες, η σύμπτωση εγγενής απόδοση εξαρτάται από το γινόμενο της εγγενούς απόδοσης σε κάθε ανιχνευτή. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση ανίχνευσης σύμπτωσης είναι πάντα μικρότερη από αυτή για έναν μόνο ανιχνευτή και αυτή η διαφορά μεγεθύνεται για ανιχνευτές χαμηλής απόδοσης. Λόγω της ανάγκης για υψηλή εγγενή απόδοση, οι σπινθηριστές είναι ουσιαστικά τα μόνα υλικά που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος ως ανιχνευτές σε συστήματα απεικόνισης PET.

Ένα συμβάν σύμπτωσης καταγράφεται όταν υπάρχει επικάλυψη των λογικών εξόδων μεμονωμένων μονάδων στις μονάδες σύμπτωσης. Το χρονικό πλάτος της επικάλυψης εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά σπινθηρισμού των ανιχνευτών. Για τους τρέχοντες σαρωτές PET, αυτό το πλάτος κυμαίνεται από 6 έως 12 ns. Αν και είναι πολύ μικρός χρόνος σε σύγκριση με τις περισσότερες ανθρώπινες δραστηριότητες, είναι αρκετά μεγάλος σε σύγκριση με τις αποστάσεις που καλύπτουν τα φωτόνια που ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός. Το φως ταξιδεύει περίπου 30 cm/ns έτσι ώστε μια διάρκεια 6 ns να αντιστοιχεί σε μια αβεβαιότητα απόστασης περίπου 90 cm, που είναι η κατά προσέγγιση διάμετρος δακτυλίου ανιχνευτή. Ως αποτέλεσμα, η διαφορική απόσταση της πηγής μεταξύ των ανιχνευτών δεν έχει παρατηρήσιμη επίδραση στον χρονισμό των γεγονότων σύμπτωσης στα συμβατικά συστήματα PET.

Ο χρόνος άφιξης των φωτονίων εκμηδένισης είναι πραγματικά ταυτόχρονος μόνο όταν η πηγή βρίσκεται ακριβώς στη μέση μεταξύ των δύο αντιτιθέμενων ανιχνευτών σύμπτωσης. Εάν η πηγή μετατοπιστεί από το μεσαίο σημείο, θα υπάρξει ένα αντίστοιχο χρονικό διάστημα άφιξης, καθώς ένα φωτόνιο εκμηδένισης θα έχει μικρότερη απόσταση να διανύσει από το άλλο. Όπως συζητήθηκε παραπάνω, αυτή η διαφορά χρόνου είναι πολύ μικρή για να είναι χρήσιμη σε συμβατικά σχεδιασμένα συστήματα PET. Ωστόσο, αρκετοί από τους σπινθηριστές που χρησιμοποιούνται στους τομογράφους PET (π.χ. LSO, LYSO) είναι ικανοί να ανταποκρίνονται ταχύτερα από τον χρονισμό των 6 έως 12 ns που συζητήθηκε παραπάνω. Με τα κατάλληλα ηλεκτρονικά, το παράθυρο χρονισμού σύμπτωσης έχει μειωθεί στα 600 ps για αυτούς τους ανιχνευτές, αποδίδοντας μια αβεβαιότητα εντοπισμού πηγής 9 cm. Ακόμη και με αυτή τη μείωση, ο εντοπισμός του χρόνου πτήσης δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απευθείας δημιουργία τομογραφικών εικόνων, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον περιφερειακό περιορισμό της λειτουργίας οπισθοπροβολής σε περιοχές όπου βρίσκονται περίπου οι πηγές. Στις τρέχουσες υλοποιήσεις, η συμπερίληψη πληροφοριών χρόνου πτήσης μειώνει το θόρυβο στις ανακατασκευασμένες εικόνες κατά 2 φορές. Οι τομογράφοι PET χρόνου πτήσης ήταν πραγματικά διαθέσιμοι στο εμπόριο για μικρό χρονικό διάστημα τη δεκαετία του 1980. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούσαν ανιχνευτές BaF2 που είναι πολύ γρήγοροι, αλλά δυστυχώς έχουν πολύ χαμηλή απόδοση ανίχνευσης. Ως αποτέλεσμα, αυτές οι συσκευές δεν ανταγωνίζονται καλά τους συμβατικούς τομογράφους PET που βασίζονται στο BGO. Το 2006, ένα μηχάνημα χρόνου πτήσης βασισμένο σε ανιχνευτές LYSO εισήχθη ξανά και είναι πλέον διαθέσιμο στο εμπόριο.

Το μόνο κριτήριο για την καταγραφή ενός συμβάντος σύμπτωσης είναι η επικάλυψη των παλμών εξόδου στη μονάδα σύμπτωσης. Οι πραγματικές συμπτώσεις συμβαίνουν όταν μια πηγή βρίσκεται στο LOR που ορίζεται από δύο ανιχνευτές. Είναι πιθανό τα γεγονότα που ανιχνεύονται στους δύο ανιχνευτές σύμπτωσης από πηγές που δεν βρίσκονται στη γραμμή απόκρισης να συμβούν τυχαία. Καθώς ο ρυθμός καταμέτρησης σε καθέναν από τους ανιχνευτές μεμονωμένων ανιχνευτών αυξάνεται, η πιθανότητα ψευδών συμπτώσεων που συμβαίνουν από μη συσχετισμένα συμβάντα αυξάνεται. Αυτά τα γεγονότα ονομάζονται τυχαίος ή τυχαίες συμπτώσεις. Το ποσοστό τυχαίας σύμπτωσης (R) είναι ευθέως ανάλογο με το πλάτος του χρονικού παραθύρου σύμπτωσης


Source by Oliver McAdams

Σχολιάστε