Содержание
- 2. История метода В 1931 году Ворбург обнаружил, что злокачественные опухоли отличаются повышенным уровнем потребления глюкозы. В
- 3. (
- 4. ПЭТ - ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ СЛЕЖЕНИЯ ЗА ЧРЕЗВЫЧАЙНО МАЛЫМИ КОНЦЕНТРАЦИЯМИ УЛЬТРАКОРОТКОЖИВУЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ (УКЖР), КОТОРЫМИ ПОМЕЧЕНЫ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫЕ
- 5. ПЭТ предоставляет возможность визуализировать ход биологических процессов "in vivo". Визуализация реализуется путем интеграции двух методик: анализа
- 6. Радионуклид Период полураспада Способ распада Средняя энергия (мин) (%) позитронов (МэВ) Максимальные пробеги испускаемых радионуклидами позитронов
- 7. Радионуклид Период полураспада Способ распада Средняя энергия Максимальная (мин) (%) позитронов (МэВ) длина пробега (мм)
- 11. Регистрация гамма-квантов вдоль линий совпадения
- 12. Детекторы кольцеобразно располагаются вокруг исследуемого объекта. Томограф может быть оборудован пятнадцатью и более такими кольцами для
- 13. Компьютер решает обратную задачу – переход от пространственного распределения интенсивности (скорости счета детекторов) гамма-поля к пространственному
- 15. Производство радиоизотопов Циклотрон Циклотрон состоит из двух полых полукруглых металлических электродов (называемых дуантами), которые расположены между
- 16. Поток отрицательных ионов направляется по направлению к первой карусели, расположенной между ускорителями и камерой мишени А.
- 17. Протоны, прошедшие через пластину, под влиянием магнитного поля, двигаются по циркулярной орбите, по касательной к своей
- 18. При подготовке к бомбардировке, внутрь камеры мишени помещают стабильный химический изотоп. Протонный пучок из циклотрона влетает
- 19. I. Кислород-15 имеет период полураспада 2,1 минуты. Двуокись углерода Кислород Вода Меченные радиоактивными изотопами вода и
- 20. [13N]-меченный аммиак может использоваться для измерения кровотока. После того как метка оказыватся внутри клетки, она преимущественно
- 21. Карфентанил Карфентанил является агонистом мю-опиатных рецепторов, приблизительно в 8000 раз мощнее чем морфин, используется в ПЭТ
- 22. IV. Фтор Фтор-18 имеет период полураспада 109 мин. Фтордеоксиглюкоза Радиомеченный ион фтора [18F-] - стандартный агент
- 23. V. Рубидий Рубидий-82 имеет период полураспада 1,25 мин. 82Rb используется при проведении исследований миокардиальной перфузии. Короткое
- 24. Принципы моделирования использования меток Кинетическое сканирование Распредение меток в головном мозге по времени Распределение меток в
- 25. Кинетическое сканирование Кинетическое сканирование означает измерение накопления метки по времени. Кинетическая методика с применением меченных радиоизотопами
- 26. Распределение меток в сердечной мышце по времени На серии изображений продемонстрировано распределение активности N-13 аммиака в
- 27. Кривая зависимости активности от времени для крови Данные, полученные из зоны интереса, очерченной внутри левого желудочка
- 28. Модели для обработки кинетических кривых При выборе адекватной модели, к экспериментальной кинетической кривой, зарегистрированной в ходе
- 29. Несмотря на длительную историю метод ПЭТ непрерывно совершенствуется, появляются новые радиофармпрепараты, клинические пакеты для исследований и
- 32. Аппаратура для компьютерной томографии Многослойный компьютерный томограф нового поколения Mx8000 - одна из наиболее совершенных в
- 34. Скачать презентацию
История метода
В 1931 году Ворбург обнаружил, что злокачественные опухоли отличаются повышенным
История метода
В 1931 году Ворбург обнаружил, что злокачественные опухоли отличаются повышенным
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
ПЭТ - ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ СЛЕЖЕНИЯ ЗА ЧРЕЗВЫЧАЙНО МАЛЫМИ КОНЦЕНТРАЦИЯМИ УЛЬТРАКОРОТКОЖИВУЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ
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
ПЭТ предоставляет возможность визуализировать ход биологических процессов "in vivo". Визуализация реализуется
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)
Максимальные
Радионуклид Период полураспада Способ распада Средняя энергия (мин) (%) позитронов (МэВ)
Максимальные
11C - 3,8 мм 18F - 2,6 мм 68 Са – 9 мм 82 Rb - 16,5 мм
Чем выше пробег, тем хуже пространственное разрешение метода, но тем выше глубина диагностики.
Радионуклид Период полураспада Способ распада Средняя энергия Максимальная (мин) (%) позитронов (МэВ)
Радионуклид Период полураспада Способ распада Средняя энергия Максимальная (мин) (%) позитронов (МэВ)
(мм)
Регистрация гамма-квантов вдоль линий совпадения
Регистрация гамма-квантов вдоль линий совпадения
Детекторы кольцеобразно располагаются вокруг исследуемого объекта. Томограф может быть оборудован пятнадцатью
Детекторы кольцеобразно располагаются вокруг исследуемого объекта. Томограф может быть оборудован пятнадцатью
Каждый детектор может работать режиме регистрации совпадений со множеством расположенных напротив детекторов. Таким образом, существует возможность определения совпадений на нескольких углах (расходящийся пучок).
При наличии объекта исследования гетерогенной структуры с неоднородным распределением источника позитронного излучения детекторы регистрируют радиационное поле, интенсивность которого изменяется в пространстве и/или времени.
Программное обеспечение томографа получает данные о событиях совпадения и выдает информацию в виде изображений (одного или нескольких, снятых в последовательные моменты времени).
Компьютер решает обратную задачу – переход от пространственного распределения интенсивности (скорости
Компьютер решает обратную задачу – переход от пространственного распределения интенсивности (скорости
Производство радиоизотопов
Циклотрон
Циклотрон состоит из двух полых полукруглых металлических электродов (называемых дуантами),
Производство радиоизотопов
Циклотрон
Циклотрон состоит из двух полых полукруглых металлических электродов (называемых дуантами),
По мере того как отрицательно заряженные ионы влетают в вакуумную камеру они приобретают энергию благодаря высокочастотному переменному электрическому полю, индуцированному на дуантах. По мере движения ионов от источника, они дополнительно подвергаются воздействию сильного магнитного поля, генерируемого двумя магнитными полюсами (сверху и снизу от вакуумной камеры) и двигаются по циркулярной траектории.
Когда ионы долетают до края дуанта и влетают в зазор, РЧ-осциллятор меняет полярность на дуантах. Отрицательно заряженные ионы отталкиваются по мере входа в ранее положительно, а теперь отрицательно заряженный дуант. С каждым проходом зазора, энергия частиц увеличивается, таким образом постепенно увеличивается орбитальный радиус и частицы двигаются по траектории расширяющейся к наружи спирали. Частицы отталкиваются от одного дуанта, двигаются по циркулярной траектории пока не начинают притягиваться другим дуантом заряд которого стал положительным.
Поток отрицательных ионов направляется по направлению к первой карусели, расположенной между
Поток отрицательных ионов направляется по направлению к первой карусели, расположенной между
Протоны, прошедшие через пластину, под влиянием магнитного поля, двигаются по циркулярной
Протоны, прошедшие через пластину, под влиянием магнитного поля, двигаются по циркулярной
Камеры мишени интегрированы в общую систему производства радиоизотопов для оптимизации производительности обоих мишеней и других частей системы (циклотрона, линии переноса пучка, защиты и компьютерной системы управления). Камеры мишени компактны, имеют простую и надежную конструкцию.
При подготовке к бомбардировке, внутрь камеры мишени помещают стабильный химический изотоп.
При подготовке к бомбардировке, внутрь камеры мишени помещают стабильный химический изотоп.
Вся работа системы производства радиоизотопов, включая циклотрон и биосинтезатор, управляется компьютером
I. Кислород-15 имеет период полураспада 2,1 минуты.
Двуокись углерода Кислород Вода
Меченные радиоактивными
I. Кислород-15 имеет период полураспада 2,1 минуты.
Двуокись углерода Кислород Вода
Меченные радиоактивными
[15O]-меченная вода и кислород используются для количественной оценки потребления кислорода миокардом и кислородной фракции выброса. [15O]-меченный кислород может также использоваться для измерения степени некроза в опухоли.
Недостатком является высокая концентрационная активность [15O] в сосудах сердца, полостях сердца и легких. Поэтому сложно проводить точные измерения концентраций метки.
Метки ПЭТ
[13N]-меченный аммиак может использоваться для измерения кровотока. После того как
[13N]-меченный аммиак может использоваться для измерения кровотока. После того как
[13N]-аммиак используется для измерения региональной перфузии в миокарде как в норме, так и при патологии. Относительно короткий физический период полураспада (10 мин.) - позволяет использовать его при повторных исследованиях. [13N]-аммиак быстро покидает кровяное русло и долго удерживается в тканях, что обеспечивает получение высококонтрастных поперечных изображений сердечной мышцы.
Исследования с использованием [13N]-аммиака комбинируются с введением [18F]ФДГ, что позволяет сравнивать миокардиальный кровоток с метаболизмом глюкозы и диагносцировать несоответствие и рассчитывать индекс жизнеспособности сердечной мышцы.
II. Азот
Азот-13 имеет период полураспада 10 мин. Аммиак
III. Углерод
Углерод-11 - период полураспада 20,4 мин. Ацетат
11C-меченный ацетат используется для количественной оценки окислительного метаболизма. Основным источником питания миокарда являются жирные кислоты, поэтому данная метка крайне полезна в оценке метаболического состояния сердца.
Карфентанил
Карфентанил является агонистом мю-опиатных рецепторов, приблизительно в 8000 раз мощнее чем
Карфентанил
Карфентанил является агонистом мю-опиатных рецепторов, приблизительно в 8000 раз мощнее чем
Кокаин
ПЭТ может использоваться для идентификации и характеризации мест связывания опиатных веществ в головном мозге. ПЭТ также используется для исследования биологических эффектов кокаина.
Лейцин
Метионин
[11C]-меченные метионин и лейцин могут использоваться для качественной оценки потребления аминокислоты и синтеза белка, являясь таким образом индикатором жизнеспособности опухоли.
IV. Фтор
Фтор-18 имеет период полураспада 109 мин.
Фтордеоксиглюкоза
Радиомеченный ион фтора [18F-]
IV. Фтор
Фтор-18 имеет период полураспада 109 мин.
Фтордеоксиглюкоза
Радиомеченный ион фтора [18F-]
[18F]-меченная 2-деоксиглюкоза используется в неврологии, кардиологии и онкологии для исследования метаболизма глюкозы, используется для локализации и количественной оценки опухолей, для дифференцировки доброкачественных и злокачественных опухолей, так как многие агрессиные опухоли имеют высокую метаболическую активность.
[18F]-меченный фторэтилспиперонал является радиолигандом, который используется для исследования
D2-допаминовых рецепторов. ПЭТ исследования допаминэргической функции используются для изучения гормональных эффектов (Wong, et al., 1988), процесса старения (Iyo, et al., 1989) и нейропатологических состояний, таких как болезнь Паркинсона и шизофрения.
Фторэтилспиперонал
Фторурацил
[18F]-меченный фторурацил используется для измерения доставки препаратов применяемых при химиотерапевтическом лечении рака (Fowler, et al., 1990).
V. Рубидий
Рубидий-82 имеет период полураспада 1,25 мин.
82Rb используется при проведении
V. Рубидий
Рубидий-82 имеет период полураспада 1,25 мин.
82Rb используется при проведении
Короткое время полураспада (равное 76 секундам) позволяет проводить парные стресс-исследования с высокой скоростью. Одной из отличительных особенностей данной метки является то, что она может быть произведена без циклотрона из генераторной колонки. Однако существуют и ограничения, из-за низкой разрешающей способности изображений, связанной с относительно высокой дальностью полета позитронов от данного эмиттера. 82Rb также используется для определения недостаточности гематоэнцефалического барьера.
Короткое время полураспада 82Rb для получения статистически значимых изображений требует применения высокоэффективных томографов, но в замен специалисты получают преимущество проведения серий измерений у одного пациента. Отсюда возникает возможность изучения кратковременных изменений, вызванных препаратами.
Принципы моделирования использования меток
Кинетическое сканирование
Распредение меток в головном мозге по
Принципы моделирования использования меток
Кинетическое сканирование
Распредение меток в головном мозге по
Распределение меток в сердечной мышце по времени
Анализ зон интереса
Кривая зависимости активности от времени для тканей
Кривая зависимости активность от времени для крови
Количественный анализ изображений
Отличия между качественным и количественным анализом изображений
Подходы к количественному анализу изображений
Критерии для количественного анализа изображений
Блок-схема приблизительной оценки параметров
Кинетическое сканирование
Кинетическое сканирование означает измерение накопления метки по времени. Кинетическая методика
Кинетическое сканирование
Кинетическое сканирование означает измерение накопления метки по времени. Кинетическая методика
Процесс использования ПЭТ-изображений распределения радиоактивности для последующего кинетического моделирования с целью получения необходимой информации называется анализом изображений.
Распределение меток в головном мозге по времени
Распределение меток в головном мозге по времени
Распределение меток в головном мозге в зависимости от времени
Изначально, фторэтилспиперонал распределяется в плазме крови сосудов головного мозга. Затем лиганд в свободном состоянии попадает в вещество мозга. Наконец, через три часа, практически все молекулы фторэтилспиперонала в головном мозге связываются в области полосатого тела, что отображено красным цветом на представленной псевдоцветной шкале.
Распределение меток в сердечной мышце по времени
На серии изображений продемонстрировано распределение
Распределение меток в сердечной мышце по времени
На серии изображений продемонстрировано распределение
Зона интереса (region of interest (ROI)), в данном случае участок миокарда, можно проследить активность данного участка в зависимости от времени.
Кривая зависимости активности от времени для тканей
Данные, полученные путем анализа зон интереса на динамических изображениях, могут быть отображены в виде кривой зависимости активности от времени для тканей. Эта кривая представляет счеты/секунду/пиксель (или счеты/пиксель/мл в том случае если есть калибровочный цилиндр для сканирования) в заданной области как функцию от времени.
Кривая зависимости активности от времени для крови
Данные, полученные из зоны интереса,
Кривая зависимости активности от времени для крови
Данные, полученные из зоны интереса,
Модели для обработки кинетических кривых
При выборе адекватной модели, к экспериментальной кинетической
Модели для обработки кинетических кривых
При выборе адекватной модели, к экспериментальной кинетической
Наиболее распространенные кинетические модели собраны в Банк математических моделей ПЭТ, представляющий собой набор дифференциальных уравнений, описывающих физиологические процессы в организме и в отдельных его органах. Создание эффективного набора моделей, описывающих функционирование биохимических систем представляет собой необычайно сложную и до сих пор до конца не решенную проблему. Некоторые модели весьма громоздки и требует трудоемких вычислений, поэтому широко распространено использование простых моделей, сильно упрощающих реальный процесс, но все же правильно отражающий его основные особенности.
С этой целью организм представляют в виде набора ячеек, образующих последовательные и параллельные цепочки, между которыми осуществляются процессы массообмена. Ячейки связаны транспортными путями в сеть. Математические модели рассматривают ячейки полного перемешивания или полного вытеснения, в которых происходят процессы, формально описываемые кинетикой химической реакцией 1-го или 2-го порядка (обратимой или необратимой). При адекватной подгонке модели удается определить механизм физиологического процесса, найти вклады различных элементарных стадий в суммарный процесс, рассчитать константы скоростей реакций и их ошибки.
Естественно, математические модели сильно завязаны на тип ПЭТ трассера (зонда), поскольку от химической формы зонда зависит набор физиологических и математических моделей. Модели строятся для меченного ацетата, аммония, оксида углерода, кислорода, воды, иона фтора, меченой органики (фтордиоксиглюкоза и др.).
Несмотря на длительную историю метод ПЭТ непрерывно совершенствуется, появляются новые радиофармпрепараты,
Несмотря на длительную историю метод ПЭТ непрерывно совершенствуется, появляются новые радиофармпрепараты,
Все крупные производители медицинского диагностического оборудования разработали и выпускают ПЭТ комбинированные с компьютерными томографами. Данные системы позволяют за одно исследование получать функциональные данные (ПЭТ изображения) и анатомические данные (рентгеновские компьютерные томографические изображения).
Разрешающая способность ПЭТ должна быть сбалансирована приемлемым уровнем шума на изображениях и достаточно высокой пропускной способностью системы. Для большинства используемых сегодня ПЭТ систем приемлемым является внутреннее разрешение равное приблизительно 6 мм по всем пространственным направлениям. При таком разрешении после реконструкции могут быть получены высококачественные изображения с конечным разрешением в 8-10 мм. Такие системы имеют показатель расстояния дискретизации равный 3 мм по всем пространственным направлениям. Относительно однородное разрешение и дискретизация делает их пригодными к проведению настоящей трехмерной визуализации.
Аппаратура для компьютерной томографии
Многослойный компьютерный томограф нового поколения Mx8000 - одна
Аппаратура для компьютерной томографии
Многослойный компьютерный томограф нового поколения Mx8000 - одна