Felfedezések, melyek a Nukleáris Medicina kialakulásához vezettek NUKLEÁRIS MEDICINA: célok, területek, eszközök

Felfedezések, melyek a Nukleáris Medicina kialakulásához vezettek NUKLEÁRIS MEDICINA: célok, területek, eszközök Varga József Debreceni Egyetem OEC

Marie Curie

Nukleáris Medicina Intézet

Henry Becquerel

Hevesy György

Túlmőködı pajzsmirigy adenoma

2010. 2010.

Sugárzások: mi honnan jön? Radioaktív atom

Áttekintés: Nukleáris Medicina

Varga J.

2

NUKLEÁRIS MEDICINA Ionizáló sugárzás

1924: A radioaktív nyomjelzés alkalmazásának elve:

alfa-részecske

röntgen-sugár

Ha egy molekulában valamelyik atomot annak radioaktív izotópjára cseréljük, ez nem változtatja meg lényegesen a kémiai és biológiai tulajdonságait. béta-részecske

Következmény: a molekula mozgása, eloszlása, HEVESY György felhalmozódása sugárzásméréssel kimutatható. (1885-1966)

1943: Kémiai Nobel-dij „az izotópok, mint nyomjelzık alkalmazásáért a kémiai folyamatok tanulmányozására”

gamma-sugár 2010.


Varga J.

3

2010.


Varga J.

4

2010.


Varga J.

5

2010.


Varga J.

6

Orvosi leképezı berendezések elektromágneses tartománya

Orvosi leképezési módok Eljárás

Hullám

Min alapul a szervezetrıl nyert információ?

Információ

Ultrahang

hang

visszaverıdés más rugalmasságú közeg határáról

szerkezeti

Röntgen,

elektromágneses

sőrőségtıl függı elnyelıdés

szerkezeti

CT

(röntgen)

+ kontrasztanyag eloszlása

MRI

elektromágneses

magrezonancia (proton)

Energia

Frekvencia Hullámhossz

Röntgen- és gamma-sug.

szerkezeti

(rádiófrekvenciás) + kontrasztanyag eloszlása Gammakamera

elektromágneses

PET

elektromágneses (megsemmisülési gamma)

2010.

γ-sugárzó nyomjelzı anyag eloszlása

mőködési

pozitron-sugárzó nyomjelzı anyag eloszlása

mőködési

(gamma, rtg.)


MRI RF tartomány

Varga J.

7

2010.


Varga J.

8

Funkcionális és szerkezeti leképezés:

Orvosi leképezı eljárások

egymást kiegészítı szerep

PET & SPECT

CT, MR

funkcionális információ

strukturális / morfológiai információ

jelentıs résztérfogat-hatás

jobb felbontás

nagyobb zaj

CT: magas betegdózis

az elnyelés és szórás lerontja a képet

MR: inhomogén kép, geometriai torzítások (a mágneses mezı inhomogenitása miatt)

NM (gamma+PET)

Forrás: „What is Nuclear Medicine?” (SNM) 2010.

Varga J.


9

2010.

Varga J.

10

Az orvosi leképezés célpontjai és eszközei

Leképezı technikák érzékenysége a jelzı- ill. kontrasztanyagok kimutatására

Leképezı módszer UH CT gamma-kamera PET MRI MRS


jelzı/kontrasztanyag koncentrációja (mol/kg testtömeg) 10-3 10-3 10-9- 10-12 10-9- 10-12 10-5 10-5

Forrás: G. von Schulthess, University Hospital, Zürich 2010.


Varga J.

11

2010.

Diagnosztika

Kutatási alkalmazások (nukleáris medicina)

Terápia

2010.


sugárzásmérésen) alapuló telítési analízises eljárást dolgozott ki az inzulin plazma-koncentrációjának mérésére

Diagnosztikai módszerek kutatási alkalmazása

ROSALYN YALOW (1921-)

RIA: radioimmunoassay (versengés fehérje-kötésért; a mérendı molekula van jelezve) IRMA: immunoradiometric assay („szendvics” módszer) …

„Molekuláris leképezés”

Laboratóriumi analitikai módszerek kombinálása radioaktív nyomjelzéssel Varga J.

12

1960: Yalow és Berson radioaktív nyomjelzésen (és

„In vivo” „In vitro”

Varga J.

A Nukleáris Medicina részterületei: 1. „In vitro” koncentráció-mérés

Radioizotópok orvosi-biológiai alkalmazásai Gyógyászati alkalmazások (nukleáris medicina)


13

2010.


1977: Orvosi Nobel-díj „peptide hormonok radioimmunoassay-einek kifejlesztéséért ”

Varga J.

14

2. „In vivo” leképezés B. Pozitron-sugárzóval („kétfotonos”)

A Nukleáris Medicina részterületei: 2. „In vivo” leképezés A. Gamma-sugárzó radionukliddal („egyfotonos”)

1970-es évek eleje: PET

1957: Anger-kamera Alapelv: sok fotoelektron-sokszorozó „látja” egyidejőleg ugyanazt az egyetlen nagy egykristályt; elektronikus áramkör dekódolja minden egyes becsapódás koordinátáit Hal Anger (Berkeley) az általa kifejlesztett pozitronkamerával A szcintillációs gammakamera kifejlesztıje 2010.


Varga J.

15

Alapelv: A megsemmisülési sugárzás két, kb. 511 keV-es fotonja ellentétes irányba száll. Egyidejő detektálásukkal a bomlási helyet tartalmazó egyenes is meghatározható. • • 2010.

Michel M. Ter-Pogossian, Mallinckrodt Institute Michael E. Phelps, UCLA Áttekintés: Nukleáris Medicina

Varga J.

16

United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations

Terápia nyílt radioizotópokkal

Average of health-care level I, 1991-96 (UNSCEAR) Brachytherapy

Nyílt radioaktív preparátum beadása betegeknek terápiás céllal. A radioaktívan jelzett anyag az elpusztítandó sejt közvetlen közelébe kerül, és ott (lokálisan) fejti ki hatását.

Teletherapy Radionuclide therapy

A terápiát általában béta-sugárzó radionuklidokkal végezzük (max. úthossz testszövetben: ~ mm)

Therapy Diagnosis

Nuclear imaging Interventional Angiography CT X-ray, medical X-ray, dental 1

2010.


Varga J.

17

2010.

Nukleáris medicina: megoszlás

10

100

1 000

10 000

100 000

Number of procedures / million population


Varga J.

1 000 000

18

USA 2005-06, nukleáris medicina USA, 2005

USA, 2005

NM leképezési módok, UK, 2003/04

PET 5%

PET 5%

PET 2%

SPECT 17%

Gammakamera 95% Gammakamera 95%

Planáris 81%

2010.


Varga J.

19

2010.

Mesterséges radioaktív anyag elıállítása

• atomreaktorban (magas neutron-fluxus) • gyorsítók felhasználásával (kör-körös: ciklotron) drága!


Varga J.

20

Emissziós leképezés: Vizsgálattípusok Statikus: egyensúlyi eloszlás leképezése

Csillebérc

Egésztest: Debrecen: Budapest:

összekapcsolt statikus képek

2 1

Dinamikus: képek sorozata a radiofarmakon beépülésérıl / kiválasztásáról

Tomográfiás: gamma: single photon emission tomography (SPECT) pozitron: positron emission tomography (PET)

Ernest Lawrence (Berkeley) a ciklotron feltalálója 1938

2010.


Varga J.

21

2010.


Varga J.

22

Példa: Dinamikus vesevizsgálat

Különálló képek

Egésztest csontszcintigram

2010.


Varga J.

23

2010.


Varga J.

24

PET: áttát-keresés [F-18] fluor-dezoxi-glükózzal

Agyi vérátfolyás SPECT (Tc-99m HM-PAO)

coronalis

transaxialis

2010.

Varga J.


25

Agyi receptorok leképezése

[C-11]-flumazenil (benzodiazepinereceptor)

[C-11]-b-CPPIT (dopamine transporter)

[C-11]-raclopride (dopamine D2 receptor)

[F-18]-memantin (NMDA-receptor)

Varga J.


26

Az emissziós leképezés nehézségei

PET-ligandumok különbözı receptor-rendszerek leképezésére

[F-18] fluoro-2deoxy-glucose

2010.

• Zaj: Poisson közelítés: Gauss,

[C-11]-McN 5652 (serotonin transporter)

a beütés szórása ≈ beütés

• Elnyelés: homogén közegben exponenciális • Szórás: – A felbontást csökkenti OH

HO

H3C

O

OH

Ph

– Tc-99m, 20%-os ablak: a szórt sugárzást belemérjük 60o-os eltérítésig!

SCH3

Cl OCH3

N O

NH2

CH2CH3 NH

H F

O

N

OCH2 CH3

OH F

N

N

Cl

N

O

HO

O

N

CH3

Cl

FH2 C

H N

CH3

Forrás: G. von Schulthess, University Hospital, Zürich 2010.


Varga J.

27

2010.

Hibrid készülékek


Varga J.

28

Varga J.

30

Hibrid leképezés 1: CT

• PET és CT vagy SPECT és CT egy állványon • Leképezés egymás után, de a beteg változatlan testhelyzetben fekszik

2010.


Varga J.

29

2010.

Hibrid leképezés 2: Emissziós


Effektív dózisok (mSv) 25

20

Szcintigráfia

15

Hibrid

Bonyolult radiológiai

Egyszerő rtg.

10


Varga J.

31

2010.


Varga J.

Hasi

Medence v. csípı

Mellkas (PA+old)

Lumbaris gerinc (AP)

Koponya (PA or AP)

Thoracalis gerinc (AP)

Lumbaris gerinc sorozat

Cervicalis gerinc sorozat

Thoracalis gerinc sorozat

PTCA (szív)

Mammogram

Coronary angiogram

CT medence

CT (fej, mellkas)

CT fej

CT hasi

CT (mellkas)

Barium étel

Barium nyelés

FDG+HR CT

Iv. Pyelogram

FDG+LR-CT

Epeút

Gyulladás (Ga)

Csont

Perf. tüdı

Agyi perfúzió

Szívizom (terh+nyug)

Stat. vese

Din. vese (MAG3)

Szívi. SPECT/CT (terh+nyug)

2010.

Pajzsmirigy

0

Din. vese (DTPA)

5

32

„In vivo” molekuláris leképezés elıfeltételei

Molekuláris leképezés célpontjai

A lehetséges célpontok lehetnek a DNS, RNS vagy fehérjék szintjén Atom- v. molekulacsoport, amelyet más molekulákhoz v. sejtalkotókhoz kapcsolunk ezek tulajdonságainak tanulmányozása céljából.

Hírvivı

Gén

Szerkezet

2. Biokompatibilis kötıdı anyag

A. Leképezendı sejtalkotók és szerepük

1. Célpont kutatása

3. Célba juttatás és gátlói Mőködés

2010.

Célpont

Szám sejtenként

Gén (DNS)

2

Hírvivı

50 – 1 000

Fehérje

100 – 1 000 000

Mőködés

tömeges

B. Célpontok száma sejtenként. Célpontok

4. Jelerısítési megoldások 6. Értékelés

Varga J.


5. Leképezı rendszerek: - kísérleti - klinikai

33

2010.


Varga J.

34

35

2010. 2006.

Áttekintés: Bevezetés: Nukleáris Medicina

Varga J.

36

„Mikro” leképezési technikák és berendezések

2010.

Micro-MR

50*50*500 µm

Micro-CT

50 µm

Micro-PET

(1-) 2 mm

Micro-SPECT

~0.5-2 mm

Digitális autoradiográfia

25 µm

Micro-ultrahang

TRV: 20-40 µm Oldalra: 50-100 µm

Optical coherence tomogr. (az UH analógiájára)

10 µm


Varga J.

Nukleáris Medicina: segédanyagok • Nukleáris Medicina (Szerk. Szilvási I.; Medicina Kiadó, 2010)

• Biológiai izotóptechnika (Szerk.: Varga J.; DE EFK, 2006)

• Elektronikus segédanyagok: http://www.nmc.dote.hu/oktatas.htm - tankönyv - ÁOK elıadások diái http://en.wikibooks.org/wiki/ Basic_Physics_of_Nuclear_Medicine Ld. még: http://www.nmc.dote.hu/oktatas/klinsugfiz/index.htm → Könyvek 2010.


Varga J.

37

Felfedezések, melyek a Nukleáris Medicina kialakulásához vezettek NUKLEÁRIS MEDICINA: célok, területek, eszközök

Recommend Documents