Terápia az izotópok, mint nyomjelzık alkalmazásáért a kémiai folyamatok tanulmányozására

Nucleáris Medicina: Segédanyagok

BEVEZETÉS: NUKLEÁRIS MEDICINA

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

Más források: • Elektronikus tankönyv: http://www.nmc.dote.hu/nmtk/

Varga József

• Angol tankönyv: A Clinician's Guide to Nuclear Medicine • Biológiai izotóptechnika (Szerk.: Varga J.;

Debreceni Egyetem OEC

http://www.nmc.dote.hu/oktatas.htm - tankönyv - ÁOK elıadások diái

Nukleáris Medicina Intézet 2010.

2010.

Varga J.

Bevezetés: Nukleáris Medicina

2

Felfedezések, melyek a Nukleáris Medicina kialakulásához vezettek

Értékelés • Gyakorlatok

DE EFK, 2006)

• Elektronikus segédanyagok:

→

3 fokozatú minısítés

– gyakorlatonként (kiadott kérdések, órai munka alapján)

• „Radiológia és Nukleáris Medicina” szigorlati jegy ¼-e: – írásbeli vizsga – javasolt idıpont: február eleje

Henry

Marie

Hevesy

Becquerel

Curie

György

Túlmőködı pajzsmirigy adenoma

2010.


Varga J.

3

2010.

NUKLEÁRIS MEDICINA


Gyógyászati alkalmazások (nukleáris medicina)

alkalmazásának elve:

Diagnosztika

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

„Molekuláris leképezés”

Terápia

„az izotópok, mint nyomjelzık alkalmazásáért a kémiai folyamatok tanulmányozására” Varga J.

5

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

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

Varga J.

Varga J.

6

Alapelv: sok fotoelektron-sokszorozó „látja” egyidejőleg ugyanazt az egyetlen nagy egykristályt; elektronikus áramkör dekódolja minden egyes becsapódás koordinátáit

ROSALYN YALOW (1921-)



1957: Anger-kamera

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

2010.

2010.

Laboratóriumi analitikai módszerek kombinálása radioaktív nyomjelzéssel

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

1960: Yalow és Berson radioaktív nyomjelzésen (és

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

Diagnosztikai módszerek kutatási alkalmazása

„In vitro”

1943: Kémiai Nobel-dij

RIA:

Kutatási alkalmazások (nukleáris medicina)

„In vivo”

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


4

Radioizotópok orvosi-biológiai alkalmazásai

1924: A radioaktív nyomjelzés

2010.

Varga J.

Hal Anger (Berkeley) az általa kifejlesztett pozitronkamerával A szcintillációs gammakamera kifejlesztıje 7

2010.


Varga J.

8

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

Radionuklid kiválasztása leképezéshez Elektromágneses sugárzást detektálunk!

1970-es évek eleje: PET

Gamma-sugárzás

• alacsony-közepes energiájú • Felezési idı: ~ óra (v. nap) • Megfelelı vegyület jelezhetı legyen vele

Pozitron-bomlás megsemmisülési sugárzás: 2 ⋅ 511 keV

Karakterisztikus röntgen (K-befogás után)

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

e-

Michel M. Ter-Pogossian, Mallinckrodt Institute Michael E. Phelps, UCLA

2010.

Varga J.


9

2010.

Mesterséges radioaktív anyag elıállítása

• atomreaktorban (magas neutron-fluxus)

C-11 N-13 O-15 F-18

γ

rtg.

Varga J.


10

Radionuklidok a Nukleáris Medicinában, UK 2003/04

Kr-81m; 6.1%

Csillebérc

Cr-51; 3.8%

Debrecen: Budapest:

• gyorsítók felhasználásával (kör-körös: ciklotron) drága!

Tl-201; 2.4%

2 1

I-131; 2.3% F-18; 1.5% C-14; 1.2% Tc-99m; 79.5%

Xe-133; 0.8% I-123; 0.7% In-111; 0.4%

Ernest Lawrence (Berkeley) a ciklotron feltalálója

2010.

Egyéb; 1.3%

Varga J.


99Mo-99mTc

11

1. Kollimátor 2. Kristály: NaI (Tl) 3. Fotoelektronsokszorozók 4. Impulzusok 5. Anger-áramkör 6. X, Y Koordináták 7. „Jó” események 8. Tárolócsöves oszcilloszkóp 9. Analóg-digitál átalakítók 10. Számítógép

Oldószeres edény Szőrı Légszőrı

Ólom árnyékolás Aluminium-oxid oszlop

Varga J.


13

2010.

Kollimátoros képalkotás

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII Kristály

Detekktor Dete

Varga J.


12

Anger-rendszerő gammaAngergamma-kamera felépítése

generátor

Vákuumos edény

2010.

2010.


Mátrixáramkör

Differenciáldiszkriminátor

Varga J.

14

Varga J.

16

PET kamera

⇐

Ólom Ólomkollimá ollim átor

fotoelektron-sokszorozók + elıerısítık

•

A képalkotáshoz ismerni kell az érzékelt fotonok mozgási irányát

•

A kollimátor azokat a γ-kvantumokat engedi tovább, amelyek kb. merılegesek a detektor síkjára. Forrás: Freek Beekman et al., Utrecht

2010.


Varga J.

15

2010.


Orvosi leképezı eljárások

Terápia nyílt radioizotópokkal Nyílt radioaktív preparátum beadása betegeknek terápiás céllal. A radioaktívan jelzett anyag az elpusztítandó sejt közvetlen közelébe kerül, és ott (lokálisan) fejti ki hatását. A terápiát általában béta-sugárzó radionuklidokkal végezzük (max. úthossz testszövetben: ~ mm)

Nagyon specifikus radiofarmakonok kellenek!

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

Varga J.


17

2010.

Varga J.


18

United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations

Targets and tools of medical imaging

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

Therapy Diagnosis

Nuclear imaging Interventional Angiography CT X-ray, medical X-ray, dental 1 2010.

Varga J.


19

2010.


21

2010.


10

100

1 000

10 000

100 000

Number of procedures / million population

1 000 000

Varga J.

20

Varga J.

22

Funkcionális és strukturális leképezés: Alacsony malignitású glioma újrafejlıdése (FDG)

PET Centrum, Debrecen 2010.

Varga J.


Leképezı technikák érzékenysége

Emissziós leképezés: Vizsgálattípusok

a jelzı- ill. kontrasztanyagok kimutatására Leképezı módszer UH CT gamma-kamera PET MRI MRS

jelzı/kontrasztanyag koncentrációja (mol/kg testtömeg) 10-3 10-3 -910 10-12 10-9- 10-12 10-5 10-5

Statikus: egyensúlyi eloszlás leképezése

Dinamikus: képek sorozata a radiofarmakon beépülésérıl / kiválasztásáról

Egésztest: összekapcsolt statikus képek

Forrás: G. von Schulthess, University Hospital, Zürich

Tomográfiás: gamma: single photon emission tomography (SPECT) pozitron: positron emission tomography (PET) Prof. Wolfgang Mohnike

2010.


Varga J.

23

2010.


Varga J.

24

Pajzsmirigy-kép (helyreállító szőrıvel)

Különálló képek

Kóros: aktivitás-kiesés

Egésztest

Nyers kép 2010.

Varga J.


25

2010.

„Pozitív” szcintigram:

Metz-szőrt Varga J.


26

Más vegyület más eloszlást mutat

Toxikus göbös golyva

Rosszindulatú pajzsmirigy-daganat csökkent aktivitás pertechnetáttal

Kóros: aktivitás-fokozódás

99mTc-Pertechnetát

99mTc-MIBI fokozott MIBI-halmozás

2010.

Varga J.


27

2010.

Példák: Dinamikus vizsgálatok

Vese

28

Információ dinamikus vizsgálatokból Részterületek idı-aktivitás görbéi

Kapuzott szív vértartalom

Nyelıcsı

Varga J.


Parametrikus képek

Képsorozat Körülrajzoljuk a kívánt terület(ek)et

Színkódolt kijelzés Színkódolva kijelezzük

Idı-aktivitás görbéket képezünk belılük

2010.


Varga J.

29

2010.

SPECT: „single photon emission computed tomography”

2010.

•

általában 360°-os ív

•

szív: 180°-os

•

képek 3-6°-onként (30-120 vetület)

•

keresztmetszeti eloszlások kiszámolása


Varga J.


Varga J.

30

Varga J.

32

Gamma-kamerák

31

2010.


Visszavetítés Felhasznált nézetek:

3 dimenziós ábrázolás 1

3

16

2010.

4

32

64

Varga J.


33

34

PET-ligandumok különbözı receptor-rendszerek leképezésére

Koincidencia-detektálás 180°-on: - magasabb érzékenység (nincs kollimátor) - jobb jel/zaj viszony

•

Könnyebb elnyelés-korrekció (a két út összege = testvastagság)

•

Fiziológiásabb radiofarmakonok (C-11, N-13, O-15, F-18)

•

Varga J.


Agyi receptorok leképezése

PET - elınyök •

2010.

[F-18] fluoro-2deoxy-glucose

*

[C-11]-flumazenil (benzodiazepinereceptor)

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

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

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

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

NH2 OH

HO

H3C

O N

OH

Ph

CH2CH3 NH

H

FH2 C

Cl OCH3

N

F

O

N

OCH2 CH3

OH F

O

SCH3

N Cl

N

O

HO

Dinamikus tomográfiás leképezés lehetséges (egyidejő adatgyőjtés minden irányból)

O

N

CH3

Cl

N

H

CH3

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


Varga J.

35

2010.

Varga J.


36

Funkcionális és szerkezeti leképezés:

egymást kiegészítı szerep

2010.


Varga J.

37

2010.

Hibrid készülékek

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)


Varga J.

38

Varga J.

40

Hibrid leképezés 1: CT

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

• SPECT/CT 2010.


Varga J.

39

2010.


Történet: tomográfia

Hibrid leképezés 2: Emissziós

2010.

Varga J.


41

1895:

Röntgen

1958:

Gamma-kamera (Hal Anger)

1962:

Emission reconstruction tomography (David Kuhl)

1971:

CT (Godfrey Hounsfield) CT képrekonstrukció (Allan M. Cormack)

197~:

PET (Michel Ter-Pogossian)

1976:

SPECT kamera (John Keyes) Agyi SPECT kamera (Ronald Jaszczak)

1992:

SPECT/CT, sugárgyengítés-korrekció CT-vel (T. F. Lang, Bruce H. Hasegawa)

2000:

PET-CT (Ron Nutt, David Townsend)

2008:

Humán PET/MRI

2010.


42

Varga J.

Együttes értékelés szerepe

1.

SPECT elnyelés-korrekciója CT !!!

Elnyelés-korrekció –

Gyorsabban (rövidebb ideig kell fennfeküdni a betegnek)

–

Pontosabban (zajmentesebben)

2.

Anatómiai és funkcionális információ integrálása –

Lokalizálás

–

PET, SPECT: fajlagosság javítása

–

CT: érzékenység javítása

–

PET, SPECT résztérfogat-hatás korrekciója

Korrigálatlan (szűrt visszavetítés)

(kevesebb álpozitív)

Elnyelési térkép

Korrigált (OSEM)

(kevesebb álnegatív)

Forrás: M. King et al. 2010.

Varga J.


43

2010.

Tumor lokalizálása terápia-tervezéshez

2010.

45

2010.

NM, UK 2003/04 0.0%

5.0%

10.0%

15.0%

20.0%

25.0%

30.0%

Varga J.

44

Varga J.

46

Effektív dózisok (mSv)

Varga J.




Csontszcintigráfia - Technika

35.0%

Szívizom perfúzió ; 15.0% Agyi perfúzió HMPAO; 0.7%

Farmakon: Felhasznált jelenség: A leképezés ideje: Szokásos képek:

Csont Foszfátok; 29.0% Tüdıperfúzió MAA; 14.0% Tüdı ventilláció ; 11.3% Vese din. ; 5.3% Vese stat. DMSA; 4.3% Gyulladás HMPAO; 1.2% Pajzsmirigy Pertechnetát; 1.6% Szív falmozgás Tc-vvt; 1.5%

Számolt kvantitatív adatok: Kimutatható rendellenesség: Nem mutatható ki:

Pajzsmirigy-terápia I-131; 1.5%

Tumor anyagcsere FDG; 1.3% Egyéb PET ; 0.4%

[Tc-99m] difoszfonátok (MDP, HEDP) Vérellátás és osteoblast aktivitás. Az injekció beadása után 2-3 órával. •

Elöl- és hátulnézetbıl - a törzs csontjairól és a koponyáról - szükség esetén a végtagokról is.

• a teljes testrıl Sacroiliacalis index Aktivitás-fokozódás daganatban, áttétben, osteomyelitisben; a törés helyén, stb. Osteoporosis, tisztán lyticus folyamat

GFR Cr-51 EDTA; 3.4% Helicobacter Pylori C-14 urea; 1.0%

2010.


Varga J.

47

2010.


Varga J.

48

Áttétek több helyen

Csontszcintigráfia - Indikációk

1. Emlı, prosztata és tüdırák áttétei 2. Jóindulatú betegségek: - osteomyelitis - törések 3. Asepticus csont-necrosis 4. Osteodystrophia (vese-eredető)

2010.


Varga J.

49

Varga J.

51

Kvantitatív paraméterek

SACROILIACALIS INDEX Bal: 1.27 Jobb: 1.34

2010.


2010.


Varga J.

50

Terápia az izotópok, mint nyomjelzık alkalmazásáért a kémiai folyamatok tanulmányozására

Recommend Documents