Prístroje na detekciu žiarenia

Prezentace na téma: "Prístroje na detekciu žiarenia"— Transkript prezentace:

1 Prístroje na detekciu žiarenia
NUKLEÁRNA MEDICÍNA Prístroje na detekciu žiarenia Úvod do nukleárnej medicíny 01

2 Prístroje na detekciu žiarenia
Úvod do nukleárnej medicíny (základné princípy, história a súčasnosť) Základné fyzikálne princípy (atóm, rádioaktivita, ionizujúce žiarenie) Meranie a detekcia rádioaktivity G-M počítače Scintilačné detektory (stavba detektora, scintilačný kryštál) Fotonásobič (stavba a funkcia fotonásobiča) Kolimácia pri detekcii žiarenia (princíp, druhy kolimátorov) Prístroje na detekciu žiarenia gama Gamakamera, SPECT a planárne zobrazenie Pozitrónová emisná tomografia Hybridné prístroje v nukleárnej medicíne (SPECT/CT, PET/CT) Prístrojové vybavenie pracoviska nukleárnej medicíny Kontrola kvality prístrojov 02 2

3 Úvod do nukleárnej medicíny
Zobrazovacie metódy v súčasnej medicíne Röntgenové zobrazovacie metódy Princíp transmisie (prechodu) ionizujúceho žiarenia vyšetrovanou oblasťou; brzdenie žiarenia X rôznymi druhmi tkaniva: RTG Skiaskopia, Skiagrafia CT 03 3

4 Úvod do nukleárnej medicíny
Zobrazovacie metódy v súčasnej medicíne Magnetická rezonancia - MRI Pacient je vložený do veľmi silného magnetického poľa, do jeho tela je vyslaný krátky rádiofrekvenčný impulz a po jeho skončení sa sníma slabý signál, ktorý vytvára pacientovo telo, a ktorý sa následne použije na rekonštrukciu samotného obrazu. Intenzita signálu je závislá na hustote protónov vodíka v tkanive. 04 4

5 Úvod do nukleárnej medicíny
Zobrazovacie metódy v súčasnej medicíne Ultrasonografické USG zobrazovacie metódy USG diagnostika využíva princíp detekcie odrazu zvukových vĺn. Ultrazvukové vlny o frekvencii 2-15 MHz sú do tela vysielané USG sondou, ktorá zároveň slúži aj ako ich prijímač. USG prístroj príjme odrazenú vlnu a vyhodnotí jej intenzitu a časový interval medzi jej vyslaním a prijatím. Spracované informácie prevedie do dvoj až trojrozmerného obrazu. 05 5

6 Úvod do nukleárnej medicíny
Zobrazovacie metódy v súčasnej medicíne Nukleárna medicína Pre vznik diagnostického zobrazenia využíva akumuláciu rádiofarmák v organizme a následnú emisiu fotónov ionizujúceho žiarenia z miesta akumulácie. SPECT PET 06 6

7 Úvod do nukleárnej medicíny
Základný princíp zobrazovacích metód - porovnanie 07 7

8 Úvod do nukleárnej medicíny
Nukleárna medicína je špecializovaným odborom medicíny, ktorého základným princípom je využitie otvorených rádionuklidových žiaričov na diagnostické, terapeutické, prognostické alebo výskumné účely. V  praxi sa nukleárna medicína delí na diagnostickú časť a na terapiu otvorenými žiaričmi. 08

9 Úvod do nukleárnej medicíny
Nukleárna medicína používa bezpečné, bezbolestné a cenovo dostupné techniky pre zobrazenie cieľových orgánov ľudského tela a liečbu chorôb. Zobrazenie v  nukleárnej medicíne je jedinečné, pretože poskytuje klinikom informácie nielen o štruktúre, ale aj o funkcii sledovanej oblasti. Nukleárna medicína používa malé a bezpečné množstvo rádioaktívnych látok za účelom stanovenia diagnózy aj liečby. 09

10 Úvod do nukleárnej medicíny
Zdrojom rádioaktívneho žiarenia v nukleárnej medicíne sú otvorené rádioaktívne žiariče, ktoré sa podávajú vo forme rádiofarmák. Rádiofarmakum je látka so špecifickou väzbou na vyšetrovaný orgán alebo tkanivo, označená rádioaktívnym prvkom, ktorá sa aplikuje do vnútorného prostredia organizmu a následne vychytáva v cieľovom orgáne. 10

11 Úvod do nukleárnej medicíny
V nukleárnej medicíne sa základné rádionuklidy spájajú s inými prvkami, resp. chemickými zlúčeninami, za účelom výroby rádiofarmák (môžu sa vyrábať priamo na pracovisku, alebo sú dodávané ako chemické zlúčeniny-hotový prípravok). Po aplikácii (môže byť intravenózna, perorálna, peritumorálna a i.) sa rádiofarmakum akumuluje v špecifickom orgáne/tkanive, resp. lokalizuje bunkové receptory. Táto charakteristika rádiofarmák umožňuje zobraziť vývoj ochorenia v organizme, založený na bunkovej funkcii (metabolizme) a  fyziológii, namiesto sledovania a  vyhľadávania anatomických zmien v tkanivovej štruktúre . 11

12 Úvod do nukleárnej medicíny
Obr.: Scintigrafia skeletu, 99mTc+MDP 12

13 Úvod do nukleárnej medicíny
Obr.: Scintigrafia štítnej žľazy, 131I 13

14 Úvod do nukleárnej medicíny
Hypoplázia ľavej obličky s hyperpláziou pravej obličky Normálny scintigrafický obraz obličiek Dystopia ľavej obličky Obr.: Scintigrafia obličiek, 99mTc+DTPA 14

15 Úvod do nukleárnej medicíny
Normálny scintigrafický nález pľúc Početné defekty perfúzie pľúc Obr.: Perfúzna scintigrafia pľúc, 99mTc+LYOMAA 15

16 Úvod do nukleárnej medicíny
V diagnostickej časti nukleárnej medicíny sú podané rádiofarmaká detekované/snímané pomocou špeciálnych kamier - gamakamera, ktoré umožňujú získať veľmi presný obraz sledovanej oblasti. Metódami pre získanie žiadanej diagnostickej informácie v nukleárnej medicíne sú jednofotónová emisná tomografia SPECT a pozitrónová emisná tomografia PET. Obe emisné metódy môžu byť v praxi doplnené o transmisnú metódu počítačovej tomografie CT. Poznámka: emisia = vyžarovanie transmisia = prežarovanie 16

17 Úvod do nukleárnej medicíny
Pri terapii pomocou otvorených rádionuklidov sa rádiofarmakum akumuluje v liečenom orgáne/tkanive a proces terapie je dosiahnutý deštrukciou (vyžiarením/zabitím) „napadnutých“ buniek pomocou ionizujúceho žiarenia s krátkym doletom v tkanive 131I, ZEVALIN ( 90Y). 17

18 Úvod do nukleárnej medicíny
Množstvo radiácie, ktorej je pacient vystavený počas scintigrafie (vyšetrenie SPECT) v nukleárnej medicíne je porovnateľné s množstvom, ktorému je pacient vystavený pri diagnostickom RTG a množstvo radiácie, ktorej je pacient vystavený pri terapii otvorenými žiaričmi je prísne sledované a udržiavané  v bezpečných limitoch. Vo všeobecnosti sa v nukleárno-medicínskych procedúrach uplatňuje tzv. systém ALARA (As Low As Reasonably Achievable). 18

19 Úvod do nukleárnej medicíny
Limity pre optimálne diagnostické dávky stanovuje legislatíva SR v Nariadení vlády SR 340/2006 O ochrane zdravia osôb pred nepriaznivými účinkami ionizujúceho žiarenia pri lekárskom ožiarení. Nariadenie hovorí o maximálnych dávkach aplikovaných pre jednotlivé druhy vyšetrení, avšak zároveň hovorí o tom, že limit pre pacientov nie je striktne stanovený, za výšku aplikovanej dávky zodpovedá vyšetrujúci lekár. Výpočet dávok pre deti upravuje Európska asociácia pre nukleárnu medicínu (EANM). Výška aplikovanej dávky nie je v žiadnom prípade ohrozujúca pre pacienta, ani pre jeho okolie. 19

20 Úvod do nukleárnej medicíny
Aj keď sa nad tým nezamýšľame, každý je dennodenne vystavený vplyvu žiarenia či už z prírodných, alebo umelých zdrojov. Pre väčšinu ľudí prirodzené rádioaktívne pozadie zo vzduchu (atmosféra, kozmické žiarenie) pôdy (radón, draslík 40K, T1/2=1,25×109 rokov) vody samotného ľudského tela (40K, 14C T1/2=5 730 rokov) predstavuje až 75% radiácie, ktorej sme ročne vystavení. Zvyšok predstavuje ožiarenie z priemyselného používania rádioaktívnych materiálov (televízory, hlásiče požiarov ) a lekárskeho ožiarenia (RTG, lekárske prístroje). 20

21 Úvod do nukleárnej medicíny
Väčšina vyšetrení v nukleárnej medicíne vystavuje pacienta ožiareniu, ktoré za bežných podmienok dostane za niekoľko mesiacov svojho života! 21

22 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Vďaka multidisciplinárnemu charakteru nukleárnej medicíny je veľmi ťažké stanoviť kedy presne došlo k vzniku tohto medicínskeho odboru. Väčšina medicínskych historikov za začiatky nukleárnej medicíny považuje obdobie medzi objavením umelej rádioaktivity v  roku a  začiatkom produkcie rádionuklidov pre medicínske účely v  Oak Ridge National Laboratory (Tennessee, USA) v roku 1946. 22

23 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Za prvý dôležitý míľnik v histórii nukleárnej medicíny je považované objavenie umelej rádioaktivity Frédericom Joliotom a Iréne Joliot - Curie v roku 1934 (za pomoci neutrónov vytvorili nové rádioaktívne izotopy, ktoré sa v  prírode nevyskytujú a  následne sledovali ich rádioaktívny rozpad až do nadobudnutia stabilného stavu). K rozvoju nukleárnej medicíny by však nemohlo dôjsť bez predošlej Práce Wilhelma Konrada Röntgena (objavenie lúčov X-1895), Henriho Becquerela (objavenie prirodzenej rádioaktivity v uránových soliach-1896), Marie Curie (rádioaktívne rádium, tórium, polónium a  zavedenie pojmu rádioaktivita-1898), Georga de Hevesy (zavedenie stopovacej metódy-použitie izotopov pre sledovanie biologických systémov a procesov 1932). 23

24 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Dôležitou prelomovou etapou v histórii nukleárnej medicíny bolo podávanie rádioaktívneho jódu I131 (tzv. atómový koktail) pri liečbe karcinómov štítnej žľazy v roku 1946. Liečba spočívala vo vychytaní rádioaktívneho jódu štítnou žľazou a následnom vyhubení/vyžiarení (bunková smrť spôsobená ožiarením) rakovinových buniek (nekontrolovane sa deliacich). Okrem liečby karcinómov štítnej žľazy bol jód I131 v menších dávkach používaný na stanovenie funkcie štítnej žľazy a jej diagnostiku a na liečbu hypertyroidismu. 24

25 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny V širšom rozsahu sa nukleárna medicína začala rozvíjať ako výhodná diagnostická metóda až na začiatku 50-tych rokov 20. storočia po tom ako sa prehĺbili poznatky o použití určitých rádionuklidov pre sledovanie konkrétnych biochemických procesov detekcii rádioaktivity (vhodná prístrojová technika) výrobe nových rádionuklidov 25

26 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Spomedzi všetkých rádionuklidov, ktoré boli vyvinuté pre medicínske účely vývoj žiadneho nuklidu nemá taký význam ako Technécia 99mTc. Technécium bolo objavené v roku 1937 C. Perrierom a E.Segreom a bolo mu pridelené 43 miesto v periodickej tabuľke prvkov. Prvý generátorový systém na produkciu 99mTc pre medicínske účely bol vyvinutý v 60-tych rokoch, čo umožnilo jeho masové používanie. (Vo väčšine rádiofarmák v nukleárnej medicíne je rádioaktívnym nosičom práve technécium a  pokrýva široké spektrum vyšetrení rôznych orgánov.) 26

27 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Priekopníkmi v   prístrojovej technike pre nukleárnu medicínu boli Benedict Cassen (1956), ktorý zostrojil prvý priamočiary skener a Hal O. Anger, ktorý je „otcom“ prvej gamakamery (1957). Základný princíp Angerovej kamery sa zachoval až do súčasnosti ! Koncom 50-tych rokov bol David E. Kuhlom vyvinutý koncept jednofotónovej emisnej tomografie SPECT, ktorá sa v priebehu nasledujúcich desaťročí naďalej zdokonaľovala a smerovala až k fúzii SPECT a CT technológie. Prvý PET skener pre medicínske účely bol dostupný v roku V roku 1998 bol predstavený koncept hybridnej technológie PET/CT. 27

28 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Prvý priamočiary SCANNER vyvinul v roku 1950 Benedict Cassen. Toto zariadenie, ako prvé dokázalo mapovať rozloženie rádioaktivity v organizme, ktorá bola podaná za účelom zobraziť orgány, ktoré nebolo možné vyšetriť pomocou röntgenu. Zariadenie sa u nás nazývalo pohybový gamagraf a metóda zobrazenia sa nazývala gamagrafia. Metóda sa stala základom pre zobrazenie v nukleárnej medicíne. Neskôr bola nahradená scintilačnou kamerou. Zobrazenie objektu po jednotlivých bodoch – kde hustota a farba čiarok na obrázku predstavovala číselnú hodnotu pre malú časť obrazu sa stala základom pre myšlienku digitalizácie obrazu. Až v roku 1964 prišli prvé algoritmy a počítače, ktoré umožnili digitalizáciu obrazu najprv nie pre fotografiu, ale pre potreby spracovania obrazu v nukleárnej medicíne. 28 28

29 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Gamagraf PHO-DOT 29 29

30 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Schéma Priamočiareho skenera Schéma Angerovej gamakamery 30 30

31 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Angerova kamera Priamočiary skener 31

32 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny Vývoj prvého PET skenera M.E. Phelps a kolektív 32

33 Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny PET/CT hybridný skener 33

34 Úvod do nukleárnej medicíny
Nukleárna medicína v súčasnosti dokáže vyšetriť takmer každý orgán ľudského tela a jej výsledky „úspešne“ využíva kardiológia pneumológia nádorová diagnostika ortopédia a traumatológia reumatológia-osteológia nefrológia a urológia endokrinológia gastroenterológia a hepatológia neurológia hematológia 34

35 Úvod do nukleárnej medicíny
Ďakujem za pozornosť! 35