توموگرافي گسيل پوزيترون

توموگرافي گسيل پوزيترون

      در اوايل سالهاي 1950 مشخص گردید که راديو نوکليدهاي گسيل کننده پوزيترونها امکانات جامعي از عکس برداري پزشکي را نسبت به SPECT ارائه مي دادند.

PET‌ براساس يك آشكارسازي در اثر برخورد دو فوتون گسيل شده keV 511 در راستاي مخالف بعد از تابش پوزيترون از يك گسيلنده پوزيترون و الكترون در ماده است. دو فوتون توسط دو آشكارساز همفرودي آشكار مي شود، و داده هاي جمع شده در بسياری از زواياي حول محور بدن بيمار براي بازسازي تصوير توزيع اكتيويته در برش مورد نظر استفاده مي شود. برخي شمارشهاي همفرودي نياز به همسوساز براي تعريف ميدان ديد را مرتفع مي كنند. يك تصوير شماتيك از سيستم PET‌ كه چهار جفت آشكارساز دارد در شكل 1و2 نشان داده شده است.

PET از نظر چگونگي باز ساخت عکس برداري شباهت بسيار زيادي به SPECT دارد با وجود اين به کارگيري دو آشکار ساز در دو طرف مخالف بيمار با لوژيک آشکار ساز منطبق فوتون تفکيک شفاف تر فضائي از محل گسيل در بيمار نسبت به SPECT داشته و لذا باز ساخت بهتر توموگرافي عکس از توزيع اکتيويته در بيمار مي دهد.

 

آشكارسازها اصولاً از بيسموت ژرمانات (BGO)، يديد سديم NaI(Tl)، اكسي اورتو دوسيليكات ليتيم (LSO)، اكسي اورتو دوسيليكات گادولينيوم (GSO)، يا فلورايد باريم (₂BaF)، ساخته مي شوند كه متداولترين آنها BGO‌ است كه در سيستم هاي PET استفاده مي شود.

      سيستم هاي PET‌ از آشكارسازهاي چندتايي كه در دو تا 8‌ حلقه پيراموني دايره اي شكل، شش گوشه اي، هشت گوشه حول بيمار توزيع شده است استفاده مي كنند. هر آشكارساز به يك آشكارساز متقابل از طريق يك مدار همفرودي متصل شده است. از اينرو، همه شمارشهاي همفرودي ناشي از برشهاي مختلف در تمام زواياي ^°360 اطراف بيمار در يك ماتريس 64×64 يا 128×128 يا بيشتر در يك كامپيوتر به طور همزمان دريافت مي كنند، داده ها سپس براي بازسازي تشريح تصاوير توزيع اكتيويته در هر برش پردازش مي شوند.

 

      عکس برداري PET ابتدا در سالهاي 1960با عکس برداري از يک سطح بر نتيجه و نياز به جابجایی بيمار بين نتايج انجام پذيرفت. پت اسکن اول بار در دانشگاه واشنگتن در سنت لوییس درسال ۱۹۷۵ بتوسط مایکل فلپس اختراع گشت. در انتهاي سالهاي 1990، اسکنرهاي PET با بيش از 18000 بلور سنتيلاسیون مستقل، قادر به عکس برداري سه بعدي نواحي مصرف، 6 اينچي محوري و 23 اينچي مورب با تفکيک بهتر از 5 ميليمتر در هر دو جهت قابل دسترسي بودند.

در این سیستم يک عنصر راديواکتيو با نيمه عمر کوتاه که گسیلنده پوزيترون می باشد(که به لحاظ شيميايی ملکول فعال متابوليک محسوب مي شود) به بدن بيمار تزريق مي گردد و پس از وقفه کوتاهی (جهت پخش مواد در سیستم گردش بدن) بيمار جهت تصویرگیری به داخل دستگاه اسکن منتقل می‌شود. مولکولی که بدين منظور استفاده مي شود فلوئورو دی اکسی گلوکز (FDG-18) می‌باشد.

ساير تصويربردارهاي متنوع در دسترس است، كه قادر به شمارش هر دو حالت PET‌ و SPECT هستند. اين تصويربردارها دو آشكارساز دارند كه حول بيمار مي چرخد. در روش PET، داده ها به طور انطباقي بدست مي آيند و در روش SPECT همسوسازهاي اختصاصي استفاده مي شوند. اين تصويربردارها، تصويربردار انطباقي دوسر ناميده مي شود.

يك سيستم جديد PET/CT، اخيراً در دسترس قرار گرفته است، كه تصاوير تطبيقي دقيق كالبدشناسي (CT) و بنيادي (PET) را فراهم مي سازد. بيماران توسط هر دو روش PET‌ و CT در شرايط يكسان بيمار، تصويربرداري شده و تصاوير براي فراهم كردن تشخيص دقيق در كنار يكديگر قرار داده مي شوند.

قیمت هر دستگاه تا دو میلیون دلار تخمین زده می‌شود و اخیرا این دستگاه‌ها با سی تی اسکن بصورت ترکیبی (PET/CT fusion) وارد بازار شده‌اند.

از آنجایی که برای آشکار سازی تلاشی جفتی احتیاج به رادیو ایزوتوپ‌های با نیمه عمر کمتر از دو ساعت می‌باشد، پت اسکن را اغلب در مجاورت یک دستگاه شتاب‌دهنده‌ نصب می‌کنند. پر مصرف ترین این ایزوتوپها فلور-۱۸ است که نیمه عمر آن حدود ۱۱۰ دقیقه‌است. خرید و نصب اینگونه شتاب‌دهنده‌ها خود حدود یک میلیون دلار هزینه در بر دارد.در جدول-3 به برخی رادیوایزوتوپهای بکار رفته در PET اشاره شده است.

 

3: خواص راديو نوکليد هاي بکار رفته در PET

نوکليد	E max (MeV)	Eav (MeV)	بسامد	نيمه عمر	واکنش توليد
^11C	960/0	386/0	998/0	5/20دقیقه	^14N(p,α)
^13N	199/1	492/0	998/0	97/9دقیقه	^13C(p,n)، ^16O(p,α)
^15O	732/1	735/0	999/0	122ثانیه	^15N(p,n)
^18F	634/0	250/0	000/1	110دقیقه	^18O(p,n)

 

فیزیک PET

در سیستم تصویربرداری PET ،تصویربرداری با توزیع رادیوایزوتوپ تابش کننده ی پوزیترون و سپس تولید جفت فوتون در جهت مخالف هم آغاز می شود. این جفت فوتون پس از جدایی توسط یک جفت آشکار ساز به طور همزمان ثبت می شوند، آشکارسازی بر طبق انطباق جفت فوتون ها در جفت آشکارسازها است. خط مستقیم اتصال دهنده ی مرکزهای جفت آشکارساز "خط پاسخ" (Line Of  Response) نامیده می شود. خط پاسخ موردنظر در صورتی می تواند صحیح باشد که نقطه نابودی را قطع کند.خط پاسخ باید در داخل میدان دید(Field Of View) قرار داشته باشد،میدان دید ناحیه ایی است که به وسیله ی همه آشکارسازهای مقابل هم پوشیده می شود.

پوزيترونها بعنوان ضد ماده وجود زود گذر داشته، معمولاً قبل از نابودي با يک الکترون به حالت پایدار (اتم پوزیترونیوم با نیمه عمر  ثانیه) مي رسند. نابودي موجب بوجود آمدن دو فوتون با انرژي MeV511/0 مي­گردد که دقيقاً در دو جهت مخالف هم حرکت مي کنند. بندرت، ممکن است نابودي در پرواز رخ داده، منجر به انحرافات جزئي در گسيل شبه خطي فوتونها گشته و فقدان متعاقب قدرت تفکيک در حدود 1ميلي متر شود. پوزيترونها وقتی که آزاد هستند، مسير خيلی کوتاهی در بافت دارند. مثلاً يک پوزيترون با انرژي 1MeV داراي طول مسير درحدود 4mm مي باشد. راديو نوکليد ¹⁸F ايزوتوپي که بطور گسترده براي PET مورد استفاده قرار مي گيرد، پوزيترونهائي با انرژي ميانگين MeV25/0 مينمايد که داراي بردي کمتر از 1 ميلي متر مي باشد.

 

پديده ها تنها زمانی ثبت می شوند که دو آشکار ساز هر کدام يک فوتون نابودی را همزمان يعنی در مدت 10تا 25 نانو ثانيه از يکديگر ثبت می کنند.  پديده های جداسازی شده با زمان بيشتر ثبت نمی شوند. خط متصل دو آشکار ساز ثبت کننده يک خط پاسخ (LOR) در امتدادی است که فوتونهای نابودی طی کرده و فروپاشی پوزيترون رخ می دهد. اين روش آشکار سازی همزمان تعيين جهت فوتونهای نابودی را بدون نياز به تکسو ساز فيزيکی در SPECT امکان پذير می سازد. به اين دليل آشکار سازی همزمان غالباً بنام تکسو ساز الکترنيکی ناميده می شود. که در آن μ ضريب تضعيف خطی کل برای فوتونهای  MeV511/0 است.

لذا ملاحظه می کنيم که فاکتور تضعيف بدون توجه به اینکه ماده روی LOR فروپاشی پوزيترون در کجا آن باشد، يکسان است. اگر چه با دانش آناتومی بيمار مورد عکس برداری، محاسبه فاکتور تضعيف برای هر LOR امکان پذير خواهد بود، فاکتورهای تضعيف اندازه گيری شده ترجيح داده می شوند. بعنوان مثال، در يک روش در حلقه آشکار ساز، يک چشمه در حال چرخش فوتونهای نابودی، همچون مخلوط در حال تعادل ⁶⁸Ge و ⁶⁸Ga جهت جمع آوری اسکنرهای توده ای با و بدون حضور بيمار به کار می رود. فاکتورهای تضعيف برای هر LOR ممکن است از اين اسکنرها حاصل شده و برای اسکن­های بيمار حاوی راديو داروهای گسيل کننده پوزيترون مورد استفاده قرار گيرد.

تعداد کل پديده های منطبق ثبت شده بوسيله يک جفت مشخص آشکار ساز تصحيح شده بوسيله فاکتور تضعيف مناسب بين آشکار سازها، سنجشی از اکتيويته در بيمار قرار گرفته در امتداد LOR بين آشکار سازها می باشد. از يک سری کامل چنين ترتيبات خطی فعاليت بين کليه جفتهای آشکار ساز پيرامون يک بيمار، توزيع فعاليت در ميان سطح يک حلقه آشکار ساز می تواند با بکار بردن روشهای مشابه بکار رفته در باز ساخت عکس CT، باز سازی شود.

فوتون ها از لحظه تولید تا زمان ثبت در آشکارسازها ،هنگام طی مسیر ممکن است تحت تاثیر رویدادهایی قرار بگیرد .