NUKLEARNA MEDICINA

1. Klinički problem

2. Radiofarmaceutik

Dijagnostka i terapija otvorenim izvorima zračenja

3. Instrumentacija

Slike u nuklearnoj medicini

n Slika predstavlja funkcionalne

(nasuprot anatomskim) karakteristike ljudskog tkiva

n Slika se dobija trasiranjem distribucije radiofarmaceutika u telu pomoću gamakamere

Skeniranje kostiju99mTc Intravenozno (400-600) MBq

Dijagnostika:Metastaze u kostimaBenigne i maligne tumore kostijuPrelome kostiju

Snimanje 3 sata posle unosa

Normalno stanje Patološko stanje

Skeniranje pluća

100 MBq Tc99m

IV

Skeniranje odmah

Detektuje: pulmonarnu emboliju

Tiroidea

Radiofarmaceutci: • 100 MBq Tc99m IV•Skeniranje posle 15 minuta •Peroralno I123, I131

•Skeniranje posle 24 časa

Cerebralni protok krvin 99mTc Intravenozno 800 MBq

n Tomografija posle 30 minuta

n Lokalizuje se u sivoj masi

nDetekcija demencije mozga (Alchajmerova bolest, cerebrovaskularni problemi)

Functional Image

Registration

(FIRE)

Proizvodnja radionuklida

Svi radionuklidi koji se koriste u nuklearnoj

medicini su veštački proizvedeni u:

- nuklearnom reaktoru

- ciklotronu (PET)

- generatoru radionuklida

Proizvodnja radionuklida

Meta Reakcija RadionuklidCr-50 (n,γ) Cr-51Mo-98 (n, γ) Mo-99Xe-124 (n, γ) Xe-125 => I-125Te-130 (n, γ) Te-131 => I-131Zn-68 (p,2n) Ga-67Cd-111 (p,n) In-111Tl-203 (p,3n) Pb-201 => Tl-201Te-124 (p,2n) I-123I-127 (p,5n) Xe-123 => I-123U-235 (n,f) Zr-99 => Nb-99 => Mo-99

Generatori radionuklida

Mo-99 (66 sati) Tc-99m (6 sati)

Instrumentacija u nuklearnoj medicini

• Merila aktivnosti i referentni izvori za etaloniranje

• Sonde i brojači

• Oprema za morfološke i funkcionalne studije

• Skener

• Gamakamera *ukljuc.SPECT

• PET- pozitronska kamera

• Klinička dozimetrija

“Hot Lab”

Administriranje radiofarmaceutika

Merilo aktivnosti sa jonizacionom komorom (“dozekalibrator“)

4 - jonizaciona komora, Pb oklopljena od uticaja fona (prirodnog ili parazitskog)

Čitač sa izborom radionuklida

napajanjedržač uzoraka

Etaloniranje: prema zahtevima standarda IEC 1303

Brojači uzoraka

Gama brojači

Tečni scintilacioni brojači

U ~±(5-10) %, 1

Gama kamera je uređaj za dobijanje medicinske slike pomoću snimanja raspodele radionuklida -emitera gama zračenja u telu

Kompleksan uređaj koji se sastoji od više detektora

Detektor: scintilacioni kristal NaI(Tl)

Princip rada

PM (fotomultiplikacione cevi)

Detektor

Kolimator

Pozicija X

Pozicija Y

Energija Z

Postavljanje prozora

Zadavanje energetskog prozora zavisiod energetske rezolucije detektora i energije fotona

Širi prozor – veći broj

detektovanih dogaĎaja

ali lošiji kontrast

SPECT (Single photon emission computed tomography)

SPECT slika se dobija gamakamerom koja skuplja višestruke slike (projekcije) iz više uglova. Kompjuter se koristi da napravi tomografsku rekonstrukciju i pruži 3D set podataka.

Akvizicija SPECT kamerom: kamera rotira oko pacijenta i skuplja sliku na svaka 3-6 stepena. Optimalna rekonstrukcija: 3600

Vreme potrebno za jednu projekciju: (15-20) s, totalni sken: (15-20) minuta.

Rezolucija rekonstruisane slike: 64x64 ili 128x128 piksela.

Veličina piksela je od (3 – 6) mm.

Moderna SPECT oprema ima integrisan CT skener koji daje mapu atenuacije u tkivu što se pridružuje rekonstrukciji slike SPECT-om.

Tipičan protokol akvizicije SPECT

rad.Energija keV

aktivnost

MBq

rotacija

brojprojekcija

rezolucijaslike

vreme po projkciji s

Kosti99mTc, 6 sati

140 800 3600 120128 x 128

15

perfuzija miokarda

99mTc, 6 sati

140 700 1800 60128 x 128

30

tumor123I, 13 sati

159 400 3600 6064 x 64

30

bela krvna zrnca

111In, 67 sati

171 & 245

18 3600 6064 x 64

30

Grafička prezentacija Colour Look-Up Table (CLUT) koja konvertuje sivu skalu u spektar duginih boja

Efektivne doze pri razlicitim

dijagnostickim procedurama

NM dijagn.procedura

Pregled gornjeg GI trakta

Donji GI trakt

CT Glava

CT Grudni kos

CT Abdomen

4.6 mSv

4.5 mSv

6 mSv

1.5 mSv

5.4 mSv

3.9 mSv – 6.1 mSv

24

Terapija u nuklearnoj medicini(podvrgava se 3 % pacijenata)

Terapija malignih oboljenja 131I

(Karcinoma štitne žljezde: papillary,

follicular, medullary ili anaplastic)

Terapija benignih oboljenja: 131I

(hyperthyroidism)

Palijativna terapija 89Sr ili 153Sm

64 % radioterapijskih procedura

koristi natrijum jodid

25

Preporučene aktivnosti Na131I

(kapsule ili rastvor)

1.Za ablaciju tkiva tiroidee: (3.7 - 7.4) GBq

2. Za hyperthyroidism: 148 MBq - 370 MBqAktivnost (MBq)=

23.4 x masa tiroidee(g) xdose (Gy)

vezivanje t=0 (%) x Teff (d)

Terapija u nuklearnoj medicini je

stalna borba “protiv”štetnih efekata zračenja

26

Bezbedno administriranje

27

Da li pacijenta treba

hospitalizovati?

Maksimalna ekvivalentna doza: 5 mSv za dozvolu posete

28

Otpušteni pacijent je

NEKONTROLISANI IZVOR

ZRAČENJA i može kontaminirati

stanovništvo

Van radnog mesta: 6d

Bliski kontakt sa decom i trudnicama: 20 d

Javni transport : 1h/d (prve nedelje

29

Pacijent kao izvor izlaganja(terapija karcinoma jodom)

1000 MBq

I-131

0 0.5 1 2 m

0.5 0.1 0.06 0.03 mSv/h

Kontaminacija Eksterno zračenje

pljuvačka

znoj

dah

urin

30

Pacijent kao izvor

palijativna terapija

3 μSv /h* GBq , 0 m

0 0,5 1 m

26 9 3μSv/h* GBq

6 μSv /h* GBq , 0 m

153Sm

Koncentracija aktivnosti u urinu: 0.3 MBq/ml*GBq

31

Soba za terapiju jodom

(kontrolisana zona)

No

entryUnsealed

Radionuclides

Risk of

contamination

Risk from

external radiation

No entry when red

light is on

Radiation

Controlled

Area

X-rays

Authorised persons only

Odgovarajuće oznake i uputstvo za kontrolu pristupa

32

- pakovanje i priprema radiofarmaceutika

- primena radiofarmaceutika

- pacijent ( izlučevine, novine, posuĎe...)

Generisanje RAO u nuklearnoj

medicini

33

OTPAD u nuklearnoj medicini

•Biološki – uglavnom razgradiv (dekompozicija)

•Infektivni –zahteva sterilizaciju i skladištenje

•Polomljene staklene posude i špricevi - odlažu

se u posebne kontejnere i skladište (VINČA)

•Generatori radionuklida – vraćaju se proizvoĎaču

•Posteljina i odeća - VINČA

•Tečni scintilator iz brojača - VINČA

• Ekskreti pacijenata - VINČA

34

MIRD• MIRD - Medical Internal Radiation Dosimetry

(razvilo Društvo za nuklearnu medicinu)

• Organ koji sadrži radionuklid je: organ izvor (source)

• Želimo da izračunamo apsorbovanu dozu u ciljnom organu (target )

• Organ cilj i izvor MOGU biti isti organ

• Količina zračenja iz izvora ka cilju mora biti poznata

35

Primarna čestica i fizika

Fantom

Geometrija

Monte Karlo modelovanje

2 2 2

0 0 0

2 2 2

0 0 0

1

1

x x y y z z

a b c

x x y y z z

a d b d c d

36

Materijali

Tri osnovna materijala za definisanje delova

tela:

- Skelet: gustina1.4 gcm-3

- Pluća: 0.296 gcm-3

- Meko tkivo: ostali delovi tela 1.04 gcm-3

Sastav mekog tkiva:

10.6 % H + 11.5 % C + 2.2 % N + 75.1 % O +

0.1 % Na + 0.1 % P + 0.1 % S + 0.2 % Cl + 0.1 % K

MCNP 4b software package

37

PRETPOSTAVKE

- Klinička praksa: terapija se uvek daje na

“prazan stomak"

- Kapsule joda su pale na dno želuca i

leže na njegovom zidu

Organs Tkivni težinski faktor Dose equivalent Effective dose

doprinos

(Sv) (Sv)

Površina kosti 0.01 5.56x10-7 5.56x10-9

Stomaak 0.12 6.19x10-1 7.43x10-2

D.crevo 0.12 7.84x10-3 9.41x10-4

Jetra 0.05 1.15x10-4 5.75x10-6

Pluća 0.12 2.52x10-5 3.03x10-6

Testess 0.2 2.40x10-3 4.81x10-4

Bešika 0.05 9.95x10-3 4.98x10-4

KOža 0.01 1.33x10-4 1.33x10-6

TOTAL 0.0762

38

PETPositron Emission Tomography

39

PET: kako radi

Skener beleži signale iz trasera koji putuju kroz telo i akumuliraju se u različitim organima

Smeše slične prostim šećerima (glukoza) se označavaju traserima pozitronskim emiterima

40

Injektuju se kratkoživeći radionuklidiemiteri pozitrona

Pozitron anihilira sa elektronom formirajućipar gama fotona po 0,511 MeV

Oba gama zraka se detektuju brzomkoincidencijom ( 5 ns) i daju liniju odziva(Line of Response LOR)

Rekonstrukcija distribucije trasera sličnokao CT

41

Proizvodnja 18F

• Proton se ubrzava

• Udara u 18O metu(bombardovanje traje 2 sata)

• Nestaje 18O

• Neutron se izbacuje

nFpO1

1

18

9

1

1

18

8

42

Proizvodnja i transport

Duanti

Ekstraktor snopa

Magnetni kalem

Meta

Ionski

izvor

43

PET Radiofarmaceutici

Nuklid T1/2 Traser-

nosač

Primena

O-15 2 min. avoda Kontrola protoka krvi

C-11 20 min Metanin Sinteza tumorskih proteina

N-13 10 min Amonium Miokardialni protok krvi

F-18 110 min FDG Metabolizam glukoze,

vezuje se za vecinu tumora

Ga-68 68 min DOTANOC Neuroendokrina ispitivanja

Rb-82 72 s Rb-82 Miokardijalne promene

44

Za ranu procenu terapijskih efekata. Npr.može pokazatisupresiju posle dva ciklusa hemo ili radioterapije iako nepostoji smanjenje tumorske mase vidljivo nekom od dostupnihimidžing tehnika.

Rano određivanje rezistencije na terapiju takođe je važan efekat PET u sprečavanju toksičnog uticaja neefikasne terapije.

FDG može razdvojiti benigni od malignog tumora i time sprečiti nepotrebnu skupu hirušku intervenciju.

Procena miokardijalnog metabolizma korišćenjem FDG omogućava identifikaciju povećanja rizika od nastanka srčanih udara bez korišćenja koronarne arteriografije i revaskularizacije.

Sve ovo smanjuje troškove zdravstvenog osiguranja.

45

Klinička primena: Ref IAEA

• Onkologija

• Kardiologija

• Neurologija

Onkologija

85%

Kardiologija

5%

Neurologija

10%

46

Standardna vrednost vezivanja

radiofarmaka (SUV, Standard Uptake Value )

SUV = Aktivnost u ROI (MBq) / zapremina (ml)

injektovana aktivnost (MBq)/masa pac. (g)

• Zone sa vezivanjem iznad srednjeg SUV >1.

• Veći SUV veći rizik od bolesti

• SUV se prati tokom terapije

• ROI – Region Of Interest

Pre hemoterapije

SUV = 17.2

7.Dan hemoterapije

SUV = 3.9

12. Dan hemoterapije

SUV = 1.8

ROI

47

PET skeneri – detekcija

koincidentnih dogaĎaja

Detector

Detector

48

Šema procesiranja koincidencije u

PET kameriKoincidencija povećava osetljivost u smislu poboljšanja

rezolucije (5-10) mm, u odnosu na SPECT (15-20) mm.

49

50

PET/CT-Scanner

51

CT

• Anatomska slika

• Ne pravi diferencijaciju

maligne i benigne

kanceroze

• Bolja rezolucija od PET

• Dobar dinamički opseg

od kostiju do pluća

52

PET/CT

• Kombinuje

funkcionalnu

informaciju sa

anatomskim detaljima

• Precizna anatomska

registracija

• Bolja dijagnoza nego

kod pojedinačnih CT ili

PET snimaka

53

Multimodularna slika

PET

CT