nukleÁris medicina: célok, területek, eszközök...nukleÁris medicina: célok, területek,...

NUKLEÁRIS MEDICINA:célok, területek, eszközökNUKLEÁRIS MEDICINA:

célok, területek, eszközök

Debreceni Egyetem OEC

Nukleáris Medicina Intézet

Varga József

2010.2010. Áttekintés: Nukleáris Medicina Varga J. 2

Felfedezések, melyek a Nukleáris Medicina kialakulásához vezettek

MarieMarie HenryHenry HevesyHevesyCurieCurie BecquerelBecquerel GyörgyGyörgy

Túlmőködı pajzsmirigyadenoma

2010. Áttekintés: Nukleáris Medicina 3

Sugárzások: mi honnan jön?Sugárzások: mi honnan jön?

Ionizáló sugárzás

alfa-részecske

béta-részecske

Radioaktív atom

röntgen-sugár

gamma-sugár

Varga J. 2010. Áttekintés: Nukleáris Medicina Varga J. 4

NUKLEÁRIS MEDICINANUKLEÁRIS MEDICINA

1924: A radioaktív nyomjelzés alkalmazásának elve:

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

Következmény: a molekula mozgása, eloszlása, felhalmozódása sugárzásméréssel kimutatható.

HEVESY György

(1885-1966)

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

2010. Áttekintés: Nukleáris Medicina Varga J. 5 2010. Áttekintés: Nukleáris Medicina Varga J. 6

2010. Áttekintés: Nukleáris Medicina Varga J. 7

Orvosi leképezési módokOrvosi leképezési módok

Eljárás Hullám Min alapul a szervezetrıl nyert

információ?

Információ

Ultrahang hang visszaverıdés más rugalmasságú közeg határáról

szerkezeti

Röntgen,

CT

elektromágneses

(röntgen)

sőrőségtıl függı elnyelıdés

+ kontrasztanyag eloszlása

szerkezeti

MRI elektromágneses

(rádiófrekvenciás)

magrezonancia (proton)

+ kontrasztanyag eloszlása

szerkezeti

Gamma-kamera

elektromágneses

(gamma, rtg.)

γ-sugárzó nyomjelzı anyag eloszlása mőködési

PET elektromágneses

(megsemmisülési gamma)

pozitron-sugárzó nyomjelzı anyag eloszlása

mőködési


Orvosi leképezı berendezések elektromágneses tartományaOrvosi leképezı berendezések elektromágneses tartománya

Energia Frekvencia Hullámhossz

Röntgen- és gamma-sug.

MRI RF tartomány


Funkcionális és szerkezeti leképezés:egymást kiegészítı szerepFunkcionális és szerkezeti leképezés:egymást kiegészítı szerep

PET & SPECT CT, MR

funkcionális információ strukturális / morfológiaiinformáció

jelentıs résztérfogat-hatás jobb felbontás

nagyobb zaj CT: magas betegdózis

az elnyelés és szórás lerontja a képet

MR: inhomogén kép, geometriaitorzítások (a mágneses mezıinhomogenitása miatt)


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

Orvosi leképezı eljárásokOrvosi leképezı eljárások

NM (gamma+PET)


Leképezı technikák érzékenysége a jelzı- ill. kontrasztanyagok kimutatásáraLeképezı technikák érzékenysége a jelzı- ill. kontrasztanyagok kimutatására

Leképezı jelzı/kontrasztanyag

módszer koncentrációja (mol/kg testtömeg)

UH 10-3

CT 10-3

gamma-kamera 10-9- 10-12

PET 10-9- 10-12

MRI 10-5

MRS 10-5

Forrás: G. von Schulthess, University Hospital, Zürich

12

Az orvosi leképezés célpontjai és eszközeiAz orvosi leképezés célpontjai és eszközei

2010. Áttekintés: Nukleáris Medicina Varga J.


Radioizotópok orvosi-biológiai alkalmazásaiRadioizotópok orvosi-biológiai alkalmazásai

Gyógyászati alkalmazások

(nukleáris medicina)Kutatási alkalmazások

(nukleáris medicina)

Diagnosztika

Terápia

„In vivo”

„In vitro”

Diagnosztikai módszerek kutatási alkalmazása

„Molekuláris leképezés”

Laboratóriumi analitikai módszerek kombinálása radioaktív nyomjelzéssel


A Nukleáris Medicina részterületei:

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

1. „In vitro” koncentráció-mérés

ROSALYN YALOW (1921-)

1977: Orvosi Nobel-díj

„peptide hormonok radioimmunoassay-einek kifejlesztéséért ”

1960: Yalow és Berson radioaktív nyomjelzésen (és sugárzásmérésen) alapuló telítési analízises eljárást dolgozott ki az inzulin plazma-koncentrációjának mérésére

RIA: radioimmunoassay(versengés fehérje-kötésért;a mérendı molekula van jelezve)

IRMA: immunoradiometric assay(„szendvics” módszer)

…



2. „In vivo” leképezésAA. Gamma-sugárzó radionukliddal („egyfotonos”)


2. „In vivo” leképezésAA. Gamma-sugárzó radionukliddal („egyfotonos”)

Hal Anger (Berkeley)az általa kifejlesztett pozitron-kamerávalA szcintillációs gamma-kamera kifejlesztıje

1957: Anger-kamera

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


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

1970-es évek eleje: PET

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

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


Terápia nyílt radioizotópokkalTerápia 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)

18

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

1 10 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000

X-ray, dental

X-ray, medical

CT

Angiography

Interventional

Nuclear imaging

Radionuclide therapy

Teletherapy

Brachytherapy

Number of procedures / million population

Therapy

Diagnosis

United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiations

2010. Áttekintés: Nukleáris Medicina Varga J.


Nukleáris medicina: megoszlásNukleáris medicina: megoszlás

Gamma-kamera

95%

PET5%

USA, 2005 NM leképezési módok, UK, 2003/04

Planáris81%

SPECT17%

PET2%


USA 2005-06, nukleáris medicinaUSA 2005-06, nukleáris medicina

USA, 2005

Gamma-kamera

95%

PET5%


Mesterséges radioaktív anyag elıállításaMesterséges radioaktív anyag elıállítása

Ernest Lawrence(Berkeley)a ciklotron feltalálója1938

• atomreaktorban(magas neutron-fluxus)

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

Csillebérc

Debrecen: 2Budapest: 1


Emissziós leképezés: VizsgálattípusokEmissziós leképezés: Vizsgálattípusok

Statikus: egyensúlyi eloszlás leképezése

Egésztest: összekapcsolt statikus képek

Dinamikus:képek sorozata a radiofarmakon beépülésérıl / kiválasztásáról

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


Egésztest csontszcintigram

Különálló képek


Példa: Dinamikus vesevizsgálatPélda: Dinamikus vesevizsgálat


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


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

coronalis

transaxialis


Agyi receptorok leképezésePET-ligandumok különbözı receptor-rendszerek leképezésére

Agyi receptorok leképezésePET-ligandumok különbözı receptor-rendszerek leképezésére

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

[F-18] fluoro-2-deoxy-glucose

O

OH

F

HO

OH

HO

N

SCH3NH2

FH2C

CH3

Cl

OH

Cl

OCH3

NHN

O CH2CH3

N

N

N

F

O

OCH2CH

3

O

CH3

NH3C

H

H Cl

NO

Ph

[C-11]-raclopride(dopamine D2

receptor)

[C-11]-McN 5652(serotonin

transporter)

[C-11]-b-CPPIT(dopamine

transporter)

[C-11]-flumazenil(benzodiazepine-

receptor)

Forrás: G. von Schulthess, University Hospital, Zürich


Az emissziós leképezés nehézségei

• Zaj: Poissonközelítés: Gauss,

• Elnyelés:homogén közegben exponenciális

• Szórás:– A felbontást csökkenti

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

beütésbeütés ≈szórása a


Hibrid készülékekHibrid készülékek

• PET és CT vagy SPECT és CT egy állványon

• Leképezés egymás után, de a beteg változatlan testhelyzetben fekszik


Hibrid leképezés 1: CTHibrid leképezés 1: CT


Hibrid leképezés 2: EmissziósHibrid leképezés 2: Emissziós


Effektív dózisok (mSv)Effektív dózisok (mSv)

0

5

10

15

20

25

Pa

jzsm

irig

y

Sta

t. v

ese

Din

. ves

e (

DT

PA

)

Din

. ve

se (

MA

G3

)

Szí

vizo

m (

terh

+ny

ug)

Agy

i pe

rfú

zió

Cso

nt

Per

f. tü

dı

Ep

eút

Gyu

lladá

s (G

a)

Szí

vi.

SP

EC

T/C

T (

terh

+ny

ug)

FD

G+L

R-C

T

FD

G+H

R C

T

Iv. P

yelo

gram

Ba

rium

nye

lés

Ba

rium

éte

l

CT

fej

CT

(m

ellk

as)

CT

has

i

CT

me

denc

e

CT

(fe

j, m

ellk

as)

PT

CA

(sz

ív)

Co

ron

ary

angi

ogr

am

Mam

mog

ram

Lum

baris

ge

rinc

soro

zat

Th

orac

alis

ge

rinc

soro

zat

Cer

vica

lis g

erin

c so

roza

t

Ko

pon

ya (

PA

or

AP

)

Me

llkas

(P

A+o

ld)

Th

ora

calis

ge

rinc

(AP

)

Lum

baris

ge

rinc

(AP

)

Has

i

Me

denc

e v

. cs

ípı

Szcintigráfia Hibrid Bonyolult radiológiai Egyszerő rtg.


Molekuláris leképezés célpontjaiMolekuláris leképezés célpontjai

A. Leképezendı sejtalkotók és szerepük

B. Célpontok száma sejtenként.

Hírvivı

Szerkezet

Mőködés

Gén

Célpont Szám sejtenként

Gén (DNS) 2

Hírvivı 50 – 1 000

Fehérje 100 – 1 000 000

Mőködés tömeges


„In vivo” molekuláris leképezés elıfeltételeiA lehetséges célpontok lehetnek a DNS, RNS vagy fehérjék szintjén

„In vivo” molekuláris leképezés elıfeltételeiA lehetséges célpontok lehetnek a DNS, RNS vagy fehérjék szintjén

Atom- v. molekulacsoport, amelyet más molekulákhoz v. sejtalkotókhoz kapcsolunk ezek tulajdonságainak tanulmányozása céljából.

1. Célpont kutatása

2. Biokompatibilis kötıdı anyag

3. Célba juttatás és gátlói

4. Jelerısítési megoldások

5. Leképezı rendszerek:- kísérleti- klinikai6. Értékelés

Célpontok


„Mikro” leképezési technikák és berendezések„Mikro” leképezési technikák és berendezések

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

2010. Áttekintés: Nukleáris Medicina Varga J. 362006. Bevezetés: Nukleáris Medicina Varga J. 36


Nukleáris Medicina: segédanyagokNukleáris 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

nukleÁris medicina: célok, területek, eszközök...nukleÁris medicina: célok, területek,...

Documents