positronemisjons- tomografi (pet) lære og...

1

512 keV

512 keV

180°

Martin BiermannFørstemamanuensis Kst. seksjonsoverlege, NM/PET-senterRad. avd., Haukeland universitetssykehusSeksjon for radiologi, Inst. for kirurgiske fagUniversitet i Bergen

Positronemisjons-tomografi (PET)

Nukleærmedisinsk diagnostikkmed positronstråler

Grunnkurs i radiologi: Gruppeundervisning

MB 2/2011

Positronemisjonstomografi (PET)

2

Gruppeundervisning PET: Læringsmål

Lære og forstå:

• særtrekk av PET versus konvensjonell nukleærmedisinsk bildediagnostikk

• hvordan PET-bilder er tatt

• hvordan PET påvirker pasientbehandling av onkologiske pasienter

MB 2/2011


3

Gruppeundervisning PET: Emner

• Særtrekk av PET:– kontrast + helkroppsinformasjon– optimal oppløsning + 3-D-informasjon

• PET-legemidler:– F-18-FDG (”workhorse”)– Ga-68-DOTATOC – NE tumores– C-11 cholin – ca. prostatae

• Fusjonsbildediagnostikk:– PET-CT…

MB 2/2011


4


• Spesielle tekniske krav:– svært kortvarige (< 2 t) radionuklider:

syklotron, radiokjemi… Tc-99m-generator

– positronstråling:PET skanner gammakamera

• Del av nukleærmedisin= bruk av åpne radioaktive stoff

til diagnostikk og/eller terapi

• Snittbildediagnostikk (tomografi) med positron-emitterende radioaktive nuklider

MB 2/2011


5

Radiofarmaka

Target• cellemembran

• reseptor

• transportsystem

• antigen...

Signaldannelse• foton (NM)

• positron (PET)

• …

Carrierbiologisk tracer:molekyl med egnet farmako-kinetikk

Linker/Spacer• kovalent binding

• kompleksbinding...

Carrier + linker + signaldannende del kan være én: F-18…K. Kopka, Univ.Münster

MB 2/2011


6

Molecular ImagingBiology

Proteindynamics

Stem cell functionSignal transduction

Gene expressionReceptors

Metabolism

Perfusion

Pump function

X-Ray

MSCT

X Ray Angio

Echocardiology

MRIMRS

Optical

Physiology

Anatomy

NM/PET~102 atoms/cell

Nanosystems

B. Nielsen/R. Grüner

PET/NM mer sensitiv

enn MR

2

MB 2/2011


7

Positronstråling (+)

Positroner = anti-elektroner– positron bremses i vevet i løpet av 1 – 2 mm

– kollisjon med elektron:annihilasjonsstråling E = mc2 –2 fotoner i motsatt retning

180°

MB 2/2011


8

Gammakamera v. PET

PET

koinsidens-deteksjon

Gammakamera

kollimator

MB 2/2011


9

PET v. SPECT

SPECT

• 30 min for 50 cm 3-D

= Single Photon Emission Computed Tomography

MB 2/2011


10

PET v. konvensjonell nukleærmedisin

SPECT

• 30 min for 50 cm 3-D

PET

• alle projeksjoner samtidig:< 25 min for 3-D helkropp

PET v. konvensjonell NM• oppløsning 3–5 mm (v. 1–2 cm)• inkluderer alltid 3-D informasjon

MB 2/2011


11

PET-radionuklider

Nuklid t1/2 Produksjon

O-15 2 min 14N(d,n)15O

N-13 10 min 12C(d,n)13N

C-11 20 min 10B(d,n)11C

F-18 110 min 18O(p,n)18F

Ga-68 68 min generator

d = deuteron = 1p + 1n

små atomer med naturlig forekomst:

påvirker ikkebiokjemien

MB 2/2011


12

PET-CT

PETCT

3

MB 2/2011


13

PET-CT undersøkelse

A. Skretting, Oslo

• Lav-dose spiral-CT helkropp< 1 min

• PET helkroppca. 25 min = 6-8 x ca. 3 min

– CT for attenueringskorreksjon:sparer tid i forhold til tidligerePET-skannere

• evt. diagnostisk CT med kontrast15 cm

6 – 8 x 15 cm

MB 2/2011


14

F-18-fluorodeoksyglukose (FDG)

• Druesukker merket med radioaktivt fluor-18 (F-18)

• Forbrenning av glukose i kroppen er universell:– normalt: hjerne, hjerte, muskulatur

– patologisk: mange solide svulster kreftdiagnostikk !!leukocytter betennelsesscintigrafi

FDG

Gluc-6-P

FDG-PFDG-P

FDG-P

GlucGluc

GlucGlucGluc

Gluc

Hexokinase

GLUT ”trapping”

MB 2/2011


15

Indikasjoner for F18-FDG: Onkologi

• Hode/hals-kreft1,2

• Thyreoidea1

• Øsofagus1,2

• Lungecancer (non-small-cell) 1,2

• Kolon/rektum1,2

• Lymfom1,2

• Melanom1,2

1Reske (2001) Eur J Nucl Med 28:1707-232http://www.cms.hhs.gov

• flere andre indikasjoner: seminom, osteosarkom…

FDG-PET ved malignt melanom (MM)

• n = 156 pas. med MM og mistenkt residiv

• FDG-PET + body CT

Modalitet Sensitivitet SpesifisitetTotal PET 74 % 86 %

CT 58 % 45 %

LN PET 88 % 95 %CT 56 % 81%

Lunge PET 57 % 92 %CT 93 % 70 %

MB 2/2011


16

Fuster (2004) J Nucl Med 45:1323-7

PET mer sensitiv og spesifikk enn CT

(unntatt lungene)

MB 2/2011


17

PET-CT ved malignt melanom

• n = 250 pasienter

• PET/CT

• Sensitivitet:PET/CT 99 %PET 89 %CT 70 %

Reinhardt (2006) J Clin Oncol 24:1178-87

Endret behandling hos 48 %av pasientene

Kul i ve. aksille kvinne 51 år

• Malignt melanomi ryggenOP 8/2006

• Histologi:MM (nodulær type) Breslow 3.6 mmClarks nivå 41 mikrosattelittR0 (0.9 mm)

• 2009: kul i ve. aksille

UL: 1.8 x 1.2 cm

cytologi positivMB 2/2011


18

UL ve. aksilla

4

MB 2/2011


19

Kvantitering

• Standardized uptake value (SUV):– Fyll en helkroppsfantom (70 kg)

med F-18-FDG (400 MBq), vent 1 t, og måle radioaktivitetskonsentrasjon med PET-skanner:SUV = 1

– bløtvev < 1blodpool 1.5 – 2lever 2tumores 2 – 25

• Metabolic rate (f. eks. mg glukose/cm3 * min)

– måling av radioaktivitet i blodprøver (”input funksjon”) + matematisk modellering

MB 2/2011


20

KontrastNukleærmedisin og PET

handler om

Helkropps

informasjon

MB 2/2011


21

PET og thorakotomi ved lungecancer

– prospektiv randomisert studie ved Univ. i Amsterdam

– non-small lungecancer

– PET (Siemens Exact HR+)van Tinteren (2002) Lancet 359:1388-93

PET påvirker behandlingen hos20 % av pasienter

Højgaard (2004) Tidsskr Nor Laegeforen 124:1074

MB 2/2011


22

http://www.christie.nhs.uk

FDG-PET m. 70 år ca. coli Hartmann-OP

rektumstump

colon resisert

stoma

FDG-PET m. 70 år ca. sigmoidei. Hartmann-OP

MB 2/2011


23

residiv i stoma

metastase i bekkenet ?

MB 2/2011


24

Colon-cancer

• n = 23 pas. etter reseksjon av cancer coli

• n = 31 lesjoner:16 residiver + 9 arr +6 primærlesjoner

• PET, CT,biopsi (finnål/endokopisk)

Takeuchi (1999) Br J Surg 86:932-7

• Sensitivitet PET93 %

CT

PET

5

Ultralyd kv. 55 år PTC OP 2006

MB 2/2011


25

400 x L. Helgeland HUS

FNB:Papillær thyroideacancer!

FDG-PET ved residiv av ca. thyreoidea

MB 2/2011


26

• n = 27 pas. HUS 6/2009 – 1/2011

• Ultralyd, I-131 SPECT-CT, FDG-PET inkl. KM-CT hals, UL-veiledet FNB av 1 indekslesjon– Positiv hos 17/27 pas. (63 %):

11 pas. med 18 lymfeknutemetastaser3 pas. med lokalresidiver4 pas. med fjernmetastaser (lunge + skjelett)

– 8 «falsk» positive lesjoner i FDG-PET:6 inflammatoriske LK (FNB), 1 paralaryngealt (OP),1 lunge (kontroll CT)

• Upstaging hos 8 pas.: 6 kir., 1 RTx, 1 laser-Tx

Biermann M, Brauckhoff M, Soc. of NM 2011 (submitted)

MB 2/2011


27

CTkoronal

FDG-PET mann 24 år, lymfom

Radiumh. Oslo

PET koronalCT koronal CT + PET

Restvitalitet Stråleterapi (HUS)

MB 2/2011


28

Fremtiden

MB 2/2011


29

Fremtiden• Doseplanlegging med PET-CT

• Nye PET-tracere– C-11-cholin/acetat prostatacancer

– Ga-68-DOTATOC nevroendokrine svulster

– F18-FDOPA medullær thyreoideacancer

– C-11-5-HTP nevroendokrine svulster

– F-deoksytymidin (FLT) hjernetumorer

– C-11-HED sympatisk nervesystem

– C-11-metionin hjernetumorer,parathyreoidea

…

• Kombinasjon av tracere/modaliteter

Doseplanlegging med PET-CT

Haukeland 14.04.2010MB 2/2011


30

6

MB 2/2011


31

Hver radiofarmakon sin egen modalitet…

F-18-FDG C-11-cholin Ga-68-DOTATOC

MB 2/2011


32

C11-cholin m. 66 yrs., prostate cancer

Univ. Münstercoronalant. post.

MB 2/2011


33

C11-cholin m. 66 år, ca. prostatae

Univ. Münsterkoronalant. post. 2 skjelettmetastaser

CT

PET-CT

MB 2/2011


34

C11-cholin m. 70 år, ca. prostatae

Univ. Ulm

lymfeknutemetastase

axial

CT PET PET-CT

MB 2/2011


35

Ga-68-DOTATOC mann 40 år, karsinoid

Univ.Essen

koronale snittant. post.

MB 2/2011


36


Univ.Essen


7

MB 2/2011


37


Univ.Essen

koronal snitt

MB 2/2011


38


Univ.Essen

koronal snitt

Multiple metastaser:cervikalcolumna paratrachealtlever

MB 2/2011


39

Positronemisjonstomografi (PET)• Mest avanserte nukleærmedisinsk målemetode

• Fordeler:– oppløsning 3 – 5 mm, 3-D helkroppsinformasjon

– F-18-fluordesoksyglukose (FDG) som ”universaltracer”:onkologi, betennelsesdiagnostikk, nevrologi

– Sensitivitet og spesifistet opp til 90 %, påvirker behandlingen hos 20 % av pasientene

– radiofarmaka kan merkes med natur-identiske elementer:C-11, N-13, O-15

• Ulempen:– Kostnader:

radiokjemi - F-18 halveringstid på 110 min

MB 2/2011


40

MB 2/2011


41

Det nye NM/PET-senteret i Bergen

MB 2/2011


42

Fremstilling av radiofarmaka• Kjernereaktor: I-131…

• Syklotron + Radiokjemi:– produksjon 1 – 2 ganger daglig: F18-FDG…

• Generator (Tc-99m, Ga-68…) + sett for merking:

8

MB 2/2011


43

Radionuklidproduksjon: syklotron• Syklotron

– akselerer partikler medelektrisk ladning i etsterkt magnetfelt:H--ioner

– stripper foil:H+-ioner treffer target

• Target– nuklidproduksjon, f.eks.

18O + p 18F + n

MB 2/2011


44

Radiokjemi: syntese

O

OH

HO

HO

FOHF18-FDG

• automatisk syntese:synteseenhet, hotcelle

• kvalitetskontrolleSaha (2005) Basics of PET imaging. Springer, 2005

MB 2/2011


45

Nytt PET-senter i Bergen HUS/UiB

syklotron

Hotlab

PET-CT

2

34

QC1 2PET-CT

ForskningNukleærmedisin1 SPECT + 1 SPECT-CT

1

MB 2/2011


46

Det nye NM/PET-senteret i Bergen

Velkommen til PET-senteret

MB 2/2011


47

0 5 10 150

10

20

30

Aktivitet (F-18) per antall undersøkelser

Leveranse (GBq)

Antall pasienter

400 MBq per pas.1 pas. / 30 min400 MBq

400 MBq

400 MBq

850 MBq

2200 MBq

5640 MBq

En leveranse av F-18-FDGfor å undersøke flere pasienter med 400 MBq hver

Tid er kostbar !

maks. 10 pas. per produsjonmaks. 5 pas. per leveranse

MB 2/2011


48

• Eksponensiell desintegrasjon:A(t) = A(0) e-*t

Radioaktivitet

• Ustabile atomkjerner omdannes til nye nuklider og emitterer energi i form av stråling

http://hyperphysics. phy-astr.gsu.edu

– Halveringstid t1/2 = tid der ½ av nuklid/stråling er igjen

– Aktivitet A(t) = antall desintegrasjoner per tidsenhet1 Bq = 1/s 1 mCi = 37 MBq

9

MB 2/2011


49

Typer av radioaktiv stråling• (gamma) = høyenergetiske fotoner

– elektromagnetisk - ligner røntgenstråling

– brukes diagnostisk - gammakamera

• - (beta minus) = hastige elektroner– partikkelstråling

– rekkevidde i vevet maks. 1 – 2 mm”målsøkende terapi”

• b+ (beta plus) = positroner = anti-elektroner– etter 1 – 2 mm kollisjon med 1 elektron:

annihilasjonsstråling

– PET ring skanner

• (alfa), nøytron…

511 keV

511 keV

180°

Tc-99m140 keV

MB 2/2011


50

Intensity-modulated RTx: Cancer linguae

• tumorvolumpT3b pN2btunge hø. side

• Klinisk målvolum– høy dose

– profylaktisk

Schwartz (2005) Head Neck 27:478-87

A: CT-basert B: PET-CT-basertOptimere doseplaner:inkludere alle tumorandelerspare risikoorganer

MB 2/2011


51

Tumorvolum ved plateepitelcancer• Metode:

– 9 pas. med laryngektomi

– CT, MR, FDG-PET med maske

– OP-preparatet kryofiksert en bloc

• Alle modaliteter overestimertetotal tumorvolum (TV):– PET overestimerte minst

– 20 % av TV bare sett med PET

• PET essensielt for doseplanlegging

Daisne (2004) Radiology 233:93-100

MB 2/2011


52

In-111-octreotid-scintigrafi kv. 40 år, dyspepsi

24 t. p.i. ant. 4 t. p.i. ant.

In-111-oktreotidSPECT (aksiale snitt) 24 t. p.i.

MB 2/2011


53

In-111-octreotid-scintigrafi kv. 40 år, dyspepsi

24 t. p.i. ant. 4 t. p.i. ant.

In-111-oktreotidSPECT (aksiale snitt) 24 t. p.i.

SPECT + MR

gastrinom på 8 mm

i pankreas

MB 2/2011


54

Læringsmidler: Litteratur

2. oppl. 2005

For tiden den besteinnføringen i faget- pensum

5. oppl. 2006

Optimal introdukjson fornukleærmedisinere

3. oppl. 2004

Referanseverk i 2 bind

10

MB 2/2011


55

F18-FDG-PET mann 38 år, medullær thyr.-cancer


CT

Univ. Münster

MB 2/2011


56

FDG & FDOPA-PET mann 38 år, medullær thyr.-cancer

F-18-FDGUniv. Münster

F-18-FDOPAPET-Senter Linz

MB 2/2011


57

FDG & FDOPA-PET mann 38 år, medullær thyr.-cancer

F-18-FDGUniv. Münster

F-18-FDOPAPET-Senter Linz

2 metastaser:

• T12 (kjent)

• C7 (ukjent)

Biermann (2007) in: Schober, Heindel: PET-CT, Thieme

MB 2/2011


58

C11-5-HPT-PET kvinne 64 år, nevroendokrin tumor

UMEA Uppsala

MB 2/2011


59

C11-5-HPT-PET kvinne 64 år, nevroendokrin tumor

Multiple levermetastaserSannsynlig metastase i Th5(Tc-99m-MDP SPECT negativ)

UMEA Uppsala

positronemisjons- tomografi (pet) lære og...

Documents