برش‌نگاری با گسیل پوزیترون

برش‌نگاری با گسیل پوزیترون
تصویری از یک دستگاه پت اسکن
ICD-10-PCS	C?۳
ICD-9-CM	92.0-92.1
سرعنوان‌های موضوعی پزشکی	D049268
OPS-301 code	۳–۷۴
مدلاین پلاس	۰۰۳۸۲۷

برش‌نگاری با گسیل پوزیترون (به انگلیسی: Positron Emission Tomography) که به اختصار پِت اسکن (انگلیسی: PET scan) گفته می‌شود، روشی نوین است که در علوم تشخیصی در فیزیک پزشکی به ویژه پزشکی هسته‌ای کاربرد پژوهشی فراوانی دارد. این سیستم جفت‌های اشعه گاما را که به‌طور غیرمستقیم توسط یک رادیونوکلئوتایس پوزیترون منتشر می‌شود تشخیص می‌دهد، بیشتر فلوئور 18 که به مولکول فعال زیست‌شناختی به نام رادیواکتیو معرفی می‌شود. سپس تصاویر سه بعدی از غلظت ردیابی درون بدن توسط تجزیه و تحلیل کامپیوتری ساخته می‌شود. در اسکنرهای PET-CT جدید، تصویربرداری سه بعدی اغلب با کمک یک سی تی اسکن در بیمار در همان جلسه در یک دستگاه انجام می‌شود. اگر مولکول ردیاب بیولوژیک فعال برای PET انتخاب شده باشد، (Fludeoxyglucose (FDG، یک آنالوگ از گلوکز است، غلظت ردیاب تصویر، فعالیت متابولیک بافت را نشان می‌دهد، زیرا آن را با جذب گلوکز منطقه منطبق می‌کند. استفاده از این تکرار برای کشف امکان متاستاز سرطان (به عنوان مثال، گسترش به قسمت‌های دیگر)، شایع‌ترین نوع اسکن PET در مراقبت‌های استاندارد پزشکی است (که نشان دهنده 90٪ اسکن‌های فعلی است). تله متابولیک مولکول رادیواکتیو گلوکز اجازه استفاده از اسکن PET را می‌دهد.

همان ردیاب نیز ممکن است برای بررسی PET و تشخیص انواع دمانس مورد استفاده قرار گیرد. اغلب موارد دیگر نشانگرهای رادیواکتیو، که معمولاً و نه همیشه برچسب با فلوئور -18 دارند، برای تصویرسازی غلظت بافت مولکول‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. یکی از معایب اسکنرهای PET، هزینه عملیاتی آن‌ها است.

روش کار

تصویری متابولیکی از مغز توسط مقطع نگاری با نشر پوزیترون

دستگاه متداولی که این روش را جهت تصویر برداری به کار می‌برد پت اسکن نام دارد و متشکل از چند هزار آشکارساز کوچک (از نوع Bismuth Germanium و Leutetium Orthosilicate) است که به‌صورت انطباقی (Coincidence detection) پرتوهای گاما ۵۱۱keV تولید شده از نابودی جفت‌های (pair annihilation) الکترون و پوزیترون از درون بدن بیمار آشکارسازی می‌کند.

در تصویربرداری با روش‌های هسته‌ای همانند PET، هر چند رزولوشن در مقایسه با CT بسیار پایین‌تر است، اما با این وجود فواید و امکانات بی‌نظیری در اختیارمان قرار می‌دهد:

• ارائه تصویر از عملکرد(function) بخش‌های مختلف بدن و امکان دستیابی به اطلاعات متابولیکی و شیمیایی بدن
• امکان تشخیص نواحی سرطانی و بدخیم در بافت‌های سلولی
• امکان تشخیص و ردیابی ناهنجاری‌ها در فعالیت‌های سلولی پیش از آنکه تغییراتی در آناتومی اعضا به صورت محسوس، ایجاد کنند.

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

از آنجایی که برای آشکارسازی 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 مصرف‌ترین این ایزوتوپ‌ها فلور-۱۸ است که نیمه عمر آن حدود ۱۱۰ دقیقه‌است. خرید و نصب این‌گونه شتاب‌دهنده‌ها خود حدود یک میلیون دلار هزینه دربردارد.

اسکن کامل PET بدن با استفاده از 18F-FDG. مغز و کلیه عادی برچسب گذاری می‌شوند و ادرار رادیواکتیو از تخریب FDG در مثانه دیده می شود. علاوه بر این، توده تومور متاستاز بزرگ از سرطان روده بزرگ در کبد دیده می‌شود.

تومورشناسی

اسکن PET با فلوئور ردیاب 18 (F-18) فلوریدوکسو گلوکوز (FDG)، به نام FDG-PET، به‌طور گسترده در انکولوژی بالینی استفاده می‌شود. این تکرر یک آنالوگ گلوکز است که توسط سلول‌های استفاده‌کننده از گلوکز و فسفریله شده توسط hexokinase (که فرم میتوکندری خود را در تومورهای بدخیم به سرعت در حال رشد افزایش می یابد) گرفته شده‌است. دوز معمولی FDG مورد استفاده در اسکن انکولوژیک یک دوز مؤثر 14 mSv دارد از آنجا که اتم اکسیژن که توسط F-18 جایگزینی برای تولید FDG برای مرحله بعدی متابولیسم گلوکز در همه سلول‌ها نیاز است، واکنش‌های بیشتری در FDG رخ نمی‌دهد. علاوه بر این، اکثر بافت‌ها (به استثنای کبد و کلیه قابل توجه است) نمی‌توانند فسفات اضافه شده توسط هگزوکیناز را حذف کنند. این بدان معنی است که FDG در هر سلولی که تا زمان رسیدن آن به طول می انجامد، به دام افتاده است، زیرا قندهای فسفریلیک شده به دلیل شارژ یونی آن‌ها نمی‌توانند از سلول خارج شوند. این نتایج رادیواکتیویته بافت‌های با جذب گلوکز بالا مانند مغز طبیعی، کبد، کلیه‌ها و اکثر سرطان‌ها را نشان می‌دهد. در نتیجه، FDG-PET می‌تواند برای تشخیص، تنظیم و نظارت بر درمان سرطانها، به ویژه در لنفوم هوچکین، لنفوم غیر هودکین و سرطان ریه استفاده شود. چند ایزوتوپ دیگر و رادیوتراپی‌ها به علت اهداف خاص انکولوژی معرفی می‌شوند. به عنوان مثال، متادومات [¹¹C] با برچسب (11C-metomidate) برای تشخیص تومورهای منشاء آدرنوکورتیک استفاده شده‌است. همچنین، FDOPA PET / CT (یا F-18-DOPA PET / CT) در مراکزی که آن را ارائه می‌دهند، جایگزینی حساس‌تر برای پیدا کردن و همچنین موضع‌گیری فئوکروموسیتوما نسبت به اسکن MIBG است.

تصویربرداری عصبی

مقاله اصلی: توموگرافی انتشار پوزیترون مغز

عصب شناسی: تصویر برداری عصبی PET مبتنی بر یک فرضیه است که مناطقی از رادیواکتیویت بالا با فعالیت مغز مرتبط است. غالباً به‌طور غیرمستقیم اندازه‌گیری جریان خون به قسمت‌های مختلف مغز که به‌طور کلی اعتقاد بر آن همبستگی است و با استفاده از تریسیکس اکسیژن 15 اندازه‌گیری شده‌است. به دلیل نیمه عمر 2 دقیقه، O-15 باید به‌طور مستقیم از یک سیکلوترون پزشکی استفاده شود که دشوار است. در عمل، از آنجا که مغز به‌طور معمول یک کاربر سریع از گلوکز است و از آنجایی که آسیب مغزی مانند بیماری آلزایمر به میزان قابل توجهی متابولیسم مغز گلوکز و اکسیژن را در کنار هم کاهش می‌دهد، FDG-PET استاندارد مغز، که میزان مصرف گلوکز را اندازه‌گیری می‌کند، همچنین ممکن است با موفقیت مورد استفاده قرار گیرد تا بیماری آلزایمر را از دیگر فرایندهای دمانس تشخیص دهد و هم‌چنین تشخیص زودهنگام بیماری آلزایمر. مزیت FDG-PET برای این کاربردها بسیار وسیع است. تصویربرداری PET با FDG همچنین می‌تواند برای تعیین محل تمرکز تشنج استفاده شود: تمرکز تشنج در طول اسکن اینترتیال به عنوان هیوم متابولیک ظاهر می‌شود. چندین رادیوتراپی (یعنی رادیولایگارد) برای PET ساخته شده‌است که لیگاندهای برای انواع خاصی از نوروپریپتورهای مانند [¹¹C] راکلوپرید، [¹⁸F] فاللیپرید و F-18] desmethoxyfallpride] برای گیرنده‌های dopamine D2 / D3،[¹¹C] McN 5652 و [¹¹C]

DASB برای انتقال‌دهنده‌های سروتونین، ¹⁸F] Mefway] برای گیرنده‌های سروتونین [5HT1A، [¹⁸F نایفن برای گیرنده‌های استیل کولین نیکوتین یا آنزیم (به عنوان مثال 6-FDOPA برای آنزیم AADC). این عوامل اجازه می‌دهد تجسم استخرهای نورولوژیک را در زمینه چندین بیماری‌های نوروپزشکی و نورولوژیک تجویز نمایند.

توسعه تعدادی از پرونده‌های جدید برای تصویربرداری PET in vivo PET در مغز انسان، تصویربرداری آمیلوئید را در آستانه استفاده بالینی به ارمغان آورده‌است. اولین پروژه‌های تصویربرداری آمیلوئید در دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس و در دانشگاه پیتزبورگ توسعه یافته‌است. این پروب‌های تصویربرداری آمیلوئید تجسم پلاکت‌های آمیلوئیدی را در مغز بیماران آلزایمر اجازه می‌دهد و می‌تواند به پزشکان در تشخیص بالینی پیش از مرگ و پیشگیری از AD کمک کند و در ایجاد درمان‌های جدید ضد آمیلوئید کمک کند. (¹¹C]PMP (N-[¹¹C]methylpiperidin-4-yl propionate] یک رادیو دارو جدید است که در تصویربرداری PET استفاده می‌شود تا فعالیت سیستم انتقال دهنده عصبی استیل کولینرژیک را با عمل به عنوان یک بستر برای استیل کولین استراز به اثبات رساند. معاینه پس از مرگ بیماران مبتلا به AD نشان دهنده کاهش سطح استیل کولین استراز است. ¹¹C] PMP] برای نقشه برداری فعالیت استیلکولین استراز در مغز استفاده می‌شود که می‌تواند به تشخیص AD کمک کند و به مراقبت از درمان‌های AD کمک کند.Avid Radiopharmaceuticals دارای ترکیباتی به نام فلوربتاپیر است که از رادیونوکلئید فلوئور -18 طولانی مدت برای تشخیص پلاک‌های آمیلوئید با استفاده از اسکن PET استفاده می‌کند.

عصب شناسی / علوم اعصاب شناختی: برای بررسی ارتباط بین فرایندهای خاص روانشناختی یا اختلالات و فعالیت مغز.

روانپزشکی: ترکیبات متعددی که به صورت غیر اختصاصی به روانپزشکان بیولوژیک وابسته هستند، با C-11 یا F-18 تشخیص داده شده‌اند. گیرنده‌های اپیدمی (mu) و دیگر سایت‌ها با موفقیت در مطالعات با استفاده از رادیولایگندهایی که به گیرنده‌های (dopamin (D1، D2، گیرنده مجدد جذب می‌شوند، گیرنده‌های سروتونین (5HT1A، 5HT2A، گیرنده مجدد واکنش پذیر) افراد انسانی مطالعات انجام شده در حال بررسی وضعیت این گیرنده‌ها در بیماران نسبت به کنترل‌های سالم در اسکیزوفرنیا، سوء مصرف مواد، اختلالات خلقی و سایر شرایط روحی است.

جراحی استریوتاکتیک و رادیو جراحی: جراحی هدایت شده با PET، درمان تومورهای داخل جمجمه، بیماری‌های شریانی وریدی و سایر شرایط قابل درمان جراحی را تسهیل می‌کند.

قلب‌شناسی

مقاله اصلی: PET قلب

Cardiology، آترواسکلروز و بررسی بیماری‌های عروقی: در کاردولوژی بالینی، FDG-PET می‌تواند به اصطلاح "خلع سلاح میوکارد" را شناسایی کند، اما هزینه آن در این نقش در مقایسه با SPECT مشخص نیست. تصویربرداری FDG-PET از آترواسکلروز برای تشخیص بیماران مبتلا به سکته مغزی نیز امکان‌پذیر است و می‌تواند به اثربخشی درمان‌های ضد آترواسکلروز جدید کمک کند.

بیماری‌های عفونی

عفونت‌های تصویربرداری با فناوری‌های تصویربرداری مولکولی می‌تواند تشخیص و پیگیری درمان را بهبود بخشد. PET برای تشخیص عفونت‌های باکتریایی به‌طور بالقوه با استفاده از فلورودسو گلوکوز (FDG) برای شناسایی پاسخ التهابی مرتبط با عفونت به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌است.

سه عامل مختلف کنتراست PET برای ایجاد عفونت‌های باکتریایی [¹⁸F] مالتوز، [¹⁸F] مالتوئکسیاز و (¹⁸F] 2-fluorodeoxysorbitol (FDS] توسعه یافته‌است. FDS هم‌چنین دارای مزیتی است که می‌تواند فقط Enterobacteriaceae را هدف قرار دهد

فارماکوکینتیک: در آزمایش‌ها قبل از بالینی، ممکن است یک داروی جدید را به وسیله رادیو نشان داده و آن را به حیوانات تزریق کند. چنین اسکن‌هایی به عنوان مطالعات انتشار بیولوژیکی نامیده می‌شود. جذب دارو، بافت‌هایی که در آن متمرکز می‌شود و از بین بردن آن، می‌تواند بسیار سریع تر و مؤثرتر از روش قدیمی تر کشتار و تخریب حیوانات برای کشف اطلاعات مشابه، نظارت شود. بیشتر به‌طور معمول، مصرف مواد مخدر در یک محل مشخص شده از عمل می‌تواند به‌طور غیرمستقیم توسط مطالعات رقابت بین داروهای بدون برچسب و ترکیبات radiomabeled شناخته شده apriori به اتصال با خاصیت به سایت منعکس شده‌است. یک رادیولینگ تنها می‌تواند برای آزمایش بسیاری از نامزدهای احتمالی دارو برای یک هدف مورد استفاده قرار گیرد. یک روش مرتبط با آن شامل اسکن کردن با رادیولیگندها می‌باشد که با یک گیرنده داده شده با یک ماده درونزا (طبیعی) رقابت می‌کنند تا نشان دهند که یک داروی باعث آزاد شدن ماده طبیعی می‌شود.

تصویربرداری کوچک حیوانات

تکنولوژی PET برای تصویربرداری کوچک حیوانات: توموگرافی مینیاتوری PE ساخته شده‌است که به اندازه کافی کوچک است برای یک موش کاملاً آگاه و متحرک در هنگام قدم زدن روی سر خود قرار می‌گیرد. این (RatCAP (PET Animal Conscious Pet Animal اجازه می‌دهد تا حیوانات بدون اثرات مخوف بیهوشی اسکن شوند. اسکنر PET که به‌طور خاص برای جوندگان تصویربرداری طراحی شده‌است، که اغلب به عنوان microPET شناخته می‌شود، و هم‌چنین اسکنر برای اولیای کوچک، برای تحقیقات علمی و دارویی عرضه می‌شود. اسکنرها ظاهراً براساس scintilators microminiature و (photodiodes avalanche amplified (APDها از طریق یک سیستم جدید اختراع شده با استفاده از فتومولتیپ‌های سیلیکونی تک تراشه بر اساس [citation needed]در سال 2018، دانشکده پزشکی دامپزشکی UC Davis اولین مرکز دامپزشکی برای استخدام یک اسکنر PET کوچک بالینی به عنوان یک اسکن PET-PET برای تشخیص حیوانات بالینی (به جای تحقیق) بود. با توجه به هزینه و همچنین ابزار حاشیه ای برای تشخیص متاستازهای سرطانی در حیوانات همراه (استفاده اولیه از این روش)، انتظار می‌رود اسکن پت دامپزشکی در آینده نزدیک به ندرت در دسترس باشد.

تصویربرداری اسکلتی-عضلانی

تصویربرداری اسکلتی عضلانی: تکنیک قابل قبولی برای مطالعه عضلات اسکلتی در طول تمرینات مانند پیاده‌روی نشان داده شده‌است. یکی از مزایای استفاده از PET این است که هم‌چنین می‌تواند داده‌های فعال سازی ماهیچه‌ای را در مورد عضلات عمیق‌تر مانند interus medius and gluteus minimus را در مقایسه با سایر تکنیک‌های مطالعه عضلات نظیر الکترومیوگرافی فراهم کند که می‌تواند فقط در عضلات سطحی استفاده شود (یعنی به‌طور مستقیم زیر پوست). یک نکته روشن این است که PET هیچ اطلاعات زمان‌بندی در مورد فعال شدن عضلات را فراهم نمی‌کند، زیرا بعد از اتمام تمرین باید اندازه‌گیری شود. این به خاطر زمانی است که FDG در عضلات فعال می‌شود.

امنیت

اسکن پت غیر تهاجمی است، اما این شامل قرار گرفتن در معرض اشعه یونیزاسیون است.

18F-FDG، که در حال حاضر رادیوتراپی استاندارد مورد استفاده برای تصویربرداری PET و مدیریت سرطان بیماران مبتلا به سرطان است، دوز مؤثر ۱۴ mSv دارد

مقدار تابش در 18F-FDG مشابه دوز مؤثر یک ساله در شهر آمریکایی دنور، کلرادو (12.4 mSv / year) است. برای مقایسه، دوز تابش برای سایر روش‌های پزشکی از 0.02 mSv برای یک اشعه ایکس قفسه سینه و 6.5-8 mSv برای CT اسکن قفسه سینه است. متوسط ​​هواپیماهای مدنی در معرض 3 mSv / year قرار دارد و کل حد مجاز کار شغلی برای کارگران انرژی هسته ای در ایالات متحده آمریکا 50mSv / year است. برای مقیاس، سفارش‌های از قدر (پرتو) را ببینید.

برای PET-CT اسکن، قرار گرفتن در معرض تابش ممکن است قابل توجه باشد- حدود 23-26 mSv (برای 70 کیلوگرم دوز فردی احتمالاً بالاتر خواهد بود برای وزن بدن بالاتر)

عملکرد

رادیونوکلئید و ردیاب پرتویی

نمای یک بلوک آشکارساز و حلقه یک اسکنر PET

مقالات اصلی: فهرست نشانگرهای پرتوییPET و Fludeoxyglucose

رادیونوکلئید‌هایی که در اسکن پت استفاده می‌شوند، معمولاً ایزوتوپ‌ها با نیمه عمر کوتاه مانند کربن 11 (~ 20 دقیقه)، نیتروژن 13 (~ 10 دقیقه)، اکسیژن 15 (~ 2 دقیقه)، فلوئور 18 (~ 110 دقیقه)، گالیم 68 (~ 67 دقیقه)، زیرکونیم 89 (~ 78.41 ساعت)، یا روبیدیوم 82 (~ 1.27 دقیقه). این رادیونوکلئیدها یا به ترکیباتی که به‌طور طبیعی توسط بدن مورد استفاده قرار می‌گیرند مانند گلوکز (یا آنالوگ‌های گلوکز)، آب یا آمونیاک یا مولکول‌هایی که به گیرنده‌ها و یا سایر سایت‌های فعالیت دارویی متصل می‌شوند، متصل می‌شوند. چنین ترکیبات برچسب دار به عنوان رادیوتراپی شناخته می‌شوند. فناوری PET می‌تواند برای ردیابی مسیر بیولوژیکی هر ترکیب در انسان‌های زنده (و همچنین بسیاری از گونه‌های دیگر) نیز مورد استفاده قرار گیرد، در صورتی که با ایزوتوپ PET قابل تشخیص باشد. بنابراین، فرایندهای خاصی که می‌توانند با PET مورد بررسی قرار گیرند، عملاً بی‌حد و حصر هستند و رادیوتراپی برای مولکول‌های هدف و فرایندهای جدید هم‌چنان سنتز می‌شود؛ همانطور که از این نوشتار، در حال حاضر ده‌ها تن در استفاده بالینی و صدها مورد استفاده در تحقیقات وجود دارد. در حال حاضر [هنگامی که] رادیوتراپی رایج‌ترین در پت اسکن بالینی پلاسما فلورایدوکسو گلوکوز (هم‌چنین به نام FDG یا فلوتیکسی گلوکز)، یک آنالوگ از گلوکز است که با فلورین 18 برچسب گذاری می‌شود. این رادیوتراپی در اصل همه اسکن برای انکولوژی و اکثر اسکن در مغز اعصاب استفاده می‌شود و در نتیجه اکثریت کل رادیوتراپی (> 95٪) مورد استفاده در اسکن PET و PET را تشکیل می‌دهد. با توجه به نیمه کوتاه عمر اکثر رادیو ایزوتوپ‌های پرتوی پوزیترون، رادیوتراپی‌ها به‌طور سنتی با استفاده از یک سیکلوترون در نزدیکی دستگاه تصویربرداری PET تولید می‌شوند. نیمه عمر فلوئور 18 به اندازه کافی بلند است که رادیوتراپی‌هایی که دارای فلوئور 18 می‌باشند می‌توانند به صورت تجاری در محل‌های خارج از محل تولید شوند و به مراکز تصویربرداری منتقل شوند. اخیراً ژنراتورهای روبیدیوم 82 به صورت تجاری در دسترس بوده‌اند. این‌ها حاوی استرانسیم 82 هستند که با جذب الکترون برای تولید روتادیوم-82 انتشار پوزیترون فرو می‌ریزند.

انتشار

طرح فرایند PET

برای انجام اسکن، یک ایزوتوپ تریسی رادیواکتیو کوتاه مدت به موضوع زندگی تزریق می‌شود (معمولاً به گردش خون). هر اتم ردیاب شیمیایی به یک مولکول فعال زیست شناختی تبدیل شده‌است. یک دوره انتظار وجود دارد در حالی که مولکول فعال در بافت‌ها متمرکز می‌شود؛ سپس موضوع در اسکنر تصویربرداری قرار می‌گیرد. مولکول که برای این منظور بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد، فلوئوریدسوکسی گلوکز (FDG)، یک قند F-18 است که مدت زمان انتظار آن یک ساعت است. در حین اسکن، یک رکورد غلظت بافت به عنوان کشش تریسی ایجاد می‌شود.

همانطور که رادیو ایزوتوپ تحت تجزیه انتشار پوزیترون (همچنین به عنوان بتا مثبت شناخته می‌شود)، پوزیترون، یک ضد عنصر الکترون با شار مخالف را منتشر می‌کند. پوزیترون منتشر شده در بافت برای یک فاصله کوتاه (معمولاً کمتر از 1 میلی‌متر است اما وابسته به ایزوتوپ است) سفر می‌کند، که در آن زمان انرژی جنبشی را از دست می‌دهد، تا زمانی که به نقطه‌ای که می‌تواند با الکترون ارتباط برقرار کند، تأخیر کند. این برخورد هر دو الکترون و پوزیترون را نابود می‌کند و یک جفت فوتون‌های نابودکننده (گاما) ایجاد می‌کند که در جهت تقریباً مخالف حرکت می‌کنند. این‌ها هنگامی که آن‌ها در یک دستگاه اسکن می‌رسند، ایجاد می‌شوند و موجب نوردهی می‌شوند که توسط فوتومولتیپایرها یا فوتودیوئیدها (سی APD) به دست می‌آید. این تکنیک به تشخیص همزمان یا همزمان دو فوتون که در جهت تقریباً مخالف حرکت می‌کند بستگی دارد (دقیقاً در مرکز محدودهٔ تودهٔ آن‌ها کاملاً مخالف است، اما اسکنر هیچ راهی برای دانستن آن ندارد، و به همین جهت یک جهت کوچک ساخته شده‌است) فوتون‌هایی که به "جفت"های زمانی (به عنوان مثال در یک پنجره زمانی از چند نانو ثانیه) وارد نمی‌شوند، نادیده گرفته می‌شوند.

محلی‌سازی رویداد نابودی پوزیترون

مهم‌ترین بخش از تلفات الکترون-پوزیترون موجب می‌شود که دو فوتون گاما 511 کیلووات در حدود تقریباً 180 درجه به یکدیگر منتقل شوند؛ از این رو، ممکن است منبع خود را در کنار یک خط مستقیم از همپوشانی (که همچنین خط پاسخ یا LOR نامیده می‌شود) قرار دهیم. در عمل، LOR دارای عرضی غیر صفر است زیرا فوتون‌های خروجی دقیقاً به فاصله 180 درجه از یکدیگر فاصله ندارند. اگر زمان حل و فصل آشکارسازها کمتر از 500 پیکوثانیه، به جای حدود 10 نانو ثانیه باشد، ممکن است این رویداد را به یک بخش از وتر، که طول آن با وضوح زمان سنج آشکارساز تعیین می‌شود، قرار دهیم. با بهبود وضوح زمان، نسبت سیگنال به نویز (SNR) تصویر بهبود خواهد یافت و نیاز به رویدادهای کمتر برای دستیابی به همان کیفیت تصویر است. این تکنولوژی هنوز معمول نیست، اما در برخی از سیستم‌های جدید موجود است.

بازسازی تصویر

داده‌های خام جمع‌آوری شده توسط یک اسکنر PET، لیستی از وقایع حادثه است که نشان دهنده تشخیص تقریباً همزمان (معمولاً درون یک پنجره از 6 تا 12 نانو ثانیه از یکدیگر) فوتون‌ها توسط یک جفت آشکارساز است. هر رویداد تصادفی نشان دهنده یک خط در فضای اتصال دو آشکارساز است که در آن انتشار پوزیترون اتفاق می‌افتد (یعنی خط پاسخ (LOR)).

تکنیک‌های تحلیلی، مانند بازسازی توموگرافی کامپیوتری (CT) و داده‌های کامپیوتری توزیع شده فوتون (SPECT)، معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، اگر چه داده‌های جمع‌آوری شده در PET بسیار ضعیف از CT است، بنابراین تکنیک‌های بازسازی مشکل تر است. رویدادهای همپوشانی را می‌توان به تصاویر طرح ریزی، به نام سینوگرام‌ها طبقه‌بندی کرد. سینوگرام‌ها بر اساس زاویه هر دید و شیب (برای تصاویر 3D) مرتب می‌شوند. تصاویر سینوگرام به‌طور مشابه با پیش‌بینی‌هایی است که توسط اسکنرهای کامپیوتری (CT) گرفته شده‌اند و می‌توانند به روش مشابه بازسازی شوند. آمار مربوط به داده‌ها به دست آمده بسیار بدتر از آنچه که از طریق انتقال توموگرافی دریافت شده‌است. یک مجموعه اطلاعات PET طبیعی دارای میلیون‌ها حساب برای کل کسب است، در حالی که CT می‌تواند به چند میلیارد نفر برسد. این کمک به تصاویر PET که ظاهراً "پر سر و صدا" از CT است. دو منبع عمده سر و صدا در PET پراکنده هستند (یک جفت فوتون شناسایی شده، حداقل یکی از آن‌ها از طریق مسیر اصلی با تعامل با ماده در میدان دید، منجر به جفت شدن به یک LOR نادرست می‌شود) و رویدادهای تصادفی (فوتون‌های ناشی از دو حادثه مختلف نابودی، اما اشتباه به عنوان یک جفت تصادفی ثبت شده‌است زیرا ورود آن‌ها به آشکارسازهای مربوطه در یک پنجره زمان همزمان اتفاق افتاده است).

در عمل، پیش پردازش قابل توجهی از داده‌ها لازم است - اصلاح برای اتفاق‌های تصادفی، تخمین و تفریق فوتون‌های پراکنده، اصلاح زمان مرده تشخیص (پس از تشخیص فوتون، آشکارساز باید دوباره خنک شود) و آشکارساز - اصلاح حساسیت (برای هر دو حساسیت آشکارساز ذاتی و تغییر در حساسیت به علت زاویه بروز).طرح ریزی فیلتر شده (FBP) اغلب برای بازسازی تصاویر از پیش‌بینی‌ها استفاده می‌شود. مزیت این الگوریتم این است که در حالیکه نیاز کم به محاسبه منابع وجود دارد ساده باشد. معایب این است که نویز شات در داده‌های خام در تصاویر بازسازی شده برجسته است، و مناطقی از جذب بالا ردیابی تمایل به تشکیل رگه‌ها در سراسر تصویر.

روش‌های آماری،رویکردهای مبتنی بر احتمال

آماری، احتمال مبتنی بر الگوریتم‌های تکرار انتظار-حداکثر سازی مانند الگوریتم Shepp-Vardi در حال حاضر روش ترجیحی بازسازی است. این الگوریتم‌ها برآورد توزیع احتمالی حوادث نابودی را محاسبه می‌کنند که به داده‌های اندازه‌گیری شده بر اساس اصول آماری منجر می‌شود. مزیت پروفیل نویز بهتر و مقاومت در برابر مصنوعات رگه ای است که با FBP معمول است، اما ضرورت این است که نیازهای منابع کامپیوتر بالا باشد. یک مزیت دیگر از تکنیک‌های بازسازی تصویر آماری این است که اثرات فیزیکی که باید قبل از اصلاح برای استفاده از الگوریتم بازنگری تحلیلی مانند فوتون‌های پراکنده، اتفاق‌های تصادفی، انقباض و آشکارساز زمان ماندگار، به احتمال زیاد مدل مورد استفاده در بازسازی، اجازه می‌دهد برای کاهش سر و صدای اضافی. نشان داده شده‌است که بازسازی واقعی، منجر به پیشرفت در حل و فصل تصاویر بازسازی شده می‌شود، از آنجا که مدل‌های پیچیده‌تر فیزیک اسکنر می‌تواند در مدل احتمال بیشتر از آنچه که توسط روش‌های بازسازی تحلیلی استفاده می‌شود، امکان سنجی بهبود یافته توزیع رادیواکتیویته را افزایش دهد.

تصحیح تضعیف

تصویربرداریPET نیاز به اصلاح ضخامت دارد در این سیستم تصحیح تضعیف براساس اسکن انتقال با استفاده از منبع میله چرخش 68Ge است

اسکن‌های انتقال به‌طور مستقیم اندازه گیری‌های ولتاژ را در 511 کیلو V اندازه‌گیری می‌کند. تضعیف زمانی رخ می‌دهد که فوتونهایی که توسط رادیوتراپی درون بدن منتشر می‌شوند، توسط بافت مداوم بین آشکارساز و انتشار فوتون جذب می‌شوند. همانطور که LORهای مختلف باید با ضخامت‌های مختلفی از بافت عبور کنند، فوتون‌ها به صورت متفاوتی تضعیف می‌شوند. نتیجه این است که سازه‌های عمیق در بدن به عنوان داشتن جذابیت ضعیف ضعیف بازسازی می‌شوند. اسکنرهای معاصر می‌توانند با استفاده از یک تجهیزات CT-X یکپارچه، برآورد کنند، که یک فرم خام CT را با استفاده از یک منبع گاما (منبع پوزیترون) و آشکارسازهای PET، ارائه داد.

در حالی که تصاویر تصحیح شده با ضخامت عمدتاً بازنمایی وفادارتر است، فرایند تصحیح خود را حساس به مصنوعات برجسته می‌کند. در نتیجه، هر دو تصحیح و اصلاح نشده تصاویر همیشه بازسازی و خواندن با هم.

بازسازی 2D / 3D

اسکنرهای اولیه PET تنها یک حلقهٔ آشکارساز داشتند، از این رو کسب اطلاعات و بازسازی بعدی به یک صفحهٔ عرضی محدود شده بود. امروزه اسکنرهای مدرن شامل حلقه‌های متعدد هستند که اساساً یک سیلندر آشکارساز را تشکیل می‌دهند. دو روش برای بازسازی داده‌ها از یک اسکنر وجود دارد:

1) هر حلقه را به عنوان یک نهاد جداگانه تلقی کنید، به طوری که فقط در درون یک حلقه تشخیص داده می‌شود، تصویر از هر حلقه می‌تواند به صورت جداگانه بازسازی شود (بازسازی 2D)، یا

2) اجازه می‌دهد که همزمان بین حلقه‌ها و همچنین حلقه‌ها اتفاق بیفتد، سپس کل حجم را با هم بازسازی می‌کنیم (3D). تکنیک‌های 3D حساسیت بیشتری دارند (به این دلیل که بیشتر سازگاری‌ها شناسایی و مورد استفاده قرار می‌گیرند) و به همین دلیل سر و صدای کمتر، اما بیشتر به اثرات پراکنده و تصادفی سازگاری حساس هستند، و هم‌چنین نیاز به منابع کامپیوتر به‌طور مساوی بیشتر. ظهور آشکارسازهای حل و فصل زمان‌های نیمه نانو، امکان رد تصادفی بهتر را فراهم می‌کند، بنابراین برای بازسازی تصویر 3D ترجیح می‌دهد.

زمان پرواز TOF) PET)

برای سیستم‌های مدرن با وضوح زمانی بالاتر (تقریباً 3 نانو ثانیه) یک تکنیک به نام "زمان پرواز" برای بهبود عملکرد کلی استفاده می‌شود. PET پرواز زمان استفاده از آشکارسازهای اشعه گاما بسیار سریع و سیستم پردازش داده‌ها است که دقیق‌تر می‌تواند تفاوت بین زمان تشخیص دو فوتون را تعیین کند. اگر چه از لحاظ فنی غیرممکن است که نقطه منشاء حوادث نابودی را دقیقاً (در حال حاضر در حدود 10 سانتیمتر) قرار دهیم بنابراین بازسازی تصویر هنوز مورد نیاز است، تکنیک TOF به‌طور قابل توجهی بهبود کیفیت تصویر، به ویژه نسبت سیگنال به نویز.

تصویر PET-CT از بدن کامل

ترکیب PET با CT یا MRI

مقالات اصلی: PET-CT و PET-MRI

تصویر PET-MRI از مغز

اسکن PETها در کنار اسکن سیگنال‌های مغناطیسی یا رزونانس مغناطیسی (MRI)، با ترکیب به اطلاعات هر دو آناتومیک و متابولیکی (یعنی آنچه که ساختار است و آنچه که آن را بیوشیمیایی انجام می‌دهد) خوانده می‌شود. از آنجا که تصویربرداری PET در ترکیب با تصویربرداری آناتومیکی مفید است، مانند CT، اسکنرهای PET مدرن اکنون با CT Scanners چند منظوره پیشرفته (به اصطلاح PET-CT) در دسترس هستند. از آنجا که دو اسکن می‌تواند در یک جلسه فوری در همان جلسه انجام شود و بیمار موقعیت بین دو نوع اسکن را تغییر نمی‌دهد، دو مجموعه تصاویر دقیق تر ثبت می‌شوند، به طوری که مناطق ناهنجاری در تصویربرداری PET می‌توانند بیشتر باشد کاملاً با آناتومی در تصاویر سی تی ارتباط دارد. این بسیار مفید است در ارائه دیدگاه‌های دقیق از حرکت دادن اندام‌ها یا ساختارها با تغییرات آناتومیکی بالاتر، که بیشتر در خارج از مغز اتفاق می‌افتد. در مؤسسه بیولوژی و بیوفیزیک Jülich، بزرگترین دستگاه PET MRI جهان در آوریل 2009 شروع به کار کرد: یک توموگرافی رزونانس مغناطیسی 9.4 تسلی (MRT) همراه با توموگرافی انتشار پوزیترون (PET). در حال حاضر، فقط مغز را می‌توان در این میدان‌های مغناطیسی بالا اندازه‌گیری کرد. برای تصویربرداری از مغز، ثبت نام CT، MRI و اسکن PET می‌تواند بدون نیاز به یک PET CT یا PET-MRI با استفاده از دستگاه شناخته شده به عنوان N-localizer انجام شود.

محدودیت‌ها

حداقل رساندن دوز تابش به موضوع، جذابیت استفاده از رادیونوکلئیدهای کوتاه مدت است. در کنار نقش تعیین شده خود به عنوان یک تکنیک تشخیصی، PET به عنوان یک روش برای ارزیابی پاسخ به درمان، به ویژه درمان سرطان نقش گسترده ای دارد.

محدودیت استفاده گسترده از PET ناشی از هزینه‌های بالا cyclotrons مورد نیاز برای تولید رادیونوکلئیدهای کوتاه مدت برای اسکن پت و نیاز به دستگاه سنتز شیمیایی در محل مناسب برای تولید رادیو داروها پس از آماده‌سازی رادیوایزوتوپ. مولکول‌های رادیوتراپی Organic که یک رادیو ایزوتوپ رادیویی پوزیترون را شامل می‌شوند ابتدا سنتز نمی‌شوند و سپس رادیوایزوتوپ درون آن‌ها تهیه می‌شود، زیرا بمباران با یک سیکلوترون برای تهیه رادیوایزوتوپ، هر وسیله ای برای نگهداری آن را از بین می‌برد. در عوض، ایزوتوپ باید ابتدا آماده شود، سپس پس از آن، شیمی برای آماده سازی هر رادیوتراپی آلی (مانند FDG) بسیار سریع انجام می‌شود، در زمان کوتاهی قبل از انحلال ایزوتوپ. تعداد کمی از بیمارستان‌ها و دانشگاه‌ها قادر به حفظ چنین سیستم‌هایی هستند و اکثر PETهای بالینی توسط تأمین‌کنندگان شخص ثالث رادیوتراپی پشتیبانی می‌شوند که می‌توانند همزمان چندین سایت را تأمین کنند. این محدودیت PET را در درجه اول به استفاده از ردیاب‌های برچسب دار شده با فلوئور 18 محدود می‌کند، که نیمه عمر 110 دقیقه را دارد و می‌توان از راه دور معقول استفاده کرد یا به روبیدیوم 82 (که به عنوان روبیدیم -82 کلرید استفاده می‌شود) با نیمه عمر 1.27 دقیقه است که در یک ژنراتور قابل حمل تولید می‌شود و برای مطالعات پرفوریونی قلب استفاده می‌شود. با این وجود، در سال‌های اخیر چندین سیکلوترون در محل با محافظ یکپارچه و "آزمایشگاه های داغ" (آزمایشگاه‌های شیمی اتوماتیک که قادر به کار با رادیوایزوتوپ‌ها هستند) شروع به همراه کردن واحدهای PET به بیمارستان‌های راه دور کرده‌اند. حضور کوچک سیکلوترون در محل، وعده داده که در آینده به عنوان سیکلووترن‌ها در پاسخ به هزینه بالای حمل و نقل ایزوتوپ به دستگاه‌های PET کاهش یابد. در سال‌های اخیر کمبود اسکن‌های PET در ایالات متحده کاهش یافته‌است، چرا که انتشار داروهای رادیو ایزوتوپ برای تأمین رادیو ایزوتوپ‌ها 30٪ در سال افزایش یافته‌است.

از آنجا که نیمه عمر فلوئور 18 حدود دو ساعت است، دوز آماده یک رادیو دارو دارنده این رادیونوکلئید، طی چند روز کاری، نیمه عمر انباشته خواهد شد. این باعث می‌شود که کالیبراسیون مکرر دوز باقی‌مانده (تعیین فعالیت در واحد حجم) و برنامه‌ریزی دقیق با توجه به برنامه‌ریزی بیمار انجام شود.

تاریخچه

پت اسکن اول بار در دانشگاه واشینگتن در سنت لوییس در سال ۱۹۷۵ توسط مایکل فلپس اختراع شد. در این سیستم یک عنصر رادیواکتیو با نیمه عمر کوتاه که با گرفتن پوزیترون متلاشی می‌شود (که به لحاظ شیمیایی مولکول فعال متابولیک محسوب می‌شود) به بدن بیمار تزریق می‌گردد و پس از وقفه کوتاهی (جهت پخش مواد در سیستم گردش بدن) بیمار جهت تصویرگیری به داخل دستگاه اسکن منتقل می‌شود. مولکولی که بدین منظور استفاده می‌شود فلوئورو دی اکسی گلوکز (FDG-۱۸) می‌باشد.

امروزه دستگاه‌های پت در بیمارستان‌ها در سرتاسر ایالات متحده و نیز در آشکارسازی و تحقیقات در زمینه‌هایی همچون ناراحتی‌های مغز و اعصاب مثل روان‌گسیختگی، پارکینسون، آلزایمر، و آنکولوژی کاربرد وسیع دارند.

در سال 2020 ایران حداقل سه دستگاه پت اسکن مشغول به کار دارد، که یکی در بیمارستان مسیح دانشوری، و دیگری در بیمارستان دکتر شریعتی و در بیمارستان خاتم الانبیا قرار دارند.

هزینه

از اوت سال 2008، Cancer Care انتاریو گزارش می‌دهد که هزینه‌های افزایشی در حال حاضر برای انجام اسکن PET در استان می‌تواند 1000 تا 200 دلار برای هر اسکن باشد. این شامل هزینه دارو رادیو اکتیو و مصارف پزشک برای خواندن اسکن است.

در انگلستان، هزینه مرجع (NHS (2015-2016 برای یک اسکن سرپایی 798 پوند و 242 پوند برای خدمات دسترسی مستقیم است. در استرالیا، از ژوئیه 2018، هزینه برنامه‌های مزایای Medicare برای کل بدن FDG PET بین 95 تا 99 دلار است که بسته به نشانه‌ای برای اسکن است.

در ایران هزینه پت اسکن در بیمارستان مسیح دانشوری مبلغ ۹،۴۰۰،۰۰۰ تومان (نه میلیون و چهارصد هزار تومان) در اردیبهشت سال ۱۴۰۲ می باشد.

نگارخانه

کاربردها

آزمون استرس هسته‌ای

در آزمون استرس هسته‌ای، که با PET انجام می‌گیرد، پزشکان ماده‌ای رادیواکتیو را به خون تزریق می‌کنند، سپس با استفاده از دوربین اشعه گاما چگونگی حرکت خون در قلب را بررسی می‌کنند. این آزمون مشخص می‌کند که قلب تا چه حد قابلیت رسانیدن خون اکسیژن دار به عضله را دارد.

اغلب این آزمون را دو بار انجام می‌دهند، یک بار برای بررسی کارکرد قلب در حال استراحت، و بار دیگر در حال فعالیت و تحت فشار جسمی. انجام دادن دو اسکن PET ممکن است مدت زیادی (تا ۵ ساعت) بطول بینجامد، گذشته از اینکه این آزمون بیمار را در معرض مقادیر نسبتاً زیادی تشعشع قرار می‌دهد.

کنترل کیفیت

یکی از شیوه‌های کنترل کیفیت این سیستم‌ها استفاده از فانتوم‌هایی همچون فانتوم جیزاک است.

جستارهای وابسته

• اسپکت
• پت-سی تی
• پت-ام آر آی
• میکروپت

پیوند به بیرون

در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ برش‌نگاری با گسیل پوزیترون موجود است.

• What is PET
• Positron Emission Tomography بایگانی‌شده در ۷ ژوئیه ۲۰۰۷ توسط Wayback Machine
• Imaging for hope
• نگاهی گذرا بر سیستم تصویربرداری پت/سی‌تی (فارسی)
• Positron Emission Tomography