Nuclear physics science template

1
NUKLEÁRNA MEDICÍNA Prístroje na detekciu žiarenia
Úvod do nukleárnej medicíny
01
2
Prístroje na detekciu žiarenia

• Úvod do nukleárnej medicíny (základné princípy,
  história a súcasnost)
• Základné fyzikálne princípy (atóm, rádioaktivita,
  ionizujúce žiarenie)
• Meranie a detekcia rádioaktivity
• G-M pocítace
• Scintilacné detektory (stavba detektora,
  scintilacný kryštál)
• Fotonásobic (stavba a funkcia fotonásobica)
• Kolimácia pri detekcii žiarenia (princíp, druhy
  kolimátorov)
• Prístroje na detekciu žiarenia gama
• Gamakamera, SPECT a planárne zobrazenie
• Pozitrónová emisná tomografia
• Hybridné prístroje v nukleárnej medicíne
  (SPECT/CT, PET/CT)
• Prístrojové vybavenie pracoviska nukleárnej
  medicíny
• Kontrola kvality prístrojov

02
3
Úvod do nukleárnej medicíny

• Zobrazovacie metódy v súcasnej medicíne
• Röntgenové zobrazovacie metódy
• Princíp transmisie (prechodu) ionizujúceho
  žiarenia vyšetrovanou
• oblastou brzdenie žiarenia X rôznymi
  druhmi tkaniva
• RTG
• Skiaskopia, Skiagrafia
• CT

03
4
Úvod do nukleárnej medicíny

• Zobrazovacie metódy v súcasnej medicíne
• Magnetická rezonancia - MRI
• Pacient je vložený do velmi silného
  magnetického pola, do jeho
• tela je vyslaný krátky rádiofrekvencný
  impulz a po jeho skoncení sa
• sníma slabý signál, ktorý vytvára
  pacientovo telo, a ktorý sa
• následne použije na rekonštrukciu
  samotného obrazu. Intenzita
• signálu je závislá na hustote protónov
  vodíka v tkanive.

04
5
Úvod do nukleárnej medicíny

• Zobrazovacie metódy v súcasnej medicíne
• Ultrasonografické USG zobrazovacie metódy
• USG diagnostika využíva princíp detekcie
  odrazu zvukových vln. Ultrazvukové vlny o
  frekvencii 2-15 MHz sú do tela vysielané USG
  sondou, ktorá zároven slúži aj ako ich prijímac.
  USG prístroj príjme odrazenú vlnu a vyhodnotí jej
  intenzitu a casový interval medzi jej vyslaním a
  prijatím. Spracované informácie prevedie do dvoj
  až trojrozmerného obrazu.

05
6
Úvod do nukleárnej medicíny

• Zobrazovacie metódy v súcasnej medicíne
• Nukleárna medicína
• Pre vznik diagnostického zobrazenia využíva
  akumuláciu rádiofarmák v
• organizme a následnú emisiu fotónov ionizujúceho
  žiarenia z miesta
• akumulácie.
• SPECT
  PET

06
7
Úvod do nukleárnej medicíny
Základný princíp zobrazovacích metód - porovnanie
07
8
Úvod do nukleárnej medicíny

• Nukleárna medicína je špecializovaným
  odborom medicíny, ktorého základným princípom je
  využitie otvorených rádionuklidových žiaricov na
  diagnostické, terapeutické, prognostické alebo
  výskumné úcely.
• V  praxi sa nukleárna medicína delí na
  diagnostickú cast a na terapiu otvorenými
  žiaricmi.

08
9
Úvod do nukleárnej medicíny

• Nukleárna medicína používa bezpecné, bezbolestné
  a cenovo dostupné techniky pre zobrazenie
  cielových orgánov ludského tela a liecbu chorôb.
• Zobrazenie v  nukleárnej medicíne je jedinecné,
  pretože poskytuje klinikom informácie nielen
  o štruktúre, ale aj o funkcii sledovanej oblasti.
  
• Nukleárna medicína používa malé a bezpecné
  množstvo rádioaktívnych látok za úcelom
• stanovenia diagnózy aj liecby.

09
10
Úvod do nukleárnej medicíny

• Zdrojom rádioaktívneho žiarenia v nukleárnej
  medicíne
• sú otvorené rádioaktívne žiarice, ktoré sa
  podávajú
• vo forme rádiofarmák.
• Rádiofarmakum je látka so špecifickou väzbou na
• vyšetrovaný orgán alebo tkanivo, oznacená
  rádioaktívnym
• prvkom, ktorá sa aplikuje do vnútorného
  prostredia
• organizmu a následne vychytáva v cielovom orgáne.

10
11
Úvod do nukleárnej medicíny

• V nukleárnej medicíne sa základné rádionuklidy
  spájajú s inými prvkami, resp. chemickými
  zlúceninami, za úcelom výroby rádiofarmák (môžu
  sa vyrábat priamo na pracovisku, alebo sú
  dodávané ako chemické zlúceniny-hotový
  prípravok).
• Po aplikácii (môže byt intravenózna, perorálna,
  peritumorálna a i.) sa rádiofarmakum akumuluje
  v špecifickom orgáne/tkanive, resp. lokalizuje
  bunkové receptory.
• Táto charakteristika rádiofarmák umožnuje
  zobrazit vývoj ochorenia v organizme, založený na
  bunkovej funkcii (metabolizme) a  fyziológii,
  namiesto sledovania a  vyhladávania
• anatomických zmien v tkanivovej štruktúre .

11
12
Úvod do nukleárnej medicíny

• Obr. Scintigrafia skeletu, 99mTcMDP

12
13
Úvod do nukleárnej medicíny

• Obr. Scintigrafia štítnej žlazy, 131I

13
14
Úvod do nukleárnej medicíny
Hypoplázia lavej oblicky s hyperpláziou pravej
oblicky
Normálny scintigrafický obraz obliciek
Dystopia lavej oblicky

• Obr. Scintigrafia obliciek, 99mTcDTPA

14
15
Úvod do nukleárnej medicíny
Normálny scintigrafický nález plúc
Pocetné defekty perfúzie plúc

• Obr. Perfúzna scintigrafia plúc, 99mTcLYOMAA

15
16
Úvod do nukleárnej medicíny

• V diagnostickej casti nukleárnej medicíny sú
  podané rádiofarmaká detekované/snímané pomocou
  špeciálnych kamier - gamakamera, ktoré umožnujú
  získat velmi presný obraz sledovanej oblasti.
• Metódami pre získanie žiadanej diagnostickej
  informácie v nukleárnej medicíne sú
  jednofotónová emisná tomografia SPECT a
  pozitrónová emisná tomografia PET. Obe emisné
  metódy môžu byt v praxi doplnené o transmisnú
  metódu pocítacovej tomografie CT.
• Poznámka emisia vyžarovanie
• transmisia prežarovanie

16
17
Úvod do nukleárnej medicíny

• Pri terapii pomocou otvorených rádionuklidov sa
  rádiofarmakum akumuluje v liecenom orgáne/tkanive
  a proces terapie je dosiahnutý deštrukciou
  (vyžiarením/zabitím) napadnutých buniek pomocou
  ionizujúceho žiarenia s krátkym doletom v tkanive
  131I, ZEVALIN ( 90Y).

17
18
Úvod do nukleárnej medicíny

• Množstvo radiácie, ktorej je pacient vystavený
  pocas scintigrafie (vyšetrenie SPECT) v
  nukleárnej medicíne je porovnatelné s množstvom,
  ktorému je pacient vystavený pri diagnostickom
  RTG a množstvo radiácie, ktorej je pacient
  vystavený pri terapii otvorenými žiaricmi je
  prísne sledované a udržiavané  v bezpecných
  limitoch.
• Vo všeobecnosti sa v nukleárno-medicínskych
  procedúrach uplatnuje tzv. systém ALARA
  (As Low As Reasonably Achievable).

18
19
Úvod do nukleárnej medicíny

• Limity pre optimálne diagnostické dávky stanovuje
  legislatíva SR v Nariadení vlády SR 340/2006
  O ochrane zdravia osôb pred nepriaznivými
  úcinkami ionizujúceho žiarenia pri lekárskom
  ožiarení.
• Nariadenie hovorí o maximálnych dávkach
  aplikovaných pre jednotlivé druhy vyšetrení,
  avšak zároven hovorí o tom, že limit pre
  pacientov nie je striktne stanovený, za výšku
  aplikovanej dávky zodpovedá vyšetrujúci lekár.
• Výpocet dávok pre deti upravuje Európska
  asociácia pre nukleárnu medicínu (EANM).
• Výška aplikovanej dávky nie je v žiadnom
  prípade ohrozujúca pre pacienta, ani
  pre jeho okolie.

19
20
Úvod do nukleárnej medicíny

• Aj ked sa nad tým nezamýšlame, každý je
  dennodenne vystavený
• vplyvu žiarenia ci už z prírodných, alebo umelých
  zdrojov.
• Pre väcšinu ludí prirodzené rádioaktívne pozadie
• zo vzduchu (atmosféra, kozmické žiarenie)
• pôdy (radón, draslík 40K, T1/21,25109 rokov)
• vody
• samotného ludského tela (40K, 14C T1/25 730
  rokov)
• predstavuje až 75 radiácie, ktorej sme rocne
  vystavení.
• Zvyšok predstavuje ožiarenie z priemyselného
  používania
• rádioaktívnych materiálov (televízory, hlásice
  požiarov )
• a lekárskeho ožiarenia (RTG, lekárske prístroje).

20
21
Úvod do nukleárnej medicíny

• Väcšina vyšetrení v nukleárnej medicíne vystavuje
  pacienta ožiareniu,
• ktoré za bežných podmienok dostane za niekolko
  mesiacov svojho života!

21
22
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny

• Vdaka multidisciplinárnemu charakteru nukleárnej
  medicíny
• je velmi tažké stanovit kedy presne došlo
  k vzniku tohto
• medicínskeho odboru.
• Väcšina medicínskych historikov za zaciatky
  nukleárnej
• medicíny považuje obdobie medzi objavením
  umelej
• rádioaktivity v  roku 1934 a  zaciatkom
  produkcie
• rádionuklidov pre medicínske úcely v  Oak
• Ridge National Laboratory (Tennessee, USA)
• v roku 1946.

22
23
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny

• Za prvý dôležitý mílnik v histórii nukleárnej
  medicíny je považované
• objavenie umelej rádioaktivity Frédericom
  Joliotom a Iréne Joliot -
• Curie v roku 1934 (za pomoci neutrónov vytvorili
  nové rádioaktívne
• izotopy, ktoré sa v  prírode nevyskytujú a 
  následne sledovali ich
• rádioaktívny rozpad až do nadobudnutia stabilného
  stavu).
• K rozvoju nukleárnej medicíny by však nemohlo
  dôjst bez predošlej
• Práce Wilhelma Konrada Röntgena (objavenie lúcov
  X-1895), Henriho
• Becquerela (objavenie prirodzenej rádioaktivity v
  uránových soliach-1896),
• Marie Curie (rádioaktívne rádium, tórium,
  polónium a 
• zavedenie pojmu rádioaktivita-1898), Georga de
  Hevesy
• (zavedenie stopovacej metódy-použitie izotopov
  pre
• sledovanie biologických systémov a procesov 1932).

23
24
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny

• Dôležitou prelomovou etapou v histórii nukleárnej
  medicíny
• bolo podávanie rádioaktívneho jódu I131 (tzv.
  atómový koktail)
• pri liecbe karcinómov štítnej žlazy v roku 1946.
• Liecba spocívala vo vychytaní rádioaktívneho jódu
  štítnou
• žlazou a následnom vyhubení/vyžiarení (bunková
  smrt
• spôsobená ožiarením) rakovinových buniek
  (nekontrolovane
• sa deliacich).
• Okrem liecby karcinómov štítnej žlazy bol jód
  I131
• v menších dávkach používaný na stanovenie
• funkcie štítnej žlazy a jej diagnostiku a na
  liecbu
• hypertyroidismu.

24
25
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny

• V širšom rozsahu sa nukleárna medicína zacala
  rozvíjat ako
• výhodná diagnostická metóda až na zaciatku
  50-tych rokov
• 20. storocia po tom ako sa prehlbili poznatky o
• použití urcitých rádionuklidov pre sledovanie
  konkrétnych
• biochemických procesov
• detekcii rádioaktivity (vhodná prístrojová
  technika)
• výrobe nových rádionuklidov

25
26
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny

• Spomedzi všetkých rádionuklidov, ktoré boli
  vyvinuté pre
• medicínske úcely vývoj žiadneho nuklidu nemá
  taký význam
• ako Technécia 99mTc.
• Technécium bolo objavené v roku 1937 C. Perrierom
  a E.Segreom
• a bolo mu pridelené 43 miesto v periodickej
  tabulke prvkov.
• Prvý generátorový systém na produkciu 99mTc pre
  medicínske
• úcely bol vyvinutý v 60-tych rokoch, co umožnilo
  jeho
• masové používanie. (Vo väcšine rádiofarmák v
  nukleárnej
• medicíne je rádioaktívnym nosicom práve
  technécium a 
• pokrýva široké spektrum vyšetrení rôznych
  orgánov.)

26
27
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny

• Priekopníkmi v   prístrojovej technike pre
  nukleárnu medicínu boli Benedict Cassen (1956),
  ktorý zostrojil prvý priamociary skener a Hal O.
  Anger, ktorý je otcom prvej gamakamery (1957).
  Základný princíp Angerovej kamery
• sa zachoval až do súcasnosti !
• Koncom 50-tych rokov bol David E. Kuhlom vyvinutý
  koncept jednofotónovej emisnej tomografie SPECT,
  ktorá sa v priebehu nasledujúcich desatrocí
  nadalej zdokonalovala a smerovala až k fúzii
  SPECT a CT technológie.
• Prvý PET skener pre medicínske úcely bol dostupný
  
• v roku 1975. V roku 1998 bol predstavený
  koncept
• hybridnej technológie PET/CT.

27
28
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny

• Prvý priamociary SCANNER vyvinul v roku 1950
  Benedict Cassen. Toto zariadenie, ako prvé
  dokázalo mapovat rozloženie rádioaktivity v
  organizme, ktorá bola podaná za úcelom zobrazit
  orgány, ktoré nebolo možné vyšetrit pomocou
  röntgenu. Zariadenie sa u nás nazývalo pohybový
  gamagraf a metóda zobrazenia sa nazývala
  gamagrafia.
• Metóda sa stala základom pre zobrazenie v
  nukleárnej medicíne. Neskôr bola nahradená
  scintilacnou kamerou. Zobrazenie objektu po
  jednotlivých bodoch kde hustota a farba ciarok
  na obrázku predstavovala císelnú hodnotu pre malú
  cast obrazu sa stala základom pre myšlienku
  digitalizácie obrazu. Až v roku 1964
• prišli prvé algoritmy a pocítace, ktoré
  umožnili digitalizáciu
• obrazu najprv nie pre fotografiu, ale pre
  potreby
• spracovania obrazu v nukleárnej medicíne.

28
29
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Gamagraf PHO-DOT
29
30
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Schéma Priamociareho skenera
Schéma Angerovej gamakamery
30
31
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Angerova kamera
Priamociary skener
31
32
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
Vývoj prvého PET skenera M.E. Phelps a kolektív
32
33
Úvod do nukleárnej medicíny
História nukleárnej medicíny
PET/CT hybridný skener
33
34
Úvod do nukleárnej medicíny

• Nukleárna medicína v súcasnosti dokáže vyšetrit
  takmer
• každý orgán ludského tela a jej výsledky
  úspešne využíva

• kardiológia
• pneumológia
• nádorová diagnostika
• ortopédia a traumatológia
• reumatológia-osteológia
• nefrológia a urológia
• endokrinológia
• gastroenterológia a hepatológia
• neurológia
• hematológia

34
35
Úvod do nukleárnej medicíny

• Dakujem za pozornost!

35