Physics in Nuclear Medicine

Relevanta dokument
Physics in Nuclear Medicine

Physics in Nuclear Medicine

Vad är PET? PET: Positron Emissions Tomografi. Nuklearmedicinsk undersöknings-metod som använder annhilationsfotoner. Visar funktion

Marie Sydoff, Helsingborgs lasarett, SUS Lund

SPECT Fysik. Sigrid Leide-Svegborn Strålningsfysik Skånes universitetssjukhus SVENSK FÖRENING FÖR NUKLEARMEDICIN SWEDISH SOCIETY OF NUCLEAR MEDICINE

Detektorer för strålningsmätning

Strålning och teknik II 2015 Nuklearmedicin

Detektorer för strålningsmätning

Fantommätning PET/CT Cathrine Jonsson & Agnetha Gustafsson

Från positron till bild

Nuklearmedicinsk fysik på Sahlgrenska Jakob Himmelman

Nuklearmedicin, vad är det? Hur fungerar en gammakamera? Anna Olsson Sjukhusfysiker Nuklearmedicin

Strålning och teknik II 2015 Nuklearmedicin. Kap 3.10 sid 85 tom 99 Radiologi, Aspelin & Pettersson

PET/CT PGV Peter Gjertsson Klinisk Fysiologi Sahlgrenska Universitetssjukhuset

Nuklearmedicinsk fysik på Sahlgrenska Jakob Himmelman

KURSBESKRIVNING. 1. Utbildningens titel PET/CT i klinisk verksamhet med inriktning på PET

Patientförberedelser PET/CT med 18 F-FDG

PET- bilder avslöjar organfunktionen med hjälp av radioaktiva spårämnen

Digitala bilder. Matris, pixel, pixeldjup, signal, brus, kontrast

Radioaktivt sönderfall Atomers (grundämnens) sammansättning

Urogenital PET/CT. PET / CT positron-emissions-tomografi. Vi kör en PET. SK-kurs i Urogenital Radiologi

Enkät praktisk infobank: Myokardscintigrafi i praktiken

Energiseminarium med inriktning på krematorieverksamheten 8-9 november Tammerfors 8 10 september 2021

PET/CT med 18 F-FDG Praktiskt arbete med patienten

Information till patienter och anhöriga om strålskydd i samband med nuklearmedicinska undersökningar

PET/CT på länssjukhus vår resa

Disposition. Hantering av bilddiagnostiska undersökningar. Röntgenremissen. Skäl till att bilddiagnostisk undersökning utförs

KVALITETSKONTROLLER GAMMAKAMERAN

RSJE10 Radiografi I Delkurs 2 Strålning och teknik I

Guidelines för radiojodbehandling. Cecilia Hindorf Strålningsfysik, Isotopterapi SUS Lund

Kursens namn: Medicin, Strålningsfysik, teknik o metodik. OBS! Ange svaren till respektive lärare på separata skrivningspapper om inget annat anges

Stråldoser vid neuroimaging

Bildlabb i PACS. Exponerade på samma sätt

F-FDG PET-CT i klinik. Cecilia Wassberg Överläkare, Bild och funktionsmedicin Akademiska Sjukhuset, Uppsala

Radiojodbehandling - enkätsvar Mattias Nickel, sjukhusfysiker

Paratyreoideascintigrafi

Lander runt : Myokardscint med D-SPECT

Kursens namn: Medicin, Strålningsfysik, teknik o metodik. Datum: Skrivtid: 3 timmar

Precalibrated Ion Beam Identification Detector

PET-CT 1+1 > 2. Princip: Begränsningar med FDG-PET: PET=Positronemissionstomografi. SUVmax

Doskonstant för några vanligt förekommande radionuklider MFT

Den nuklearmedicinska bilden

Röntgen och nuklearmedicin

Slutat att göra Pet us. Göteborg Ca patienter/mån Lund Malmö Ca Gör ni dosplanerings-undersökningar?

Myokardscintigrafi i praktiken


PET/CT-undersökning för patienter med tumörsjukdom

Röntgen och Nuklearmedicin ALERIS RÖNTGEN

Rapport om strålskyddsinformation till patienter och anhöriga i samband med nuklearmedicinska undersökningar

Isotoper. Isotoper. 1. Grundläggande (strålnings)( strålnings)-fysik 2. Detektorer & dosimetrar 3. Nuklearmedicin & gammakameran 4.

NEURORADIOLOGI. Susanne Müller MD, PhD. Spec i diagnostisk radiologi, neuroradiologi och nukleärmedicin Röntgenkliniken KS, Huddinge

BMLV A, Fysiologisk undersökningsmetodik inom neuro och rörelse

Utvärdering av OSL-system - nanodot

Somatostatinreceptor PET/CT vid neuroendokrina tumörer: systematisk översikt och metaanalys

Är det möjligt att minska bildtagningstiden på gammakameran och samtidigt få bättre diagnostik? Anette Davidsson

De nya dosgränserna för ögats lins

Sentinel node. Strålskydd patienter och personal. Sven-Åke Starck. SFNM utbildningsdag

Sjukhusfysik, strålskydd och kvalitetssäkring

CT bilddata, bildbearbetning och bildkvalitet Brus & Upplösning

Tema: Kvalitet, säkerhet och kompetens

Protokolloptimering , Datortomografi av barn Patrik Nowik Leg. Sjukhusfysiker Sjukhusfysik, Röntgen Solna

Lösning till tentamen i Medicinska Bilder, TSBB31, DEL 1: Grundläggande 2D signalbehandling

Image quality Technical/physical aspects

DMSA. Presentation av enkät. Lena Johansson Klinisk Fysiologi, Nuklearmedicin Sahlgrenska Universitetssjukhuset Göteborg Centralsjukhuset Karlstad

produktion och medicinska applikationer

Urogenital PET/CT. SK-kurs i Urogenital Radiologi. Martijn van Essen, Nuklearmedicin, Sahlgrenska

Strålsäkerhetsmyndighetens författningssamling. Strålsäkerhetsmyndighetens föreskrifter om nukleärmedicin; 1

Equalis höstutskick 2016

Statens strålskyddsinstituts föreskrifter om kategoriindelning av arbetstagare och arbetsställen vid verksamhet med joniserande strålning;

NUKLEARMEDICIN. Rimma Axelsson Professor, överläkare Karolinska, Huddinge 2013

Enkäter om Kompetens och utbildning

ANVÄNDARMANUAL SGR. Scintillation Gamma Radiameter

Lycka till! Medicin, Radiografi, strålningsfysik, teknik och metodik Kurskod: MC007G. Kursansvarig: Eva Funk. Totalpoäng: 69 poäng

Patientstrålskydd. Röntgenveckan 2013 Uppsala. Alexander Englund Sjukhusfysiker

OBS! Ange svaren till respektive lärare på separata skrivningspapper om inget annat anges

Biokinetikstudier av radioaktivt kobolt och polonium

STRÅLSKYDD VID RÖNTGENDIAGNOSTIK VERKSAMHETSOMRÅDE BILD, SÖDERSJUKHUSET ANNIKA MELINDER, SJUKHUSFYSIKER

TNM och lungcancer Vad tillför PET-CT? Cecilia Wassberg Överläkare, Bild och funktionsmedicin Akademiska Sjukhuset, Uppsala

Tidiga erfarenheter: bildkvalitet och diagnostik. Elin Trägårdh, klinisk fysiologi och nuklearmedicin SUS Jenny Oddstig, sjukhusfysik SUS

Strålskyddskommittén Region Östergötland

Joniserande strålnings växelverkan Hur alstras röntgenstrålning och vad händer när den når och passerar människa?

Frågorna besvaras på skrivningspapper. Skriv kodnummer på varje papper. Sortera dina svar i fyra vita omslag efter frågeområde, ex MR.

Grundläggande bildteori. EXTG01 Medicinska bildgivande system Michael Ljungberg

Institution/Avdelning. Prefekt/motsv. Underskrift, Prefekt /motsv för Inst/Avd/Enhet/Grupp. Namnförtydligande. Kontaktperson:

Röntgensjuksköterskerutbildningen Kurs RSJD16 Kursmål, instuderingsfrågor, exempel på tentamensfrågor

AVFALLSPLAN, RADIOAKTIVT AVFALL

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 3 Lösningar

Lungscint Presentation av enkät. Expergruppen för Nuklearmedicin Lena B Johansson

Bipacksedel: Information till patienten. fludeoxiglukos ( 18 F)

Dubbel-energi-DT, Dual-energy CT, DECT

Anvisningar till ansökan för stråletisk bedömning avseende diagnostisk användning av joniserande strålning i forskningssyfte

Kursens namn: Medicin, Radiografi Strålningsfysik, teknik och projektionslära

ST-utbildning i nuklearmedicin för läkare

Preliminärt lösningsförslag till Tentamen i Modern Fysik,

Administrerad aktivitet till barn. Sjukhusfysiker Eleonor Vestergren Sahlgrenska universitetssjukhuset Göteborg

Framtagen 2010 av: Sjukhusfysiker JonasSöderberg, Sjukhuset i Varberg Sjukhusfysiker Åke Cederblad, Sahlgrenska Universitetssjukhuset, Göteborg

Kvantifiering av intrakardiomyocytära och intramyocellulära lipider med eko-planar spektroskopisk bildtagning (EPSI)

OBS! Under rubriken lärares namn på gröna omslaget ange istället skrivningsområde.

NUKLEARMEDICIN. Nuklearmedicin - vad är det?

Transkript:

Physics in Nuclear Medicine By: Simon R. Cherry, James A. Sorenson, Michael E. Phelps

Vad är PET? PET: Positron Emissions Tomografi Nuklearmedicinsk undersöknings-metod som använder annhilationsfotoner Visar funktion

Onkologi Klinisk användning Diagnostik/Utredning av sjukdom Stadiumindelning Uppföljning av behandling Kontroller Dosplanering inför terapi Neurologi Cardiologi

PET/CT 1. FYSIK 2. PRAKTIK

PET/CT 1. FYSIK

b+ sönderfall A Z X N A Z 1 Y N +1 + e + + Nuklid Halveringstid C-11 20.3 min N-13 10 min O-15 124 sek F-18 110 min e.g., 18 F 18 O + e + +

Postronemitterande radionuklider Nuclide Half life (min) Positron yield (%) Max energy (MeV) Method of production 11 C 20.4 99.0 0.960 cyclotron 13 N 9.96 100.0 1.190 cyclotron 18 F 110 97.0 0.635 cyclotron 15 O 2.04 99.9 1.720 cyclotron 82 Rb 1.27 96.0 3.350 generator 62 Cu79 9.8 98.0 2.930 generator 68 Ga 68.1 90.0 1.900 generator

Radiopharmaceutical PET radiofarmaka Physiological Application [ 15 O] 2 Cerebral oxygen metabolism and extraction H 2 [ 15 O] Cerebral and myocardial blood flow C[ 15 O] Cerebral and myocardial blood volume [ 11 C]-N-methylspiperone Cerebral dopamine receptor binding 11 C-methionine Tumor localization 11 C-choline Tumor localization 11 C-acetate Myocardial metabolism 18 F-flurodeoxyglucose Cerebral and myocardial glucose metabolism and tumor localization [ 13 N]H 3 Myocardial blood flow [ 82 Rb] + Myocardial blood flow

F-18 FDG CH 2 OH CH 2 OH O O OH OH HO OH HO OH OH D Glucose 18 F 2 Fluoro 2 Deoxy D Glucose

POSITRON ANNIHILATION ~1-3mm b + 511KeV Positron travels 1-3mm (depending on energy) before annihilation. 511KeV b Annihilation process conserves: - Energy (photons are 511KeV). - Momentum (photons are almost exactly colinear). Simultaneous detection of two 511KeV photons --> event along line between detectors. (Line Of Response, LOR )

Coincidence

SPECT vs PET Basic Principles

Koincidens Sann Spridd Slumpmässig

Koincidens: Sann

Koincidens: Spridd I samma plan I ett annat plan Spridningsfraktion 30-60%

Koincidens: Slump 1 t 2 R R =t R 1 R 2 ~t R 1 2

Koincidens Antalet sanna koincidenser ökar linjärt med aktiviteten. Antalet slumpmässiga koincidenser ökar kvadratiskt med aktiviteten.

Koincidens Tidsupplösning i PET-systemets elektroniska system ca 0-2 ns. Coincidence timing window ca 4-10 ns.

Time-of-flight (TOF) Man kan mäta skillnaden i tid för fotonernas ankomst till detektorn och på så sätt förbättra positioneringen av annihilationshändelsen. Metoden kallas time-of-flight (TOF) och finns implementerat i en del PET-system.

Time-of-flight vs conventional PET Data collection and reconstruction in a conventional PET scanner. (Top) Positron annihilations are collected with no position information along the lines. (Middle) Estimates of the image as seen at the measurement angle. (Bottom) Final estimate of the image is the sum of the four estimates before filtering.

Time-of-flight vs conventional PET (Top) With TOF, data collection has position information along the lines of response. (Middle) Estimates to the image. (Bottom) Estimated image when TOF information is included.

Time-of-flight (TOF) Antag tidsskillnad vid detektion av coincidenta fotoner är Δt. Plats för annihilationshändelsen relativt systemets mittpunkt mellan detektorelementen kan då beräknas som Δd = (Δt c)/2 där c betecknar ljusets hastighet.

Detektormaterial BaF 2 Barium Flouride(0.8ns) BGO Bismuth Germinate Oxide(300ns) LSO Lutetium Orthosilicate(40ns) GSO Gadolineum Orthosilicate(60ns) YLSO Yttrium Lutetium Orthosilicate(40ns)

Detektormaterial Scint. r Eff. Z Hygro- Decay light out (g/cm3) scopic? (ns) (relative) NaI(Tl) 3.67 51 Yes 230 100 LSO 7.4 65 No 40 75 GSO 6.71 59 No 60 30 BGO 7.13 75 No 300 15 BaF2 4.88 53 No 0.8 12 CsF 4.64 53 Very 4 5 Melcher, J Nucl Med, 41:1051-1055

Attenuering P C = PP 1 2 d 1 d 2 = e d 1 e d 2 = e ( d + d ) 1 2 Annihilationsfotoner som emitteras längs en linje har samma sannoliket att attenueras oberoende av var på linjen strålkällan finns

Fraction emitted Attenuering - PET och SPECT Fotoner som ej attenueras 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 PET 511 kev SPECT 140 kev SPECT 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 cylinderradie (cm)

Artefakter beroende av attenuering

Spatiell upplösning positronens räckvidd vinkel mellan fotonerna detektorstorlek

Positronens räckvidd

Positronens räckvidd ~1-3mm b + 511KeV 511KeV b

Vinkel mellan fotonerna Non-colinearity Påverkan på upplösningen kommer att bli beroende av FOV. Om den är 50 cm blir FWHM för denna effekt 3 mm. För 25 cm FOV blir bidraget 1.5 mm. R 180 = 0. 0022 D

Detektorelementens storlek

Systemupplösning Då detektorelementens storlek, effekten på upplösningen av positronräckvidden och non-colinearity är känd så kan systemets upplösningen (i medelpunkten) beräknas enligt: R sys R 2 det + R 2 range + R 2 180 (jmfr gammakamera)

SU/Sahlgrenska

Blockdetektorn Blockdetektorn består av en kvadratisk kristall som är försedd med delvis genomsågade springor vilka fylls med ett reflekterande material. På så sätt erhålls t ex 169 detektorelement i varje block. Bakom detektorblocket sätts sedan 4 fotomultiplikatorer och genom att signalens storlek från varje enskild fotomultiplikator vägs samman kan den lokaliseras till ett enskilt detektorelement.

Geometrisk upplösning: Depth-of-Interaction

Synfält och sensitivitet PET-kamerans synfält (FOV) bestäms av detektorkonfigurationen och antalet LOR som definieras, dvs antalet motstående detektorer som kopplas samman med en enskild detektor. Systemets sensitivitet kommer att avta med avståndet till medelpunkten.

Korrektioner Normalisering DQC med homogent fantom Korrektion för slumpmässig coincidence - delayed timing window Spridningskorrektion mha transmissionsbild Attenueringskorrektion mha transmissionsbild Dödtidskorrektioner

Rekonstruktion Ordered subset expectation maximization (OSEM) Use subset of the projection data and few interaction Reconstruction time reduced. Generate imaging with high quality and resolution PSF compensating reconstructions

Phantom Studies: Detectibility

Kvantifiering av upptag - SUV

SU/Sahlgrenska Siemens mct Flow Edge

KVALITETSKONTROLL Kalibreringskontroll Uniformitet Geometrisk upplösning Andelen spridd strålning Känslighet Räkneförluster och slumpmässiga koincidenser Drift i koincidenkretsens upplösningstid Drift i energifönster Mekaniska förändringar i detektorkonfigurationen Positioneringslaser Noggrannhet i attenueringskorrektion, dödtidskorrektion, spridningskorrektion och korrektion av slumpmässiga koincidenser

Sensitivity test

PET/CT

PET/CT 2. PRAKTIK

Historik PET PET utförts sedan 2000 Fattigmans PET Mobil PET/CT sedan 2005 Dedicerad PET/CT installerad februari 2008 Två PET/CT maj 2016. Ersätter föregående

18 F-FDG Egen produkt ännu ej godkänd för kliniskt bruk. Transport av FGD från Lund Tidigast injektion kl 11.45 Halveringstid 18 F-FDG är 1h 50min

SU Sahlgrenska 2016 GE PETtrace 800

SU Sahlgrenska 2016 GE PETtrace 800

Förberedelser för patienten inför PET/CT Fasta 6 tim innan FDG injektion Inget intag av socker Ingen stor fysisk ansträngning dagen innan och us dagen Speciell instruktion till diabetespatienter Vänta 2-6 veckor beroende på cytostatika behandling, biopsi, bronkoskopi eller operation. Om diagnostisk CT, S-krea inte äldre än 3 månader. Diabetes patienter eller njurinsufficiens, nytaget S- krea. Kontrast allergi, ev förebyggande åtgärder

Patientförberedelser innan radiofarmaka injektion Peroral kontrast 1 timma innan 18 F-FDG injektion Information Ta bort ev metallföremål t ex BH, smycken. Blodsocker PVK Ev sedering Bekväm positionering Värme

Flödesschema patient -personal

18 F-FDG injektion Dos beräknat på vikt. 4 MBq/kg, dock max 400 MBq.

Effektiv dos till patient vid PET

Effektiv dos till patient vid PET

Strålskydd, en utmaning Sahlgrenska ökat antal us/år 3500 3000 2881 2500 2251 2000 1500 1421 1461 1648 1872 1991 1000 803 1080 500 423 131 38 39 39 174 164 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 0

Strålskydd utmaning. Kort halveringstid innebär förutsättningar till lägre effektiv dos till patienten men potentiellt högre effektiv dos till personal

Halvvärdestjocklek Strålkälla Fotonenergi (kve) HLV Bly (mm) HVL plexiglas (mm) I-123 28 0,015 1,74 Tl-201 80 0,26 33 Tc-99m 140 0,27 40 In-111 175,247 0,9 50 I-131 364 2,22 56 F-18 511 4 70

Reducera tiden i kontakt med strålkällan Öka avståndet till källan

doshastighet AVSTÅND Dosen sjunker mycket snabbt med avståndet. Därför skall man använda: Distansverktyg för hantering av oskyddade strålkällor Stora undersökningsrum avstånd

Skärmning - Strålskydd 140 kev 511 kev 50 kg 30 mm bly, vikt 260 kg

Skärmning - Sprutskydd 99m Tc 140 kev 2 mm Wolfram attenuerar 99% 18 F 511 kev 9 mm Wolfram attenuerar 88%

Skärmning - Strålskydd

Skärmning - strålskydd uppdrag av sprutor i strålskyddat läge

Skärmning Strålskydd

Skärmning - strålskydd Automatisk FDG-injektor Planera verksamheten så att så stor andel av injektioner som möjligt kan genomföras med automatisk injektor!

Persondosimetri Hp(10) kollektivdos/år (msv) 8 7,20 7,70 7 6,00 6 5 4,50 5,00 4 3 2 1 0 2006 2007 2008 2009 2010

0,45 Persondosimetri BMA/SSK RtgSSK och Läkare 0,43 Hp(10) medeldos/år (msv) 0,40 0,35 0,30 0,25 BMA/SSK 0,20 0,15 0,10 0,10 Läkare RtgSSK 0,10 0,05 0,00 2017

Persondosimetri BMA/SSK Hp(10) medel (msv) 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Persondosimetri BMA/SSK Kollektivdos (msv) 14 12 10 8 6 4 2 0 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Persondosimetri Dos mätt vid handled > 0 msv registreras endast för BMA/SSK som arbetar med PET Hp(0,07) HAND medel/år (msv) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Reflexioner strålsäkerhet PET Utmaningar avseende strålsäkerhet: Höga fotonenergier och ökande patientflöde men Kollektivdos (effektiv dos) till personal minskar/är under kontroll Dos till händer ökar något, men minskar relativt antal patienter/år (och GBq). FDG-injektor viktigt verktyg. Anpassning av aktivitet efter patient mindre administrerad aktivitetsmängd minskar dos till patient och personal.

Bildtagning PET/CT Börjar med lågdos CT, därefter körs PET bildtagning. Patienten i samma läge under hela bildtagningen PET/CT bildtagning godkänns och avslutas Därefter ev diagnostisk CT Samma CT protokoll som på Rtg SS

Samarbete viktigt! Kompetens från Nuklearmedicin Kompetens från Röntgen Kompetens från Medicinsk Fysik och Teknik Kompetens från strålbehandlingen

Slut!