Na czym polega badanie PET/MR

Urządzenie o nazwie Biograph mMR, jest połączeniem pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) z rezonansem magnetycznym (MR). Wykorzystuje ono jednocześnie dwa różne zjawiska do dokładnej diagnostyki przede wszystkim zmian nowotworowych, ale również wielu jednostek chorobowych z zakresu m.in. onkologii, kardiologii, neurologii oraz chorób zakaźnych.

Moduł PET bada funkcjonuję narządów człowieka śledząc przemianę materii oraz ruch radioaktywnego znacznika chemicznego, który jest podawany dożylnie dla pacjenta. Najczęściej stosowaną substancją jest fluorodeoksyglukoza (FDG) znakowana pierwiastkiem promieniotwórczym Fluorem 18  i gromadzi się w zmianach chorobowych przebiegających ze wzmożonym metabolizmem glukozy.

Moduł MRI wykorzystuje fale radiowe i pole magnetyczne do tworzenia szczegółowych, dokładniejszych niż w tomografii komputerowej (CT) obrazów wewnętrznych części ciała, takich jak tkanki miękkie, narządy i kości, dzięki czemu można wykryć nawet niewielkie zmiany nowotworowe, niewidoczne podczas innych badań obrazowych. Badanie (MR) dostarcza również szczegółowych informacji o miejscu gromadzenia się radioznacznika.

Za pomocą tego skanera można zrobić jednoczesne badanie PET i MR przy użyciu dużo mniejszych dawek promieniowania niż PET - CT (tomografii komputerowej). Jest to najnowocześniejsze  urządzenie diagnostyczne za pomocą, którego można wykonać jedno badanie zamiast dwóch.

 

Przebieg badania:

Pacjent zgłasza się na czczo do rejestracji, gdzie zakładana jest historia choroby oraz otrzymuje do wypełnienia ankietę dotyczącą  przyjmowanych leków, towarzyszących chorób, uczuleń oraz posiadania w ciele metalowych elementów.

Potem udaje się do gabinetu lekarskiego, gdzie przeprowadzane jest badanie przedmiotowe i podmiotowe. Pacjent jest ważony i mierzony oraz ma wykonywany test  poziomu glukozy we krwi. Lekarz oblicza indywidualnie dla konkretnego pacjenta aktywności izotopu, który podawany jest dożylnie. Następnie pacjent oczekuje w bezruchu na badanie w specjalnym pomieszczeniu około 60 min. Tuż przed badaniem należy opróżnić pęcherz moczowy.

Po w/w czasie operator układa pacjenta  na łóżku oraz zapina w system cewek pozwalających wykonanie skanu całego ciała. Lekarz nadzorujący badanie może zlecić dodatkowe projekcje dla poszczególnych lokalizacje ciała pacjenta.

 Główne informacje o skanerze Biograph mMR

Skaner jest przystosowany do badań całego ciała w polu magnetycznym o wielkości 3 T. Średnica gantry wynosi 60cm, a długość łóżka 199 cm. W skład systemu wchodzi 18 niezależnych odbiorników RF. Detektor PET zawiera  56 bloków detektorów w każdym z 8 pierścieni. Pole widzenia w osi „z” wynosi 26 cm. Matryca bloków detektorów zbudowana z kryształu typu LSO, a impulsy światła są rejestrowane fotodiodami lawinowymi (APD).

 

 

Skaner Biograph ™ mMR, jest powszechnie stosowany w diagnostyce klinicznej z powodu unikalnej zdolności do uzyskiwania obrazów molekularnych szczególnie w onkologii, kardiologii i neurologii może być również używany w pediatrii. Dzięki wysokiemu kontrastowi w tkankach miękkich jaki uzyskiwany jest za pomocą zjawiska rezonansu magnetycznego (rezonans o wielkości pola rzędu 3 Tesli), pozwala na wykrywanie, scharakteryzowanie i monitorowanie znajdujących się w nich nawet niewielkich zmian. Możliwości obrazowania MR są większe niż CT szczególnie w zakresie różnicowania charakteru tkanek miękkich, obrazowania funkcjonalnego przez zastosowanie różnorodnych technik wzbudzenia sygnału takich jak sekwencje dyfuzyjne (DWI, DTI), spektroskopia, badania czynnościowe (BOLD).

Metoda ta jest źródłem informacji w ocenie prefruzji, angiogenezy, apoptozy, proliferacji itp., a uzyskane obrazy  PET i MR nie powielają się lecz uzupełniają dając o wiele więcej informacji niż badanie PET/CT. Obecna technika obrazowania MR daje możliwość zastosowania tej modalności w korekcji atenuacji promieniowania gamma co znacznie poprawia jakość obrazowania.

W pełni zintegrowane urządzenie przystosowane jest do jednoczasowego badania całego ciała za pomocą dwóch modalności pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) i rezonasu magnetycznego . Biograph mMR jest powszechnie postrzegany jako modalność z wyboru dla obrazowania wszelkiego rodzaju guzów poprzez łączenie informacji dotyczących morfologii, funkcji i przemiany materii. Połączone  ze sobą MR i PET oferuje możliwość pełniejszego obrazowania i lepszego zrozumienia wielu chorób. Aktualne badania i rozwój nowych znaczników może podnosić jeszcze bardziej znaczenie badań z wykorzystaniem tej hybrydy.

W mózgu szczegółowe informacje strukturalne MR połączone z obrazem aktywności metabolicznej PET pomagają we wczesnym wykrywaniu choroby, precyzyjnym planowaniu interwencji chirurgicznej oraz umożliwiają efektywne badania kontrolne po leczeniu. W układzie mięśniowo-szkieletowym kombinacja danych MR i PET pozwala na dogłębną ocenie tkanek miękkich oraz szpiku kostnego. W obszarze tułowia natomiast obrazy PET dostarczają szczegółowych informacji na temat metabolizmu narządów klatki piersiowej i brzucha, podczas gdy obrazy MR uzupełniają obraz o dodatkowe dane funkcjonalne oraz strukturalne. Ponadto dane MR mogą  posłużyć do korekcji artefaktów ruchowych w obrazach PET co znacząco poprawia jakość obrazowania.

Oprócz badan PET/MR za pomocą tego urządzenia można wykonywać niezależna badania rezonansu magnetycznego w pełnym zakresie. Skaner wyposażony jest w systemy cewek umożliwiających dokładne badania tkanek miękkich, piersi, kręgosłupa małych i dużych stawów oraz  zmian  znajdujących się na powierzchni ciała .Otrzymana w ten sposób informacja anatomiczna, funkcjonalna i metaboliczna jest o wysokiej rozdzielczości z uwagi na wysokie natężenie stałego pola magnetycznego które wynosi 3 Tesle. Skaner może służyć do wczesnego wykrywania zmian co może być czynnikiem decydującym o wyborze planowania leczenia i monitorowania terapii.

Podstawy fizyczne obrazowania PET

Pozytonowa tomografia emisyjna wykorzystuje emitowane przez niektóre pierwiastki cząstki z ładunkiem dodatnim –pozytony (β+) wytwarzane w cyklotronach lub generatorach. Są to krótko życiowe izotopy podstawowych pierwiastków potrzebnych dla życia człowieka czyli węgla, tlenu, azotu i najczęściej stosowanego fluoru.

Izotopy podane drogą dożylną, gromadzą się selektywnie w wybranym narządzie i emituje promieniowanie β+. Natężenie promieniowania zależy nie od struktury badanego narządu, ale od jego aktywności metabolicznej (funkcji). Każde zaburzenie funkcji jest odwzorowane jako obszar o wzmożonym bądź upośledzonym metabolizmie. Pierwiastki te rozpadają się szybko (od kilku do kilkudziesięciu minut), dzięki czemu badanie jest względnie bezpieczne.

Pacjent po podaniu izotopu i odczekaniu ok 60 min na dystrybucje znacznika w jego ciele układany jest w polu widzenia detektorów rejestrujących promieniowanie gamma. Wyemitowane pozytony charakteryzują się energią początkową rzędu kilku MeV. Ich przemieszczanie się w ciele powoduje zmniejszenie energii kinetycznej głównie w wyniku oddziaływania z elektronami. Po przejściu określonej drogi w ciele pacjenta rzędu kilku do kilkunastu milimetrów dochodzi do interakcji pozytonu z elektronem co może spowodować ich anihilację.  Należy pamiętać, że anihilacja nie powstaje w miejscu wystąpienia rozpadu, a im większa energia pozytonu tym większa jest maksymalna droga jaką może pokonać pozyton. W wyniku anihilacji powstają najczęściej dwa fotony o energii 511 keV poruszające się w przeciwnych kierunkach.

Fotony są rejestrowane przez pierścień detektorów umieszczony w gantry skanera, rejestracja fotonu przez dany detektor powoduje powstanie impulsu elektrycznego. Jeśli w dwóch detektorach zlokalizowanych naprzeciw siebie w pierścieniu detektorów, nastąpi generacja impulsu w bardzo krótkim przedziale czasowym, wówczas można stwierdzić, iż pochodzą od tego samego źródła, a układ taki nazywamy układem rejestracji koincydencji. Linia łącząca dwa detektory dla danego zdarzenia koincydencyjnego nazywamy linją odpowiedzi (LOR-Line OF Response). Detekcja koincydencji PET jest określana metodą elektronicznej kolimacji (nie potrzebny jest już kolimator mechaniczny) poprzez którą znacznie zwiększa się zarówno czułość detekcji jak i jednorodność funkcji odpowiedzi na występowanie źródła punktowego w stosunku do tradycyjnych systemów SPECT.

Z uwagi na zachodzące zjawisko rozpraszania promieniowania gamma, rejestracje kwantów gamma  losowe i wielokrotne, nie wszystkie koincydencje pochodzą z linii odpowiedzi (LOR). Istnienie różnych form fałszywych koincydencji powoduje degradację informacji diagnostycznej, zmniejszenie kontrastu, zwiększenie szumu informacyjnego. W celu zmniejszenia ilości rejestracji nieprawidłowych koincydencji dobiera się odpowiednio okno czasowe czyli czas rejestracji oddziaływania fotonów z detektorem.