La tomografía de emisión de positrón del (ANIMAL DOMÉSTICO ) es una técnica médica de la proyección de imagen nuclear de la medicina que produce una imagen o un mapa tridimensional de procesos funcionales en el cuerpo. El sistema detecta pares de los rayos gama emitidos indirectamente por un positrón - emitiendo el radioisótopo, que se introduce en el cuerpo en una molécula metabólico activa. Las imágenes de la actividad metabólica en espacio entonces son reconstruidas por análisis computarizado, a menudo en los exploradores modernos ayudados por los resultados de una exploración de la radiografía del CT realizados en el paciente al mismo tiempo, en la misma máquina.
Descripción
Operación
Para conducir la exploración, el un isótopo radiactivo del trazalíneas de breve duración de, que decae emitiendo un positrón, que también químicamente se ha incorporado en una molécula metabólico activa, se inyecta en el tema vivo (generalmente en la circulación de la sangre ). Hay un período de espera mientras que la molécula metabólico activa se concentra en tejidos del interés; entonces colocan al tema o al paciente de la investigación en el explorador de la proyección de imagen. La molécula más de uso general con este fin es Fluorodeoxyglucose (FDG), un azúcar, para el cual el período de espera es típicamente una hora.Mientras que el radioisótopo experimenta el decaimiento de la emisión de positrón (también conocido como decaimiento beta positivo), emite un positrón, las contrapartes de la antimateria de un electrón . Después de viajar hasta algunos milímetros el positrón encuentra y aniquila con un electrón, produciendo un par de los fotones de la aniquilación (gamma ) que se mueven en direcciones opuestas. Se detectan éstos cuando alcanzan un material de Scintillator en el dispositivo de exploración, creando una explosión de la luz que es detectada por los tubos o los fotodiodos (Si APD) del fotomultiplicador de la avalancha del silicio. La técnica depende de la detección simultánea o coincidente de los pares de fotones; se no hacen caso los fotones que no llegan en pares (es decir, dentro de algunos nanosegundos).
La fracción más significativa del electrón-positrón decae resultado en dos fotones gammas de 511 keV que son emitidos en casi 180 grados el uno al otro; por lo tanto es posible localizar su fuente a lo largo de una línea recta de coincidencia (también llamada formalmente el " línea de response" o LOR). El LOR tiene en la práctica una anchura finita pues los fotones emitidos no son exactamente 180 grados de separado. Si la época de recuperación de detectores está en la gama del picosegundo algo que los 10 de gama del nanosegundo, es posible calcular el monopunto en el LOR en el cual un acontecimiento de la aniquilación originó, midiendo el " época del flight" de los dos fotones. Esta tecnología no es todavía campo común, sino que está disponible en algunos nuevos sistemas. Más comunmente, una técnica como la reconstrucción de la tomografía computada (CT) y los solos datos de la tomografía computada (SPECT) de la emisión del fotón se utiliza, aunque el conjunto de datos recogido en ANIMAL DOMÉSTICO sea mucho más pobre que el CT, así que las técnicas de la reconstrucción son más difíciles (véase la sección abajo en la reconstrucción de la imagen del ANIMAL DOMÉSTICO). Usar las estadísticas recogidas de diez-de-millares de acontecimientos de la coincidencia, un sistema de las ecuaciones simultáneas para la actividad total de cada paquete del tejido a lo largo de muchos LORs se puede solucionar por un número de técnicas, y así un mapa de radiactividades en función de la localización para los paquetes o los pedacitos del tejido (" voxels"), puede ser construido y ser trazado. El mapa resultante demuestra los tejidos en los cuales la punta de prueba molecular se ha concentrado, y se puede interpretar por un médico nuclear de la medicina o el radiólogo en el contexto de la diagnosis y del tratamiento del paciente planea.
Las exploraciones del ANIMAL DOMÉSTICO se leen cada vez más junto a CT o a las exploraciones de resonancia magnética de la proyección de imagen (MRI), la combinación (" co-registration" ) que da la información anatómica y metabólica (es decir, cuáles la estructura es, y lo que está haciendo bioquímico). Porque la proyección de imagen del ANIMAL DOMÉSTICO es la más útil conjuntamente con proyección de imagen anatómica, tal como CT, ANIMAL DOMÉSTICO moderno que los exploradores están disponibles ahora con los exploradores de gama alta integrados del CT de la multi-detector-fila. Porque las dos exploraciones se pueden realizar en secuencia inmediata durante la misma sesión, con el paciente no cambiando la posición entre los dos tipos de exploraciones, los dos sistemas de imágenes son más-exacto registrados, para poder correlacionar más perfectamente áreas de la anormalidad en la proyección de imagen del ANIMAL DOMÉSTICO con anatomía en las imágenes del CT. Esto es muy útil en demostrar vistas detalladas de órganos móviles o las estructuras con cantidades más altas de variación anatómica, por ejemplo son más probables ocurrir fuera del cerebro.
Radioisótopos
Los radionúclidos usados en la exploración del ANIMAL DOMÉSTICO son típicamente los isótopos con los períodos cortos tal como Carbon-11 (minuto ~20), Nitrogen-13 (minuto ~10), Oxygen-15 (minuto ~2), y Fluorine-18 (minuto ~110). Debido a sus períodos cortos, los radionúclidos se deben producir en un ciclotrón que no sea demasiado lejano en entrega-tiempo al explorador del ANIMAL DOMÉSTICO. Estos radionúclidos se incorporan en los compuestos usados normalmente por el cuerpo tal como glucosa, agua o amoníaco y después inyectados en el cuerpo para remontar donde se distribuyen. Tales compuestos etiquetados se conocen como radiotrazadores
Limitaciones
La minimización de la dosis de radiación al tema es una característica atractiva del uso de radionúclidos de breve duración. Además de su papel establecido como técnica de diagnóstico, el ANIMAL DOMÉSTICO tiene un papel de extensión como método para determinar la respuesta a la terapia, particularmente, terapia del cáncer (e. joven y otros 1999), donde está mucho mayor el riesgo al paciente de la carencia del conocimiento sobre progreso de la enfermedad que el riesgo de la radiación de la prueba.Las limitaciones al uso extenso del ANIMAL DOMÉSTICO se presentan de los altos costes de los ciclotrones necesarios para producir los radionúclidos de breve duración para la exploración del ANIMAL DOMÉSTICO y la necesidad del aparato químico en sitio especialmente adaptado de la síntesis de producir los radiofarmacéuticos. Pocos hospitales y universidades son capaces de mantener tales sistemas, y la mayoría del ANIMAL DOMÉSTICO clínico es apoyado por los surtidores de tercera persona de los radiotrazadores que pueden suministrar muchos sitios simultáneamente. Esta limitación restringe el ANIMAL DOMÉSTICO clínico sobre todo al uso de los trazalíneas etiquetados con F-18, que tiene un período de 110 minutos y se puede transportar una distancia razonable antes de usar, o al rubidio -82, que se puede crear en un generador portable y se utiliza para los estudios del miocardio de la perfusión . Sin embargo, estos últimos años algunos ciclotrones en sitio con blindar integrado y laboratorios calientes han comenzado a acompañar unidades del ANIMAL DOMÉSTICO a los hospitales alejados. La presencia del pequeño ciclotrón en sitio promete ampliarse en el futuro mientras que los ciclotrones se encogen en respuesta al alto coste de transporte del isótopo a las máquinas alejadas del ANIMAL DOMÉSTICO
Porque el período de F-18 es cerca de dos horas, la dosis preparada de un cojinete radiofarmacéutico este radionúclido experimentará períodos múltiples del decaimiento durante el día laborable. Esto hace necesario la recalibración frecuente de la dosis restante (determinación de la actividad por volumen de unidad) y el planeamiento cuidadoso con respecto a la previsión paciente.
Reconstrucción de la imagen
Las informaciones en bruto recogieron por un ANIMAL DOMÉSTICO que el explorador es una lista de “acontecimientos de la coincidencia” que representan la detección cercano-simultánea de fotones de la aniquilación por un par de detectores. Cada acontecimiento de la coincidencia representa una línea en el espacio que conecta los dos detectores a lo largo de los cuales la emisión de positrón ocurrió.Los acontecimientos de la coincidencia se pueden agrupar en las imágenes de las proyecciones, llamadas los sinograms. Los sinograms son clasificados por el ángulo de cada visión y la inclinación, estes 3ultimo en 3D encajona imágenes. Las imágenes del sinogram son análogas a las proyecciones capturadas por los exploradores de la tomografía computada (CT), y se pueden reconstruir de una manera similar. Sin embargo, las estadísticas de los datos son mucho peores que ésas obtenidas con la tomografía de la transmisión. Un conjunto de datos normal del ANIMAL DOMÉSTICO tiene millones de cuentas para la adquisición entera, mientras que el CT puede alcanzar algunas mil millones cuentas. Como tal, los datos del ANIMAL DOMÉSTICO sufren de la dispersión y de acontecimientos al azar mucho más dramáticamente que lo hacen los datos del CT.
En la práctica, el considerable proceso previo de los datos se requiere - corrección para las coincidencias, la valoración y la substracción al azar de los fotones dispersados, corrección del muerto-tiempo del detector (después de la detección de un fotón, el detector debe " down" fresco; otra vez) y corrección de la detector-sensibilidad (para la sensibilidad inherente y los cambios del detector en la sensibilidad debido al ángulo de la incidencia).
La proyección trasera filtrada (FBP) se ha utilizado con frecuencia para reconstruir imágenes de las proyecciones. Este algoritmo tiene la ventaja de ser simple mientras que teniendo un requisito bajo para los recursos de computación. Sin embargo, el ruido de tiro en las informaciones en bruto es prominente en las imágenes reconstruidas y las áreas de la alta absorción del trazalíneas tienden a formar rayas a través de la imagen.
Los algoritmos iterativos de la Expectativa-maximización ahora son el método preferred de reconstrucción. La ventaja es un mejores perfil y resistencia del ruido a los artefactos de la raya comunes con FBP, pero la desventaja es requisitos de recurso más altos de la computadora.
Corrección de la atenuación del : Mientras que diverso LORs debe atravesar diversos gruesos del tejido, los fotones se atenúan diferenciado. El resultado es que las estructuras profundamente en el cuerpo están reconstruidas como teniendo falso absorción baja del trazalíneas. Los exploradores contemporáneos pueden estimar la atenuación usar el equipo integrado de la radiografía CT, no obstante el equipo anterior ofreció una forma cruda de CT usar una fuente del rayo gama (positrón que emite) y los detectores del ANIMAL DOMÉSTICO.
Mientras que las imágenes corregidas atenuación son generalmente representaciones más fieles, el proceso es sí mismo de la corrección susceptible a los artefactos significativos. Consecuentemente, las imágenes corregidas y sin corregir se reconstruyen y leen siempre juntas.
reconstrucción 2D/3D: Los exploradores tempranos del ANIMAL DOMÉSTICO tenían solamente un solo anillo de detectores, por lo tanto la adquisición de datos y de la reconstrucción subsecuente fue restringida a un solo plano transversal. Exploradores más modernos ahora incluyen los anillos múltiples, esencialmente formando un cilindro de detectores.
Hay dos acercamientos a reconstruir datos de tal explorador: 1) trata cada anillo como entidad separada, para solamente detectar coincidencias dentro de un anillo, la imagen de cada anillo se puede entonces reconstruir individualmente (2.a reconstrucción), o 2) permite que las coincidencias sean detectadas entre los anillos así como dentro de los anillos, después reconstruye el volumen entero junto (3D).
las técnicas 3D tienen mejor sensibilidad (porque se detectan más coincidencias y utilizado) y por lo tanto menos ruido, pero son más sensible a los efectos de la dispersión y de coincidencias al azar, así como requerir correspondientemente mayores recursos de la computadora.
Historia
El concepto de tomografía de la emisión y de la transmisión fue introducido por el David Kuhl y Roy Edwards en el a finales de la década de 1950. Su trabajo llevó más adelante al diseño y a la construcción de varios instrumentos tomográficos en la Universidad de Pensilvania . Las técnicas de proyección de imagen tomográficas fueron desarrolladas más a fondo por el Miguel Ter-Pogossian, el Michael E. Phelps y los otros en la Facultad de Medicina de la universidad de WashingtonEn los años 70, Tatsuo Ido en el laboratorio nacional de Brookhaven era el primer para describir la síntesis de 18F-FDG, el portador más de uso general del isótopo de la exploración del ANIMAL DOMÉSTICO. El compuesto primero fue administrado a dos voluntarios humanos normales por el Abass Alavi en agosto de 1976 en la Universidad de Pensilvania. Las imágenes del cerebro obtenidas con (no-ANIMAL DOMÉSTICO) un explorador nuclear ordinario demostraron la concentración de FDG en ese órgano. Más adelante, la sustancia fue utilizada en exploradores tomográficos del positrón dedicado, para rendir el procedimiento moderno.
Usos
El ANIMAL DOMÉSTICO es una herramienta médica y de la investigación. Se utiliza pesadamente en la oncología clínica (proyección de imagen médica de los tumores y la búsqueda para las metástasis ), y para la diagnosis clínica de ciertas enfermedades de cerebro difusas tales como ésos que causan varios tipos de demencias. El ANIMAL DOMÉSTICO es también una herramienta importante de la investigación para trazar la función normal del cerebro humano y del corazón.El ANIMAL DOMÉSTICO también se utiliza en estudios preclínicos usar los animales, donde permite investigaciones repetidas en los mismos temas. Esto es particularmente valioso en la investigación de cáncer, como él da lugar a un aumento en la calidad estadística de los datos (los temas pueden actuar como su propio control) y reduce substancialmente los números de animales requeridos para un estudio dado.
Los métodos alternativos de exploración incluyen la tomografía computada (CT) de la radiografía, la proyección de imagen de resonancia magnética (MRI) y la proyección de imagen de resonancia magnética funcional (fMRI), el ultrasonido y la tomografía computada (SPECT) de la sola emisión del fotón.
Mientras que algunas exploraciones de la proyección de imagen tales como CT y MRI aíslan los cambios anatómicos orgánicos en el cuerpo, exploradores del ANIMAL DOMÉSTICO, como SPECT son capaces de detectar a áreas del detalle de la biología molecular (incluso antes de cambio anatómico). El explorador del ANIMAL DOMÉSTICO hace esto vía el uso de las puntas de prueba moleculares radiolabelled que tienen diversos índices de absorción, dependiendo del tipo y de la función del tejido implicados. El cambio del flujo de sangre regional en varias estructuras anatómicas (como medida del emisor inyectado del positrón) se puede visualizar y cuantificar relativamente con una exploración del ANIMAL DOMÉSTICO.
La proyección de imagen del ANIMAL DOMÉSTICO se realiza mejor usar un explorador dedicado del ANIMAL DOMÉSTICO. Sin embargo, es posible adquirir imágenes del ANIMAL DOMÉSTICO usar una cámara gamma convencional de la dual-cabeza cabida con un detector de la coincidencia. La calidad del ANIMAL DOMÉSTICO de la gamma-cámara es considerablemente más baja, y la adquisición es más lenta. Sin embargo, para las instituciones con la demanda baja para el ANIMAL DOMÉSTICO, esto puede permitir proyección de imagen en sitio, en vez de referir a pacientes a otro centro, o de la confianza en una visita por un explorador móvil.
El ANIMAL DOMÉSTICO es una técnica valiosa para algunas enfermedades y desordenes, porque es posible apuntar los radio-productos químicos usados para las funciones corporales particulares. oncología : ACARICIAR la exploración con el Fluorodeoxyglucose (FDG) Fluorine-18 (F-18) del trazalíneas, llamado FDG-PET, es ampliamente utilizado en la oncología clínica . Este trazalíneas es un análogo de la glucosa que es tomado por glucosa-usar las células y phosphorylated por el Hexokinase (cuya forma mitocondrial se eleva grandemente en tumores malos rápido-crecientes ). Una dosis típica de FDG usado en una exploración oncological es el Bq de 200-400 M para un ser humano del adulto. Porque el átomo del oxígeno que es substituido por F-18 para generar FDG se requiere para el paso siguiente en el metabolismo de la glucosa en todas las células, ningunas otras reacciones ocurren en FDG. Además, la mayoría de los tejidos (con la excepción notable del hígado y de los riñones) no pueden quitar el fosfato agregado por el Hexokinase . Esto significa que FDG está atrapado en cualquier célula que lo coja, hasta que decaiga, desde que phosphorylated azucara, debido a su carga iónica, no pueda salir de la célula. Esto da lugar a radiolabeling intenso de tejidos con la alta absorción de la glucosa, tal como el cerebro, el hígado, y la mayoría de cánceres. Consecuentemente, FDG-PET se puede utilizar para la diagnosis, el estacionamiento, y el tratamiento de la supervisión de cánceres, particularmente en el linfoma de la enfermedad de Hodgkin, no de Hodgkin, y el cáncer de pulmón . Muchos otros tipos de tumores sólidos serán encontrados para ser etiquetados muy alto caso por caso-- un hecho que llega a ser especialmente útil en la búsqueda para la metástasis del tumor, o para la repetición después de un tumor primario highly-active sabido se quita. Porque las exploraciones individuales del ANIMAL DOMÉSTICO son más costosas que " conventional" la proyección de imagen con la tomografía computada (CT) y la proyección de imagen de resonancia magnética (MRI), extensión de FDG-PET en servicios médicos coste-obligados dependerán del gravamen de tecnología apropiado de la salud ; este problema es difícil porque la proyección de imagen estructural y funcional no puede ser comparada a menudo directo, pues proporcionan diversa información. La oncología explora con FDG compone sobre el 90% de todas las exploraciones del ANIMAL DOMÉSTICO en práctica actual.
con FDG se puede también utilizar para la localización del foco de asimiento: Un foco de asimiento aparecerá como hypometabolic durante un scan.
interictal varios radiotrazadores (es decir el Radioligands se ha desarrollado para el ANIMAL DOMÉSTICO que es los ligands para los subtipos específicos de Neuroreceptor (e. dopamina D2, la serotonina 5-HT1A, el etc.), transportadores (tal como McN5652, DASB u otros ligands nuevos del trazalíneas para la serotonina en este caso), o los sustratos enzimáticos (e. 6-FDOPA para la enzima de AADC). Estos agentes permiten la visualización de las piscinas del neuroreceptor en el contexto de una pluralidad de enfermedades neuropsiquiátricas y neurológicas. Una punta de prueba nueva desarrolló en la universidad de los permisos llamados Pittsburgh de PIB (Pittsburgh Compuesta-b) la visualización de las placas amiloideas en los cerebros de los pacientes de Alzheimer. Esta tecnología podía asistir a clínicos en la fabricación de una diagnosis clínica positiva del pre-mortem del ANUNCIO y de la ayuda en el desarrollo de las terapias nuevas del anti-amiloide.
Seguridad
La exploración del ANIMAL DOMÉSTICO es no invasor, pero implica la exposición a la radiación de ionización . La dosis total de la radiación es pequeña, sin embargo, el SV de generalmente alrededor 7 m. Esto se puede comparar a la radiación de fondo anual media de 2.2 mSv en el Reino Unido, 0.02 mSv para una radiografía del pecho, hasta 8 mSv para una exploración del CT del pecho, mSv 2-6 per annum para la tripulación aérea (los datos de la protección radiológica nacional BRITÁNICO suben a ). Los pacientes con los pequeños niños pueden ser aconsejados limitar proximidad a ellos por varias horas que siguen la terminación de la prueba.
Disponibilidad
En el Canadá, disponibilidad varía de provincia a la provincia. En el Ontario, costes de la exploración del ANIMAL DOMÉSTICO no se cubren bajo sistema gobierno-financiado de la salud pública ( OHIP ), pero las exploraciones están disponibles de algunas instalaciones públicas y privadas en un equivalente del coste de aproximadamente $2500 USD.
Ver también
Proyección de imagen óptica difusa.
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