เวชศาสตร์นิวเคลียร์และการสร้างภาพ PET

การสร้างภาพทางเวชศาสตร์นิวเคลียร์ รวมถึงการถ่ายภาพด้วยโพซิตรอน (PET) แสดงการกระจายตัวของสารเภสัชรังสีที่ให้เข้าไปในร่างกาย แทนที่จะแสดงกายวิภาคโดยตรง เนื่องจากสัญญาณเกิดจากพฤติกรรมทางชีวเคมีของสารเภสัชรังสี เทคนิคเหล่านี้จึงสามารถสร้างแผนที่การทำงานทางสรีรวิทยาและเมแทบอลิซึมได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารที่ปล่อยโพซิตรอนจะช่วยให้สามารถสร้างภาพตัดขวางของการดูดซึมสารเภสัชรังสีได้ ดังนั้น PET จึงเป็นวิธีการหลักในการศึกษาการทำงาน ซึ่งมักจะใช้ร่วมกับการสร้างภาพ CT หรือ MRI เพื่อระบุตำแหน่งทางกายวิภาค

Definition

การสร้างภาพทางเวชศาสตร์นิวเคลียร์สร้างภาพจากรังสีที่ปล่อยออกมาจากสารเภสัชรังสีที่ให้เข้าไปในร่างกาย ในการถ่ายภาพด้วยโพซิตรอน สารเภสัชรังสีจะปล่อยโพซิตรอน ซึ่งจะเกิดการประลัยกับอิเล็กตรอนและให้โฟตอนคู่ที่ตรวจจับได้พร้อมกันเพื่อสร้างแผนที่การกระจายตัวของสารเภสัชรังสีแบบภาพตัดขวาง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่สารเภสัชรังสีสร้างสัญญาณภาพ การตรวจจับโฟตอนจากการประลัยที่เกิดขึ้นพร้อมกันซึ่งเป็นพื้นฐานของ PET การสร้างภาพตัดขวางจากการปล่อยรังสี การใช้โปรโตคอลการเก็บข้อมูลที่เป็นมาตรฐานสำหรับการวัดปริมาณ และวิธีการรวมภาพการทำงานเข้ากับกายวิภาคแบบภาพตัดขวาง เป็นข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับวิธีการสร้างภาพเหล่านี้ ไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิก

Core questions

• สารเภสัชรังสีที่ให้เข้าไปในร่างกายสร้างสัญญาณภาพในเวชศาสตร์นิวเคลียร์ได้อย่างไร?
• การตรวจจับโฟตอนจากการประลัยที่เกิดขึ้นพร้อมกันช่วยให้สามารถสร้างภาพ PET ได้อย่างไร?
• เหตุใดการสร้างภาพการทำงานจึงมักจะถูกรวมเข้ากับการสร้างภาพทางกายวิภาค เช่น CT หรือ MRI?
• การเก็บข้อมูลและการวัดปริมาณถูกทำให้เป็นมาตรฐานอย่างไรเพื่อให้ค่าการดูดซึมสามารถเปรียบเทียบกันได้?

Key concepts

• หลักการของสารเภสัชรังสี
• การประลัยของโพซิตรอนและการตรวจจับพร้อมกัน
• การสร้างภาพตัดขวางจากการปล่อยรังสี
• การสร้างภาพการทำงานและเมแทบอลิซึม
• การวัดปริมาณการดูดซึมที่เป็นมาตรฐาน
• PET/CT และ PET/MRI แบบไฮบริด
• เธราโนสติกส์

Mechanisms

สารเภสัชรังสีที่ติดฉลากด้วยนิวไคลด์กัมมันตรังสีจะถูกให้เข้าไปในร่างกายและกระจายตัวตามเป้าหมายทางชีวเคมี รังสีที่ปล่อยออกมาจะถูกตรวจจับจากภายนอกเพื่อสร้างแผนที่การกระจายตัวนั้น ใน PET นิวไคลด์กัมมันตรังสีจะปล่อยโพซิตรอนซึ่งจะเกิดการประลัยกับอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้เคียง ทำให้เกิดโฟตอนสองตัวพลังงาน 511 keV ที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม การตรวจจับโฟตอนเหล่านี้พร้อมกันจะช่วยระบุตำแหน่งของการประลัยตามแนวเส้นตรง และเส้นตรงจำนวนมากดังกล่าวจะถูกนำมาสร้างเป็นภาพตัดขวาง การสร้างภาพซ้ำแบบวนซ้ำทางสถิติ เช่น การประมาณค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ (maximum-likelihood expectation maximisation) จะจำลองกระบวนการปล่อยรังสีเพื่อปรับปรุงคุณภาพของภาพ (Shepp & Vardi, 1982) เนื่องจากสัญญาณสะท้อนถึงการทำงานมากกว่าโครงสร้าง PET จึงมักจะถูกสร้างภาพแบบไฮบริด PET/CT หรือ PET/MRI เพื่อให้สามารถระบุตำแหน่งการดูดซึมสารเภสัชรังสีในกายวิภาคได้ และการเก็บข้อมูลที่เป็นมาตรฐานจะช่วยสนับสนุนการเปรียบเทียบเชิงปริมาณ (Boellaard et al., 2014)

Clinical relevance

เวชศาสตร์นิวเคลียร์และ PET เพิ่มมิติการทำงานและเมแทบอลิซึมให้กับการสร้างภาพทางกายวิภาค และคำแนะนำเกี่ยวกับการใช้งานที่เหมาะสมและประสิทธิภาพที่เป็นมาตรฐานจะช่วยสนับสนุนการแปลผลที่สอดคล้องกัน (Fletcher et al., 2008; Boellaard et al., 2014) การจับคู่สารเภสัชรังสีเพื่อการวินิจฉัยกับนิวไคลด์กัมมันตรังสีเพื่อการรักษา — เธราโนสติกส์ (theranostics) — ได้รับการอธิบายว่าเป็นสาขาที่กำลังเติบโต (Turner, 2018) ข้อมูลนี้อธิบายถึงวิธีการสร้างภาพเหล่านี้และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

เวชศาสตร์นิวเคลียร์เติบโตมาจากการใช้สารเภสัชรังสีและกล้องแกมมาในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 การถ่ายภาพด้วยโพซิตรอน (PET) เกิดขึ้นเป็นวิธีการสร้างภาพตัดขวางสำหรับสารที่ปล่อยโพซิตรอน และวิธีการสร้างภาพซ้ำทางสถิติ เช่น การประมาณค่าสูงสุดที่เป็นไปได้ (maximum-likelihood expectation maximisation) ได้ปรับปรุงคุณภาพของภาพจากการปล่อยรังสี (Shepp & Vardi, 1982) การนำ PET/CT แบบไฮบริดมาใช้ และต่อมาคือ PET/MRI ได้รวมการสร้างภาพการทำงานและกายวิภาคเข้าด้วยกัน ในขณะที่แนวทางปฏิบัติที่เป็นมาตรฐานได้กำหนดแนวทางการปฏิบัติเชิงปริมาณ (Boellaard et al., 2014)

Key figures

• Lawrence Shepp
• Yehuda Vardi

Seminal works

• shepp-vardi-1982

Frequently asked questions

PET แตกต่างจาก CT หรือ MRI อย่างไร?

CT และ MRI สร้างแผนที่กายวิภาคโดยตรง ในขณะที่ PET สร้างแผนที่การกระจายตัวของสารเภสัชรังสีที่ให้เข้าไปในร่างกาย ซึ่งแสดงถึงการทำงานหรือเมแทบอลิซึม PET มักจะถูกรวมเข้ากับ CT หรือ MRI เพื่อให้สามารถระบุตำแหน่งของสิ่งที่ตรวจพบจากการทำงานในกายวิภาคได้

ตรวจจับอะไรเพื่อสร้างภาพ PET?

สารเภสัชรังสีจะปล่อยโพซิตรอนซึ่งจะเกิดการประลัยกับอิเล็กตรอน การประลัยแต่ละครั้งจะสร้างโฟตอนสองตัวในทิศทางตรงกันข้าม การตรวจจับโฟตอนเหล่านี้พร้อมกันจะช่วยระบุตำแหน่งของเหตุการณ์และช่วยให้สามารถสร้างแผนที่การกระจายตัวของสารเภสัชรังสีแบบภาพตัดขวางได้