Y học hạt nhân và chụp PET

Chụp ảnh y học hạt nhân, bao gồm chụp cắt lớp phát xạ positron (PET), hiển thị sự phân bố của một chất đánh dấu phóng xạ được đưa vào cơ thể thay vì trực tiếp hiển thị giải phẫu. Vì tín hiệu bắt nguồn từ hành vi sinh hóa của chất đánh dấu, các kỹ thuật này lập bản đồ chức năng sinh lý và trao đổi chất; đặc biệt, các chất phát xạ positron cho phép tái tạo hình ảnh cắt lớp về sự hấp thu chất đánh dấu. Do đó, PET chủ yếu là một phương thức chức năng, thường được kết hợp với CT hoặc MRI để định vị giải phẫu.

Definition

Chụp ảnh y học hạt nhân tạo ra hình ảnh từ bức xạ phát ra bởi một chất đánh dấu phóng xạ được đưa vào cơ thể; trong chụp cắt lớp phát xạ positron, chất đánh dấu phát ra positron, sự hủy diệt của chúng tạo ra các cặp photon được phát hiện trùng hợp để tái tạo bản đồ cắt lớp về sự phân bố của chất đánh dấu.

Scope

Chủ đề này bao gồm cách các chất đánh dấu phóng xạ tạo ra tín hiệu hình ảnh, việc phát hiện trùng hợp các photon hủy diệt làm nền tảng cho PET, việc tái tạo các hình ảnh cắt lớp phát xạ, việc sử dụng các giao thức thu nhận tiêu chuẩn hóa để định lượng, và cách các hình ảnh chức năng được kết hợp với giải phẫu cắt ngang. Đây là tài liệu tham khảo về cách tạo ra các hình ảnh này, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Chất đánh dấu phóng xạ được đưa vào cơ thể tạo ra tín hiệu hình ảnh trong y học hạt nhân như thế nào?
• Việc phát hiện trùng hợp các photon hủy diệt cho phép tái tạo PET như thế nào?
• Tại sao hình ảnh chức năng thường được kết hợp với hình ảnh giải phẫu như CT hoặc MRI?
• Việc thu nhận và định lượng được tiêu chuẩn hóa như thế nào để các giá trị hấp thu có thể so sánh được?

Key concepts

• Nguyên lý chất đánh dấu phóng xạ
• Sự hủy diệt positron và phát hiện trùng hợp
• Tái tạo hình ảnh cắt lớp phát xạ
• Hình ảnh chức năng và trao đổi chất
• Định lượng hấp thu tiêu chuẩn hóa
• PET/CT và PET/MRI lai
• Theranostics

Mechanisms

Một dược phẩm phóng xạ được đánh dấu bằng một hạt nhân phóng xạ được đưa vào cơ thể và phân bố theo mục tiêu sinh hóa của nó; bức xạ mà nó phát ra được phát hiện từ bên ngoài để lập bản đồ phân bố đó. Trong PET, hạt nhân phóng xạ phát ra một positron hủy diệt với một electron gần đó, tạo ra hai photon 511 keV di chuyển theo hướng ngược nhau; việc phát hiện các photon này trùng hợp định vị sự hủy diệt dọc theo một đường thẳng, và nhiều đường thẳng như vậy được tái tạo thành một hình ảnh cắt lớp. Tái tạo thống kê lặp lại, chẳng hạn như tối đa hóa kỳ vọng khả năng xảy ra (maximum-likelihood expectation maximisation), mô hình hóa quá trình phát xạ để cải thiện chất lượng hình ảnh (Shepp & Vardi, 1982). Vì tín hiệu phản ánh chức năng hơn là cấu trúc, PET thường được thực hiện dưới dạng PET/CT hoặc PET/MRI lai để có thể định vị sự hấp thu vào giải phẫu, và việc thu nhận tiêu chuẩn hóa hỗ trợ so sánh định lượng (Boellaard et al., 2014).

Clinical relevance

Y học hạt nhân và PET bổ sung một chiều chức năng và trao đổi chất vào hình ảnh giải phẫu, và các khuyến nghị về việc sử dụng phù hợp và hiệu suất tiêu chuẩn hóa của chúng hỗ trợ việc giải thích nhất quán (Fletcher et al., 2008; Boellaard et al., 2014). Việc ghép nối các chất đánh dấu chẩn đoán với các hạt nhân phóng xạ trị liệu — theranostics — được mô tả là một lĩnh vực đang phát triển (Turner, 2018). Mục này mô tả cách tạo ra các hình ảnh này và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Y học hạt nhân phát triển từ việc sử dụng các chất đánh dấu phóng xạ và camera gamma vào giữa thế kỷ XX. Chụp cắt lớp phát xạ positron nổi lên như một phương pháp cắt lớp cho các chất đánh dấu phát xạ positron, và các phương pháp tái tạo thống kê như tối đa hóa kỳ vọng khả năng xảy ra đã cải thiện chất lượng hình ảnh phát xạ (Shepp & Vardi, 1982). Việc giới thiệu PET/CT lai, và sau đó là PET/MRI, đã kết hợp hình ảnh chức năng và giải phẫu, trong khi các hướng dẫn tiêu chuẩn hóa đã hệ thống hóa thực hành định lượng (Boellaard et al., 2014).

Key figures

• Lawrence Shepp
• Yehuda Vardi

Seminal works

• shepp-vardi-1982

Frequently asked questions

PET khác với CT hoặc MRI như thế nào?

CT và MRI lập bản đồ giải phẫu trực tiếp, trong khi PET lập bản đồ sự phân bố của một chất đánh dấu phóng xạ được đưa vào cơ thể và do đó hiển thị chức năng hoặc quá trình trao đổi chất; PET thường được kết hợp với CT hoặc MRI để các phát hiện chức năng có thể được định vị trong giải phẫu.

Điều gì được phát hiện để tạo thành hình ảnh PET?

Chất đánh dấu phát ra positron hủy diệt với electron, mỗi sự hủy diệt tạo ra hai photon theo hướng ngược nhau; việc phát hiện các photon này trùng hợp định vị sự kiện và cho phép tái tạo phân bố chất đánh dấu theo phương pháp cắt lớp.