tạo ảnh bằng phát xạ positron

1. T o nh b ng phát x positron
(Positron Emission Tomography)
GV: Nguy n Thái Hà – BM Công ngh
ði n t & KT ði n t Y sinh

2. N i dung
• Gi i thi u chung
• So sánh t o nh PET v i CT scanner và
t o nh c ng hư ng t
• M t s ng d ng y t• M t s ng d ng y t
• Nguyên lý t o nh
• Các ch t phóng x ñánh d u và positron
• Thi t b
• Ki m tra

3. Gi i thi u chung
• Năm 1975, máy PET
thương m i ñ u tiên
ñư c ñưa ra th trư ng.
• Nh ng năm 70 và 80,
PET ch y u ñư c sPET ch y u ñư c s
d ng cho m c ñích
nghiên c u.
• Nh ng năm 1990 chính
th c ñư c ñưa vào s
d ng trong lâm sàng.

4. Gi i thi u chung
• T o nh PET b t ñ u b ng vi c tiêm m t ch t
phóng x dùng cho ch n ñoán b nh vào cơ th
b nh nhân. Sau m t kho ng th i gian nào ñó
c n cho ñ ng v phóng x h p th vào cơ th ,
b nh nhân ñư c ñ t vào m t ñ u ghi b c xb nh nhân ñư c ñ t vào m t ñ u ghi b c x
có kh năng ghi l i các lư ng t gamma phát
ra t cơ th trong khi ñ ng v phóng x phân
rã. Thông tin này ñư c thu nh n và sau ñó
chuy n thành các nh lát c t b i m t thu t
toán tái t o.

5. Gi i thi u chung

6. Nguyên lý t o nh PET
• Tiêm vào cơ th ngư i ch t phóng x ñánh
d u mang m t ñ ng v phát x positron (như:
11C, 13N, 15O, 18F)
• H t nhân phóng x sau ñó phân rã b i s phát
x positrron ⇒ p → n + e+x positrron ⇒ p → n + e+
• Positron phát x k t h p ngay v i m t ñi n t
t o ra hai photon gamma theo hai hư ng
ngư c nhau, m i photon mang năng lư ng
511 keV
• Hai photon gamma ñư c ghi l i ñ ng th i b i
m t c p detector

7. T o nh PET
• Yêu c u:
– Phân bi t b c x gamma phát theo hai
hư ng ñ i di n nhau.
– Xác ñ nh góc mà b c x di chuy n
– Thi t l p l i s phân b ñ phóng x

8. T o nh PET

9. T o nh PET
• Khi m t positron g p
m t electron s t o ra
hai tia gamma có cùng
m c năng lư ng (511
Kev) nhưng ñi theo hai
hư ng ngư c nhau (t o
thành góc 180 ñ ).thành góc 180 ñ ).
• PET phát hi n các tia
gamma này khi chúng
ra kh i cơ th b nh
nhân. Các thông tin này
ñư c ñưa t i máy tính
và x lý ñ tái t o nh.

10. • Positron ñi 1-3mm
(ph thu c vào năng
l ng) tr c khi b
bi n m t.
• Quá trình bi n m t
c a positron b o
toàn năng l ng và
ñ ng l ng:
- Các photon có
năng l ng 511 KeV.
- Các photon h u- Các photon h u
nh c ng tuy n
• S phát hi n ñ ng
th i hai photon
511KeV cho th y
m t s ki n d c
theo m t ñ ng
th ng gi a các
detector

11. So sánh t o nh PET v i CT và MRI
PET CT and MRI
Cho th y vùng b b nh
Phát hi n nh ng thay ñ i
trong c u trúc cơ th
Có th giúp theo dõi ñi u tr
và cho bi t hi u qu c a
ðơn gi n ch xác ñ nh s
và cho bi t hi u qu c a
ñi u tr
ðơn gi n ch xác ñ nh s
t n t i c a m t kh i u
Phát hi n b nh d dàng
hơn, ch n ñoán nhanh hơn
Có th phát hi n m t kh i u
lánh tính hay ác tính
Có th phát hi n s b t
thư ng trư c khi có s
thay ñ i c u trúc gi i ph u

12. Các ng d ng y t
• PET ñư c s d ng cho ch n ñoán và xác
ñ nh các b nh nhân b ung thư cũng như các
b nh nhân có nh ng r i lo n tim hay não.
• Nó thư ng kéo dài t kho ng 45 t i 90 phút.
ð i v i tim, PET có th :
• ð nh lư ng vùng b b nh c a tim
• Quy t ñ nh, sau m t cơn ñau tim, li u cơ tim có
th ph i ph u thu t hay không

13. Các ng d ng y t
• Hình nh ñ u tiên cho th y m t cơn nh i máu
cơ tim. Mũi tên ch vào các vùng b thương t n
(mô b ch t). Do ñó, ngư i ta k t lu n b nh
nhân không có l i sau m t cu c ph u thu t tim
• nh th hai cho th y m t tim kh e m nh• nh th hai cho th y m t tim kh e m nh

14. Các ng d ng y t
ð i v i b nh ung thư, PET có th :
• phân bi t ñư c các kh i u lành tính hay
ác tính
• cho th y ung thư b ng cách ch ra nh ng• cho th y ung thư b ng cách ch ra nh ng
vùng b di căn trong cơ th b nh nhân
• xác ñ nh có c n ph i ti n hành ñi u tr
hay không

15. Các ng d ng y t
• nh ñ u cho th y m t kh i u vú ác tính không
nh n th y ñư c b ng các phương pháp t o nh
thông thư ng như CT, MRI, mammogram.
• nh th hai c a cùng m t b nh nhân trên v i kh i
u b ch huy t c ng phía bên trái ñư c phóng tou b ch huy t c ng phía bên trái ñư c phóng to
lên. Tuy nhiên ngư i ta v n ph i ti n hành sinh
thi t xem có ph i là di căn không.

16. Các ng d ng y t
ð i v i não, PET có th :
• ch n ñoán ch c ch n b nh Alzheimer's trong
l n can thi p ñ u tiên.
• xác ñ nh v trí kh i u trong não và phân bi t
kh i u t các mô t o nh.kh i u t các mô t o nh.
• xác ñ nh v trí tai bi n nh i máu não ñ i v i m t
s b nh nhân b ch ng ñ ng kinh.
• xác ñ nh kh i u chính xác hơn và các v trí
khác trong não ñ i v i các ph u thu t ph c t p

17. Các ng d ng y t

18. Các ng d ng y t
• nh ñ u tiên cho th y m t não ngư i kh e
m nh.
• nh th hai c a m t b nh nhân n 9 tu i có l ch
s b tai bi n nh i máu ki m soát không t t. Mũi
tên cho th y vùng b nh i máu. Do ñó, ph utên cho th y vùng b nh i máu. Do ñó, ph u
thu t lo i b vùng b nh i máu nên d ng l i.

19. Cơ s hình thành nh
• Khi b b nh t t t n công, tính ch t hóa sinh c a các mô
và t bào có th thay ñ i. Ví d ñ i v i b nh ung thư,
các t bào b t ñ u tăng trư ng v i t c ñ r t nhanh, và
ñ th c hi n ñi u ñó nó l y ñư ng glucose. PET làm
vi c b ng cách s d ng m t lư ng nh ch t phóng x
ñánh d u v m t hóa h c ñưa vào ñư ng gluco ho cñánh d u v m t hóa h c ñưa vào ñư ng gluco ho c
m t s h p ch t khác. B nh nhân ñư c tiêm ch t
phóng x này. Nó ñi qua cơ th b nh nhân và phát ra
tín hi u và r t cu c là nh n thông tin t các cơ quan
c n ki m tra. N u m t vùng trong m t cơ quan b ung
thư, tín hi u này s m nh hơn là các vùng mô bao
quanh. M t thi t b ghi l i các tín hi u này và chuy n
chúng thành nh hóa ch t và ch c năng.

20. Cơ s hình thành nh
• Thông tin ch n ñoán liên quan ñ n s
thu nh n các nh sinh lý d a trên s
phát hi n các positron. Positrons là các
h t r t nh phát ra t m t ch t ñ ng v
phóng x ñưa vào cơ th b nh nhân.phóng x ñưa vào cơ th b nh nhân.

21. Cyclotron và máy phát phóng x
H¹t nh©n T1/2 (phót) L−îng β+
(%)
Năng l−îng β+
(MeV)
Cyclotron
15O
13N
11C
2,04
9,96
20,4
99,9
99,8
99,8
0,735
0,491
0,38511C
18F
M¸y ph¸t
68Ga
82Rb
62Cu
52mMn
122I
20,4
109,80
68,1
76,4
9,74
21,1
3,62
99,8
96,9
89
95
97
97
77
0,385
0,242
0,740
1,409
1,280
1,130
1,087

22. Cyclotron
• T ng h p các ñ ng v (phát ra positron)
trong m t cyclotron

23. Các h p ch t phát x positron
ChÊt ph¸t x¹
positron
Hîp chÊt ®−îc d¸n
nh·n
LiÒu (mSv)
11C 11CO 11CO2
11CN-
11CH3I
H11CHO
0,05-0,2
13N
15O
18F
H11CHO
13N-N2
13NH3
15O-O2
H2
15O
C15O 15O-
CO2
18F-F2 H18F
18F-
0,002-0,05
0,02-0,2
0,5

24. Các ch t phóng x ñánh d u
• Có các phân t cho phép nh n thông tin
trong t o nh PET.
• Các ch t phóng x ñánh d u có chu kỳ
bán rã r t ng nbán rã r t ng n
Lư c ñ minh
h a chu kỳ bán
rã (t = 109 phút)

25. Fluor 18
• ðây là ch t thư ng ñư c s d ng nhi u nh t
• Nó ñư c t o ra b ng cách l y H+ trong oxy
(sending H+ on oxygen)
• Khi ñó, h t nhân nguyên t tr nên m t n
ñ nhñ nh
• ð tr v tr ng thái bình thư ng, nó s phát ra
m t positron
• Sau ñi ñi m t ño n ng n (1 ñ n 3 mm),
positron này s g p m t electron.
• Quá trình này t o ra hai tia gamma mang năng
lư ng 511 keV.

26. M t s ðVPX ñánh d u
• Fluorodeoxyglucose
[18F]- ghi nhãn 2-deoxyglucose (FDG)
ñư c s d ng trong khoa th n kinh, tim
m ch và khoa ung thư ñ nghiên c u s
chuy n hóa glucose. FDG r t h u íchchuy n hóa glucose. FDG r t h u ích
trong vi c phân bi t b nh nh t các
d ng ác tính c a ñ ho t ñ ng nguyên
bào xương b kích thích do ñ ho t ñ ng
trao ñ i ch t cao c a nhi u lo i kh i u
xâm l n.

27. M t s ðVPX ñánh d u
• Oxy
[15O]- ghi nhãn nư c và oxy, ñư c dùng
ñ xác ñ nh lư ng tiêu th oxy c a cơ
tim.
• [15O]-ghi nhãn oxy cũng có th ñư c
dùng ñ ño s ho i t kh i u.

28. M t s ðVPX ñánh d u
• Ammonia
[13N]- ñư c ghi nhãn amoniac ñư c dùng ñ
ño lưu lư ng máu.
• Leuxin
[11C]- ñư c ghi nhãn methionine, và leuxin có[11C]- ñư c ghi nhãn methionine, và leuxin có
th ñư c s d ng ñ ñánh giá h p thu amino
acid và t ng h p protein, cung c p m t ch t
ch th kh năng t n t i c a kh i u.
• Fluorine Ion
ðư c ghi nhãn fluorine ion [18F-] là m t ch t
chu n dùng cho ch p xương lâm sàng.

29. M t s ðVPX ñánh d u
ð ng v
phóng x
Chu kì bán
rã (phút) S d ng M c ñích
Nghiên c u
lâm sàng
Tim m chTim m ch
Nghiên c u
lâm sàng
Khoa Ung thư,
tim m ch,
th n kinh
Tim m ch

30. Fluorodeoxyglucose (FDG)
• Sau khi t ng h p, phân t này k t h p
ch t ch v i m t phân t gluco (F thay
th OH trong phân t gluco)

31. S chuy n hóa gluco

32. S chuy n hóa FDG

33. ð i v i b nh t t

35. Thi t b
• C u hình c a m t PET scanner ñi n hình g m m t
detector l n v i m t l tròn gi a, ñ cơ th b nh nhân
có th ñư c ñưa vào trên m t bàn chuy n ñ ng.
• Các linh ki n quang h c,
ñi n t và cơ khí ph c t p bên
trong h th ng dùng ñ thu
nh n d li u. B c x gamma
ñư c phát hi n b i vi c quay
hay d ng m ng detector
quang-ñi n t , m ng này còn
ñư c g i là các gamma - hay
Anger -camera.

36. Detector
Hai detector phát hi n hai tia gamma cùng t i m t
lúc

37. Detector
• R t nhi u detector ñư c n i v i m t ng
nhân quang và ñư c s p x p trên m t
vòng tròn, vòng sáu c nh, hay vòng tr c
giao.
• Trư ng quan sát ñư c xác ñ nh b i ñ
r ng c a m ng detector.
• Trong h th ng PET, kích thư c detector
càng nh thì có ñ phân gi i không gian
càng t t.

38. M ng detector
D n quay camera positron
M ng detector
Detector
®iÖn tö
Bé detector
8×8 detector th nh phÇn
4 èng nh©n quang
detector
4 detector mét bé16 nhãm detector
64 bé detector
(a) M t máy quét phát x positron cơ b n v i m ng detector tròn,
m ng này g m 16 nhóm, m i nhóm g m 4 detector, ñư c ch t o t
NaI(Tl) ho c bitmut germanate (BGO)
(b) M i nhóm 4 l i ñư c hình thành t 8×8 detector riêng bi t

39. Detector
• Các photon năng lư ng cao phát ra t
cơ th b nh nhân va ch m v i các tinh
th nh p nháy (scintillation crystal), trong
ñó, nó t o ra m t chùm các photon nhìn
th y mang năng lư ng th p.th y mang năng lư ng th p.
• Các photon này ñư c thu nh n b i các
ng nhân quang n i v i các tinh th , cho
phép tái t o l i ñi m t i t các th g i
lên.

40. Detector

41. Detector
• Tinh th phát sáng nh p nháy ñư c s
d ng ñ phát hi n năng lư ng gi i
phóng ra t ñ ng v phóng x . M t tinh
th phát sáng nh p nháy là m t ch t có
kh năng h p th m t photon và chuy n
năng lư ng ñó thành ánh sáng.năng lư ng ñó thành ánh sáng.
• Các collimator ñư c s d ng ñ h n
ch hư ng c a các photon này khi
chúng t i tinh th phát sáng. Chúng có
th ñư c làm t chì, vonfram, ñ ng-
berili.

42. Detector
• Có hai lo i collimator cơ b n ñư c s
d ng trong t o nh y t :
– Collimator ñi m l g m m t lo i v t li u ñ c
v i m t l nh khoét chính gi a. Chúng
r t phù h p cho vi c ki m tra các vùng nh .r t phù h p cho vi c ki m tra các vùng nh .
– Collimator l song song g m hàng trăm l
ñư c khoan hay kh c trên m t v t li u, ch
cho phép các photon di chuy n vuông góc
v i tinh th phát sáng, Lo i này có ñ phân
gi i c ng hư ng.

43. Detector

44. H th ng detector

45. ng nhân quang nh y v trí (PSPMT)
L p chì
Collimator
M ng tinh th CsI(Na)
Gi y ch n sáng
C a s ng
nhân quangnhân quang
Thân ng nhân
quang
V nhôm
B chia ñi n áp
ng nhân quang
Các dây anôt n i
v i các b
khu ch ñ i
B k t n i tín hi u
nhi u ch u

46. ng nhân quang
• Khi m t xung ánh sáng ñư c t o b i tinh th
phát sáng, nó ñi t i g p ng nhân quang nh y v
trí, ng này s chuy n xung ánh sáng t i thành
m t tín hi u ñi n ñã ñư c khu ch ñ i.
• M t ng nhân quang g m m t cat t quang,
cat t này phát ra electron thông qua hi u ng
quang ñi n khi các photon t i ñ p vào nó. M t
electron t i ñ p vào ñinôt và gi i phóng m t s
electron thêm vào, các electron này sau ñó
ñư c gia t c t i ñinôt ti p theo. Quá trình này s
ñư c l p l i m t vài l n.

47. M ch xác
ñ nh t a
ñ X, Y
Máy tính
ch
D n ánh sáng
Collimator chì
l song song
Chu trình thu nh n tín hi u
ñ X, Y
x y ra
tương tác
Ma tr n ng
nhân quang
Tinh th phát
sáng NaI
T ng

48. Các nhân t nh hư ng ñ n ñ phân gi i
C¸c nh©n tè H×nh d¹ng FWHM
BÒ réng detector tinh thÓ
d/2
0 (nèi ghÐp riªng)
Anger logic
Photon kh«ng th¼ng h ng
Ph¹m vi cña positron
ThuËt to¸n t¸i t¹o HÖ sè nh©n
0 (nèi ghÐp riªng)
2,2mm (anger logic)
1,3mm (®Çu)
2,1mm (tim)
0,5mm (18F)
4,5mm (82Rb)
1,25 (trong mÆt ph¼ng)
1,0 (trôc)

49. C i thi n ñ phân gi i nh
§é ph©n gi¶i (mm)
C¶i thiÖn ®é ph©n gi¶i
N¨m

50. ð nh y
• ð nh y là phép ño kh năng thu nh n các tia
t i ñ ng th i và có ñơn v tính là t c ñ ñ m
trên m t ñơn v m t ñ phóng x
• ð nh y:
• Trong ñó:
– r: bán kính vòng ch p
– A: vùng v t li u ñ u dò ñư c nhìn t m i ñi m trên
ñ i tư ng
– ε: Hi u su t c a ch t phát sáng
– γ: H s suy gi m

51. Minh h a m t s thi t b
Gamma camera
1 head
Gamma camera
2 heads
Pet scan

52. S khác nhau c a gamma
camera và PET scanner
• Kích thư c hình h c c a m ng detector
• Lo i thi t b (v t li u) ñư c s d ng
• Hình d ng, kích thư c, s detector và s ng
nhân quangnhân quang
• Các nh cho ki m tra y t
• Quá trình ch nh s a cho nh
• Quá trình x lý máy tính khác nhau

53. S khác nhau c a gamma
camera và PET scanner
• PETscan là m t thi t b t o nh ch cho phép
t o nh b ng positron.
• Gamma camera là m t thi t b c ñi n, ngư i• Gamma camera là m t thi t b c ñi n, ngư i
ta có th thêm m t b detector cho các
positron t i trùng kh p nhau. B i vây nên thi t
b này có th ñư c s d ng trong y h c h t
nhân thông thư ng. Tuy v y nhưng chi phí cho
ph n tùy ch n thêm này v n r hơn PETscan.

54. S khác nhau c a gamma
camera và PET scanner
Ch t lư ng nh c a gamma camera kém hơn
c a PET do:
• Các tinh th ñư c s d ng không cho phép
dùng cùng m t li u c a ch t phóng x ñánh
d u (gây nguy hi m do li u cao)d u (gây nguy hi m do li u cao)
• Ch có hai ñ u ch a detector thay vì m t vòng
detector
• Th i gian cho m i ki m tra là hai gi ho c lâu
hơn
• Không th ho c r t khó s d ng các ch t
phóng x ñánh d u khác nhau

55. S h p nh t nh (Image Fusion)
• S d ng m t tr m làm vi c riêng bi t cho
t o nh, chúng ta có th che các d li u
nh PET b ng các nh CT/MRI, cho
phép ñ nh v chính xác v trí kh i u.

56. nh PET nh CT nh k t h p
PET xác ñ nh chính
xác các t bào ung thư
qua s tăng ho t ñ ng
chuy n hóa
CT cung c p c u trúc
gi i ph u b nh nhân
tham chi u giúp ñ nh v
vùng ung thư
Khi h p nh t, nh k t
h p cho th y vùng
thương t n trong ñúng
c u trúc gi i ph u

57. Minh h a s ph i h p nh
nh PET k t h p v i nh CT
Ánh CT
Ánh PET

58. M t s hình nh
nh ch p ng c (breast) nh ch p b nh ñ ng kinh

59. The end