FYSICA PET (MTVB18FYSPET)
Minor PCM
Hanzehogeschool Groningen
Schooljaar 2020-2021
, Wat wordt er behandeld in dit document?
Les Onderwerp
Herhaling PET
coMOpet1
Samenvatting college
Positron emissie
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Verzwakking en verstrooiing
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Principe PET
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Attenuatiecorrectie
prMOpet1
Samenvatting van het behandelde artikel en antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Fysica en apparatuur
coMOpet2
Samenvatting college
Scintilatiemateriaal
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
PMT’s
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
TOF
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Radiofarmacie
coMOpet3
Samenvatting college
11
C
Flitscollege
Samenvatting flitscollege
Radiofarmacie basis
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Cyclotron
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Berekeningen
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak (ook behandeld in prMOpet3)
Afscherming
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Kwaliteitscontroles
coMOpet4
Samenvatting college
Data-acquisitie
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Reconstructies
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Artefacten
zsPET
Antwoorden op de vragen van de zelfstudietaak
Artefacten
prMOpet4
Samenvatting PowerPoint
, coMOpet1; herhaling PET
Geschiedenis
Jaartal Gebeurtenis
1931 Ernest Lawrence heeft de cyclotron ontwikkeld (begon ontwikkeling in 1929).
- Een cyclotron zorgt voor het maken van een radioactieve bron.
1934 Kunstmatige radioactiviteit (Joliot-Curie).
1938 Ontdekking 99mTc (Emilio Segre).
1958 Anger-camera (eerste gammacamera).
- Opnemen radioactiviteit en omzetting naar elektrisch signaal.
99m
1959 Mo-/99mTc-generator (“technetium koe”) ontwikkeld.
1964 99mTc-radiotracers ontwikkeld.
1980 SPECT en PET.
- SPECT; camera bedacht met 3 koppen, waarbij het rondjes kon draaien om de patiënt.
- PET; camera bedacht met 2 koppen met metalenboxen met radioactieve bronnen eraan,
waarbij het rondjes kon draaien om de patiënt.
1990 Gammacamera’s met een resolutie van 5 mm.
2000 SPECT-CT.
2001 PET-CT van GE.
2011 Philips brengt PET-MRI op de markt (Eindhovens Dagblad).
PET in de basis
PET = Positron Emissie Tomografie.
Grondregels voor de PET-scan die je nodig bent om tot een beeld te komen:
- Er moet een positron (e+) met een variabele energie aanwezig zijn.
- Positron dient te annihileren (botsen) met een elektron en het dient
vervolgens 2 fotonen te genereren.
• Wet behoud van energie = van ieder foton is 511 keV aanwezig,
dus 1022 keV in totaal.
• Wet behoud van impuls = fotonen onder een hoek van 180°.
De detector reageert niet altijd direct. Er komt een signaal aan één kant binnen en dan gaat de
detector aan en gaat hij meten en gaat het tijdsvenster lopen (het tijdsvenster kan niet continu
aanstaan, want dit geeft verstrooiing). Binnen (ongeveer) 6-9 nanoseconden moet het signaal van de
andere kant ook binnen zijn gekomen. Als het langer duurt vervalt het signaal en ontstaat scatter.
In de afbeelding hierboven is het volgende te zien (de detector is de groene lijn):
- Signaal A komt aan en de detector gaat starten.
- Signaal B komt binnen en dan wordt de detector uitgedoofd wanneer dit signaal klaar is.
Signaalverwerking; foton komt binnen → licht gaat aan → foton wordt omgezet in een puls door het
kristal → foton wordt verder verwerkt door blockdetectoren.
,Sensitiviteit = gevoeligheid van de camera; geeft aan welke fractie van de uitgezonden fotonen
bijdraagt aan de beeldvorming.
- Je wil dat de sensitiviteit zo hoog mogelijk is zodat je de activiteit zo snel en goed mogelijk
kunt detecteren.
Dode tijd = het verwerken van beide signalen.
- Hoe sneller dit verwerken gebeurt (korte dode tijd), hoe sensitiever de camera wordt, hoe
makkelijker er nieuwe signalen verwerkt kunnen worden.
Signal decay time = tijd die het kost voordat het scintillatiemateriaal het signaal verwerkt heeft.
- Ideaal; ieder foton wordt omgezet in een puls en verder verwerkt → ook bij een hoge
countrate (meerdere fotonen die in een korte tijd binnenkomen).
- Benodigdheden voor een snelle decay time (dus dat het foton snel wordt omgezet in een
puls):
• Verlaging van de dode tijd; het moment waarop de detector gaat meten en het
tijdsvenster openzet, dat moet zo kort mogelijk zijn.
• Verlaging van de random coïncidenties.
Het verwerkingsgedeelte van de camera moet zo kort mogelijk zijn, anders mis je signalen en neemt
de gevoeligheid van de camera af.
- Hoe beter de camera, hoe sneller de gaat camera werken, hoe korter de dode tijd, hoe
gevoeliger de camera.
- Hoe sneller het signaal wordt verwerkt, hoe sneller de scan verloopt.
Detector event = gebeurtenis waarbij de detector wat meet.
- De detector moet zo snel mogelijk signaal ontvangen, een bepaalde hoeveelheid licht
ontvangen en starten met signaal B.
- Er zijn 3 soorten coïncidenties die plaats kunnen vinden waarbij de detector wat meet:
• True coïncidentie = werkelijke event; er heeft daadwerkelijk een annihilatieproces
plaatsgevonden op de rechte lijn van de detector in het tijdsvenster.
o Dit event geeft een heel mooie scan. Hoe meer true coïncidenties, hoe scherper
de scan.
• Scatter coïncidentie = verstrooide event; één of beide fotonen zijn een interactie in het
weefsel ondergaan waarbij het van richting is veranderd in het tijdsvenster.
o Dit event geeft een minder mooie scan, het vermindert de beeldkwaliteit.
• False/random coïncidentie = willekeurige event; beide fotonen zijn niet-gecorreleerd
(niet-samenhangend) en toevallig binnengekomen in het tijdsvenster → er vindt
verstrooiing plaats omdat het foton geen hoek van 180° bevat.
o Dit event geeft een minder mooie scan, het vermindert de beeldkwaliteit.
§ Kan verbeterd worden door het tijdsvenster te verkleinen. Echter, het
tijdsvenster kan ook weer niet te klein gemaakt worden, omdat het
anders kan voorkomen dat één van de fotonen de detector nog niet
heeft bereikt. In dit soort gevallen kan dan gebruik gemaakt worden van
de TOF.
, LOR = Line Of Response; geeft aan hoe de detector gereageerd heeft (dus wat er gemeten is).
- Deze zijn bij de coïncidenties te zien als doorgetrokken lijnen en stippellijnen.
Stopping power = gemiddelde afstand welke door een foton wordt afgelegd in het kristal, voordat
het zijn energie afgeeft; het is dus de kracht die de camera heeft om het signaal te stoppen.
- De gemiddelde afstand wil je zo kort mogelijk hebben, want hierdoor ontstaat er weinig
tijdsverlies; hoe beter het signaal gestopt wordt, hoe sneller de camera werkt. Daarnaast wil
je dat zoveel mogelijk fotonen hun energie afgeven om een hoge sensitiviteit te krijgen.
Daarom is een hoge stopping power van het materiaal gewenst.
- Een lage energie is lastig om te zetten, daarom is er een korte attenuation lenght (moment
waarop het foton de overdracht van energie geeft) nodig.
- De verzwakking van het kristal is van invloed is op de uiteindelijke opname, daarom is een
hoge verzwakkingscoëfficient (µ) nodig (bij 511 keV).
- De dichtheid van het scintillatiemateriaal is van invloed op het signaal, daarom is een hoge
dichtheid van het scintillatiemateriaal nodig.
Energieresolutie = geeft aan hoe goed de detector de fotonenergieën kan onderscheiden (dus wat
wel en niet 511 keV bevat).
- De detector kan de fotonenergieën onderscheiden door de scatter (verstrooiing) te weren
door middel van energiediscriminatie. Je wil in principe dat alleen de fotonen met 511 keV
doorgelaten worden.
- De energieresolutie wordt uitgedrukt in Full Width at Half Maximum (FWHM). Dit is dan de
breedte van de fotopiek, gemeten op de halve hoogte
Light output = hoeveelheid licht dat het scintillatiemateriaal opbrengt, bij de overdracht van de
fotonenergie.
- De hoeveelheid licht dient snel gegenereerd te worden, om zo het tijdsvenster snel te laten
reageren.
- Er dient een goede energieresolutie aanwezig te zijn (geeft een lagere scatterfractie).
Scintillatiemateriaal Voordelen Nadelen
NaI-kristal Zeer hoge lichtopbrengst. Lange signal decay time.
natriumjodide - Dus goede energieresolutie. - Hoge dode tijd/veel random coïncidentie.
Lage stopping power.
BGO-kristal Hoge stopping power. Lange signal decay time.
bismugermaniumoxide - Hoge sensitiviteit. - Kangeen hoge countsnelheden aan.
Lage lichtopbrengst.
L(Y)SO-kristal Zeer hoge lichtopbrengst. Natuurlijk isotoop (176Lutetium) → op het moment
lutetium - 5 maal hoger dan BGO. dat het kristal te oud wordt, wordt de
(-yttrium)orthosilicaat - Wel lager dan NaI (energieresolutie beeldkwaliteit slechter.
is minder). - HVT van 3,8 * 1010 jaar.
Hoge stopping power. - Β--straling en gammafotonen (88-400
Zeer korte signal decay time. keV).
, NaI BGO L(Y)SO
Atoomnummer 51 74 66
Verzwakking (cm-1). 0,34 0,92 0,87
Lichtbreking/doorlaatbaarheid. 1,85 2,15 1,82
Lichtopbrengst foton (%). 100 15 75
Signal decay time (nanoseconden). 230 300 40
‘Breekbaarheid’. Ja Nee Nee
Gevoeligheid voor vocht (hygroscopic). Ja Nee Nee
Bij een hoge gevoeligheid voor vocht (hygroscpoic) dient de ruimte zich in een constante
temperatuur te bevinden. Het kan dus zijn dat de temperatuur in het voordeel van de MBB’er werkt
en in het nadeel voor de patiënt, of net andersom.
TOF = Time Of Flight; tijdsvensterverschil van de fotonen.
- Door deze meting is niet alleen de lijn bekend waarop
het annihilatieproces heeft plaatsgevonden, maar ook de
plaats van het annihilatieproces op die lijn.
- Geen gebruik TOF:
• 2 fotonen worden gedetecteerd binnen (een vooraf
ingesteld) elektronisch tijdsvenster (circa 6-10
nanoseconden).
• De LOR is binnen een acceptabele hoek (180°).
• De energie die in het kristal door beide fotonen wordt afgegeven valt binnen het
geselecteerde energievenster (PHA, 511 keV).
De patiënt verzwakt ook de fotonen, dus de annihilatieprocessen die plaatsgevonden hebben.
Hiervoor moet dan wel gecorrigeerd worden. Het corrigeren kan met behulp van de (lowdose)CT.
- Wanneer je, zogenaamd, in het lichaam van de patiënt een meter plaatst en een meter
bovenop de patiënt, dan zal je zien dat er minder straling aanwezig is bij de meter in de
patiënt.
Non-attenuation → pathologie en artefacten.
- Het is altijd goed om de niet-gecorrigeerde PET-scan ook te bekijken. Hierdoor kun je de
pathologieën en eventuele artefacten op beide beelden met elkaar vergelijken.
Attenuation → pathologie, anatomie en correctie.
