vol. 4 3/2015 Inżynier i Fizyk Medyczny
124
radiologia
\
radiology
artykuł naukowy
\
scientific paper
Wstęp
W przypadku choroby nowotworowej najistotniejsze jest jej wy-
krycie we wstępnym stadium, a także możliwość oceny wcze-
snych terapeutycznych oraz kontroli późnych efektów zastoso-
wanej terapii [1]. Pozytonowa tomografia emisyjna PET (
Positron
Emission Tomography
) w krótkim czasie stała się metodą z wyboru
w wielu wskazaniach onkologicznych – w przypadku określenia
stopnia zaawansowania wybranych nowotworów (
staging
) oraz
obserwacji odległych (
follow-up
). Obecnie ponad 90%wszystkich
wykonywanych badań PET całego ciała z zastosowaniem
18
F-FDG
obejmuje wskazania onkologiczne [2]. Metoda znalazła zastoso-
wanie również w ocenie właściwości farmakokinetycznych i sku-
teczności nowych leków [3]. Jest przydatna także w badaniach
przedklinicznych na zwierzętach (
animal PET
) – ten rodzaj badań
wymaga specyficznej konfiguracji urządzenia (
microPET
) [4].
PET jest zaliczany do grupy badań funkcjonalnych. Stąd brak
możliwości anatomicznego określenia położenia patologicz-
nych ognisk gromadzenia znacznika w ciele pacjenta. Dlatego
też, najczęstszym rozwiązaniem są urządzenia hybrydowe PET/
CT lub PET/MR (koncepcja multimodalna polegająca na połącze-
niu w jednym urządzeniu aparatu PET oraz tomografu kompute-
rowego CT lub rezonansu magnetycznego MR). Dodatkowo zin-
tegrowanie obrazowania funkcjonalnego oraz strukturalnego
umożliwia korekcję osłabienia promieniowania AC (
attenuation
correction
) na podstawie danych zgromadzonych podczas ba-
dania CT lub MR, co wpłynęło na poprawę jakości uzyskiwanych
obrazów PET [5].
Mając do dyspozycji tak zaawansowane urządzenie, ważną
kwestią staje się utrzymanie jego wysokiej sprawności. Prowa-
dzanie kontroli jakości w przypadku urządzeń PET zapewnia wła-
ściwe odwzorowanie dystrybucji podanego radiofarmaceutyku
w ciele pacjenta, która następnie podlega ocenie specjalisty w za-
kresie medycyny nuklearnej. Niewątpliwie im większej precyzji
i dokładności oczekuje się od danego urządzenia, tym większą
uwagę należy zwrócić na okresowe wahania jego parametrów,
które wpływają na jakość generowanych informacji. Obserwacja
długoczasowych trendów parametrów urządzenia, a także po-
dejmowanie decyzji o ewentualnych kalibracjach poszczególnych
elementów systemu, powinny odbywać się na podstawie kontro-
li według zdefiniowanych procedur testowych, określonych na
szczeblu krajowym lubmiędzynarodowym. Obecnie polskie prze-
pisy prawne nie precyzują zagadnienia kontroli samodzielnych
urządzeń PET lub hybryd PET/CT czy PET/MR
[6].
Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej IAEA (
Interna-
tional Atomic Energy Agency
) opracowała raport określający wy-
tyczne dotyczące wyboru testów aparatów PET oraz PET/CT,
ich harmonogramu oraz metodyki przeprowadzania [7]. W wy-
padku testów akceptacyjnych IAEA wskazuje na potrzebę kie-
rowania się procedurami określonymi przede wszystkim przez
Narodowe Stowarzyszenie Producentów Aparatury Elektrycz-
nej NEMA (
National Electrical Manufacturers Association
) oraz
podobnymi w swoich założeniach Międzynarodowej Komisji
Elektrotechnicznej IEC (
International Electrotechnical Commision
)
[8,9]. Biorąc pod uwagę testy eksploatacyjne, największy na-
cisk kładziony jest na procedury zaproponowane przez danego
producenta systemu PET, normy IEC oraz NEMA [8,10]. Ponad-
to dostępne są również wytyczne Europejskiego Towarzystwa
Medycyny Nuklearnej EANM (
European Association of Nuclear
Medicine
) określające zakres i harmonogram testowania nowych
urządzeń, jak i rutynowej kontroli jakości [11,12]. Jednak, jak jest
to wyraźnie stwierdzone w wytycznych EANM, zalecenia te na-
leży stosować w świetle wytycznych krajowych i narodowych
przepisów prawnych [12].
W artykule zaprezentowano historię rozwoju procedur kon-
troli jakości urządzeń PET na świecie, a także omówiono zało-
żenia, niezbędne wyposażenie pomocnicze do przeprowadzenia
oraz metodykę wybranych testów. Część właściwa opracowania
poprzedzona jest omówieniempodstaw fizycznych zagadnienia.
Fizyka PET
PET jest techniką obrazową pozwalającą na ocenę gromadzenia
substancji znakowanej radioizotopem emitującympozytony w ży-
wym organizmie. Prawie wszystkie podstawowe pierwiastki bu-
dującemateriał organiczny, takie jak węgiel, azot, fluor i tlen, mają
swoje izotopy ulegające rozpadowi β
+
. W związku z tymmogą słu-
żyć jako znaczniki połączone z analogami określonych cząsteczek,
biorąc udział w wybranych procesach biochemicznych i fizjolo-
gicznych, a tym samym pozwalając na ich śledzenie w sposób nie-
inwazyjny. Istotą ilościowej oceny koncentracji aktywności takich
radiofarmaceutyków jest detekcja dwóch fotonów γ powstałych
w wyniku anihilacji pozytonu z napotkanym elektronem, kiedy
ten pierwszy straci praktycznie całą energię kinetyczną uzyskaną
w trakcie rozpadu. Miejsce anihilacji zostaje określone na linii po-
między dwoma detektorami pracującymi w koincydencji zwanej
linią zdarzenia LOR (
Line Of Response
). Dla obecnie stosowanych
izotopów promieniotwórczych maksymalna energia kinetyczna
pozytonu waha się w zakresie 0,58 MeV (
64
Cu) do 3,8 MeV (
66
Ga)
[13]. Tym samym miejsce powstania pozytonu jest oddalone od
miejsca zajścia anihilacji. Odległość ta może wahać się odpowied-
nio od 2 mm do 20 mm (odpowiada maksymalnemu zasięgowi
pozytonu w wodzie) [13]. Ponadto anihilacja może zajść, gdy po-
zyton posiada jeszcze szczątkową energię kinetyczną (związaną
z zachowaniem resztkowego pędu). Skutkuje to emisją kwantów
γ nie dokładnie pod kątem 180
0
, a z odchyleniem około 0,5
0
[7].
Efekty te mają wypływ na rozdzielczość przestrzenną metody.
Jeżeli oba fotony anihilacyjne zostaną wykryte w ustalonym
przedziale czasowym τ, zostaną zarejestrowane jako pochodzące
z tego samego rozpadu. Szerokość okna czasowego odpowiada
dwukrotności czasowej rozdzielczości pary detektorów (w obec-
nej generacji skanerów – rzędu kilku ns). Fotony, które utraciły
część swojej energii w wyniku rozpraszania, są odrzucone, jeżeli
ich energia nie mieści się w ustalonej szerokości okna energetycz-
nego (równej nawet do 30% szerokości połówkowej piku 511 keV)
[14]. Koincydencja zostaje zatem uznana za prawdziwą wtedy,
