2.2cPET1 PET – Bouw en Principe 18 nov
Positron Emission Tomography geeft het fysiologisch proces van de mens weer.
Het is erg sensitief en specifiek, dit geeft een betere diagnose. Een PET is vooral voor
oncologische indicaties, maar kan ook ontstekingen of andere pathologie in beeld brengen.
Verschil PET en gammacamera:
- Positronemissie vs. gamma-emissie
- Detectie indirecte gammafotonen vs. detectie directe gammafotonen
- Alle fotonen worden gebruikt vs. loodrecht invallende fotonen worden gebruikt
- Resolutie; 2-6 mm vs. resolutie; 6-12 mm
- Absolutie kwantificatie vs. relatieve kwantificatie
- Korte HVT vs. lange HVT
- Fluor, zuurstof, stikstof vs. technetium
Sommige positronen hebben zelfs halveringstijden van minuten, die zul je dus op de afdeling
zelf moeten maken. Wel gebruiken we vooral lichaamseigen stoffen bij PET.
Fysica:
Het gaat om bètaverval + annihilatie met coïncidentie detectie.
Het proces van β+ verval:
Een positief geladen kern stoot een
positief bètadeeltje uit, de positron. Deze
positron legt een bepaalde weg af waarbij
deze steeds een beetje energie verliest.
Aan het einde van de weg zal de positron
(β+) met een elektron (β-) annihileren,
waarbij alle massa omgezet wordt in
energie. Er ontstaan twee fotonen uit die
beide een energie van 511 keV hebben en
180 graden t.o.v. een kant uit gaan. Het
signaal wordt pas goedgekeurd wanneer
deze twee fotonen detecteert.
18
F � 18O + β+ + v
Dit β+-verval is te verklaren door twee behoudswetten aan te halen;
1. Wet van behoud van energie (E = m x c2)
2. Wet van behoud van impuls (impuls wordt alleen behouden wanneer er twee fotonen
worden uitgezonde in tegenovergestelde richting)
Hoe meer β+ verval, hoe meer positronen, hoe gunstiger het beeld. Bij een hogere maximale
energie, komen de positronen verder, maar dit is ongunstiger voor het beeld.
Electron capture:
Naast positron emissie kan ook het verschijnsel electron capture zich voordoen. Hierbij wordt
er door een tekort aan neutronen een elektron ingevangen. Er komt dan energie vrij die aan
een neutrino wordt meegegeven.
51 24 𝐶𝐶𝐶𝐶 + 0 − 1 𝑒𝑒 → 51 23 𝑉𝑉 + 𝑣𝑣
,Coïncidentie detectie:
Het annihilatieproces wordt aan beide kanten geregistreerd in de tunnel, binnen een
tijdsvenster. Als dit niet aan beide kanten het geval is, is er geen sprake van coïncidentie.
Een detector staat met een hele ‘fan beam’ detectoren in connectie. Als er dan iets wordt
geregistreerd, wordt er een lijntje getrokken; fan beam respons.
Mogelijke coïncidenties:
- Trues � counts die je wilt hebben, dit is gunstig.
- Scatter � onderweg komt het foton iets tegen,
waardoor deze van route verandert. Het wordt wel
nog geregistreerd binnen het tijdsvenster, maar
met minder energie.
- Randoms � er is op twee plekken iets gebeurd,
maar ook weer binnen het tijdsvenster, dus er lijkt
een line of respons aanwezig te zijn.
N(coin) = N(true) + N(rand) + N(scat)
Bij PET heb je meer last van verzwakking, want er is sprake van 2 fotonen. Hoe lager de
toegediende dosis aan de patiënt, hoe minder randoms er voorkomen. Hier blijf je altijd last
van houden, dus daar kun je niet veel aan doen.
Technologie:
PET bestaat uit;
- Gantry opening � deze opening bepaald de maximale scanbreedte; axiale FOV. Door
deze te vergroten wordt sensitiviteit voor randoms, scatter en true’s verhoogd. Dit is
een probleem in de whole-body weergave, want resolutie verslechterd.
- Septa � loodschotjes, tegenwoordig zijn alle scanners 3D, dus zonder septa’s
- Detectorblokken
- Kristal elementen
- PMT’s
- Buckets � edge shields zitten aan de buitenkant, die houden straling van de
buitenkant tegen. Hiermee kun je de sensitiviteit voor randoms verlagen.
Kristallen die je veel tegen zult komen zijn de LSO en LYSO. Belangrijke gegevens;
- Hoe hoger het atoomnummer, hoe korter de verzwakkingslengte.
- Energie resolutie wil je het liefste zo laag mogelijk houden, hoe smaller de piek die
geregistreerd wordt. Hoe smaller deze piek, hoe beter gediscrimineerd kan worden.
- Light yield geeft de lichtopbrengst weer, deze wil je het liefst zo hoog mogelijk.
- Decay time geeft de uit-dood tijd weer, deze wil je het liefst zo kort mogelijk.
Lichtflitsen kunnen namelijk pas één voor één worden geregistreerd.
- Timing resolution geeft weer hoe snel de PET een signaal kan verwerken. Hoe
sneller, hoe beter. Wanneer dit heel snel gebeurt, kun je time of flight toepassen.
, Verschillende soorten correcties;
- Scatter correctie � verlies van energie, worden niet meegeteld (septa of window)
- Random correctie � verkeerde registratie (septa, dosis verlagen of window)
- Attenuatie correctie � plek krijgt teveel counts (low-dose CT of transmissiescan)
- Lineariteitscontrole � lijnen gaan krom lopen
- Energie correctie � midden van PMT zal hogere energie registreren
- Axiale sensitiviteit � bij 3D wordt in het midden van je FOV het meeste signaal
geregistreerd, bij 2D vlakt dat af. Dit los je op door de posities te laten overlappen.
Axiale sensitiviteit Energie
correctie
Bij PET is het belangrijk om te beginnen met de scan, wanneer de tijd is aangebroken. Je
kunt wel al de CT opstarten, maar dan moet je wachten met het beginnen van scannen. Veel
te laat starten is ook niet goed, dan is er al teveel vervallen. De resolutie van de CT wordt
vaak iets naar onder gebracht, zodat deze beter past bij de PET.
TOF + Reconstructie:
Time of flight zorgt voor betere
lokalisatie van de annihilatie. Dit
geeft dezelfde resolutie en we
weten al beter waar het signaal
vandaan komt. De signaal-ruis
verhouding verbetert wel.
Positron Emission Tomography geeft het fysiologisch proces van de mens weer.
Het is erg sensitief en specifiek, dit geeft een betere diagnose. Een PET is vooral voor
oncologische indicaties, maar kan ook ontstekingen of andere pathologie in beeld brengen.
Verschil PET en gammacamera:
- Positronemissie vs. gamma-emissie
- Detectie indirecte gammafotonen vs. detectie directe gammafotonen
- Alle fotonen worden gebruikt vs. loodrecht invallende fotonen worden gebruikt
- Resolutie; 2-6 mm vs. resolutie; 6-12 mm
- Absolutie kwantificatie vs. relatieve kwantificatie
- Korte HVT vs. lange HVT
- Fluor, zuurstof, stikstof vs. technetium
Sommige positronen hebben zelfs halveringstijden van minuten, die zul je dus op de afdeling
zelf moeten maken. Wel gebruiken we vooral lichaamseigen stoffen bij PET.
Fysica:
Het gaat om bètaverval + annihilatie met coïncidentie detectie.
Het proces van β+ verval:
Een positief geladen kern stoot een
positief bètadeeltje uit, de positron. Deze
positron legt een bepaalde weg af waarbij
deze steeds een beetje energie verliest.
Aan het einde van de weg zal de positron
(β+) met een elektron (β-) annihileren,
waarbij alle massa omgezet wordt in
energie. Er ontstaan twee fotonen uit die
beide een energie van 511 keV hebben en
180 graden t.o.v. een kant uit gaan. Het
signaal wordt pas goedgekeurd wanneer
deze twee fotonen detecteert.
18
F � 18O + β+ + v
Dit β+-verval is te verklaren door twee behoudswetten aan te halen;
1. Wet van behoud van energie (E = m x c2)
2. Wet van behoud van impuls (impuls wordt alleen behouden wanneer er twee fotonen
worden uitgezonde in tegenovergestelde richting)
Hoe meer β+ verval, hoe meer positronen, hoe gunstiger het beeld. Bij een hogere maximale
energie, komen de positronen verder, maar dit is ongunstiger voor het beeld.
Electron capture:
Naast positron emissie kan ook het verschijnsel electron capture zich voordoen. Hierbij wordt
er door een tekort aan neutronen een elektron ingevangen. Er komt dan energie vrij die aan
een neutrino wordt meegegeven.
51 24 𝐶𝐶𝐶𝐶 + 0 − 1 𝑒𝑒 → 51 23 𝑉𝑉 + 𝑣𝑣
,Coïncidentie detectie:
Het annihilatieproces wordt aan beide kanten geregistreerd in de tunnel, binnen een
tijdsvenster. Als dit niet aan beide kanten het geval is, is er geen sprake van coïncidentie.
Een detector staat met een hele ‘fan beam’ detectoren in connectie. Als er dan iets wordt
geregistreerd, wordt er een lijntje getrokken; fan beam respons.
Mogelijke coïncidenties:
- Trues � counts die je wilt hebben, dit is gunstig.
- Scatter � onderweg komt het foton iets tegen,
waardoor deze van route verandert. Het wordt wel
nog geregistreerd binnen het tijdsvenster, maar
met minder energie.
- Randoms � er is op twee plekken iets gebeurd,
maar ook weer binnen het tijdsvenster, dus er lijkt
een line of respons aanwezig te zijn.
N(coin) = N(true) + N(rand) + N(scat)
Bij PET heb je meer last van verzwakking, want er is sprake van 2 fotonen. Hoe lager de
toegediende dosis aan de patiënt, hoe minder randoms er voorkomen. Hier blijf je altijd last
van houden, dus daar kun je niet veel aan doen.
Technologie:
PET bestaat uit;
- Gantry opening � deze opening bepaald de maximale scanbreedte; axiale FOV. Door
deze te vergroten wordt sensitiviteit voor randoms, scatter en true’s verhoogd. Dit is
een probleem in de whole-body weergave, want resolutie verslechterd.
- Septa � loodschotjes, tegenwoordig zijn alle scanners 3D, dus zonder septa’s
- Detectorblokken
- Kristal elementen
- PMT’s
- Buckets � edge shields zitten aan de buitenkant, die houden straling van de
buitenkant tegen. Hiermee kun je de sensitiviteit voor randoms verlagen.
Kristallen die je veel tegen zult komen zijn de LSO en LYSO. Belangrijke gegevens;
- Hoe hoger het atoomnummer, hoe korter de verzwakkingslengte.
- Energie resolutie wil je het liefste zo laag mogelijk houden, hoe smaller de piek die
geregistreerd wordt. Hoe smaller deze piek, hoe beter gediscrimineerd kan worden.
- Light yield geeft de lichtopbrengst weer, deze wil je het liefst zo hoog mogelijk.
- Decay time geeft de uit-dood tijd weer, deze wil je het liefst zo kort mogelijk.
Lichtflitsen kunnen namelijk pas één voor één worden geregistreerd.
- Timing resolution geeft weer hoe snel de PET een signaal kan verwerken. Hoe
sneller, hoe beter. Wanneer dit heel snel gebeurt, kun je time of flight toepassen.
, Verschillende soorten correcties;
- Scatter correctie � verlies van energie, worden niet meegeteld (septa of window)
- Random correctie � verkeerde registratie (septa, dosis verlagen of window)
- Attenuatie correctie � plek krijgt teveel counts (low-dose CT of transmissiescan)
- Lineariteitscontrole � lijnen gaan krom lopen
- Energie correctie � midden van PMT zal hogere energie registreren
- Axiale sensitiviteit � bij 3D wordt in het midden van je FOV het meeste signaal
geregistreerd, bij 2D vlakt dat af. Dit los je op door de posities te laten overlappen.
Axiale sensitiviteit Energie
correctie
Bij PET is het belangrijk om te beginnen met de scan, wanneer de tijd is aangebroken. Je
kunt wel al de CT opstarten, maar dan moet je wachten met het beginnen van scannen. Veel
te laat starten is ook niet goed, dan is er al teveel vervallen. De resolutie van de CT wordt
vaak iets naar onder gebracht, zodat deze beter past bij de PET.
TOF + Reconstructie:
Time of flight zorgt voor betere
lokalisatie van de annihilatie. Dit
geeft dezelfde resolutie en we
weten al beter waar het signaal
vandaan komt. De signaal-ruis
verhouding verbetert wel.
