INTRODUCTIELES
1.1 MEDICAL IMAGING TECHNIQUES
Medical imaging techniques
● CT & MRI = geeft anatomische informatie
● PET/SPECT = geeft functionele informatie (bv. neuro-receptor binding)
● Echo = zowel anatomisch als functioneel
○ Minder interessant
○ Voordeel dat het wijd verspreid en goedkoop is
Sensitiviteit (y) en resolutie (x)
● PET/SPECT
○ Heel sensitief → PET (1pm), SPECT (1nm)
○ Resolutie → slecht
● MR
○ Hogere spatiale resolutie (10 µm)
○ Lage sensitiviteit (1µm)
EX: wat is de typische sensitiviteit voor een SPECT of PET = 1 pM voor PET en 1 nM voor SPECT
1.1.1 HUMAN SPECT
Human SPECT = single photon emission computed tomography
● Resolutie : 6-8 mm
● Sensitiviteit 1/10.000 fotonen die collimator passeren
Verloop:
1) Preparatie van radioactieve tracer
2) Injectie van radioactieve tracer
3) Positionering van de patiënt
4) Detecteren emissie van radioactief deeltje
→ LET op de camera’s van SPECT zijn gamma camera’s die roteren rond de patiënt
→ Terwijl een PET/ CT camera een ringvorm heeft waardoor men het verschil kan waarnemen.
,1.1.2 NUCLEAR MEDICAL IMAGING
Principe
= het visualiseren van een molecule die nodig is voor een metabolische of fysiologische processen
van een orgaan door het te labelen met een radioactieve substantie.
Hoe?
● Plaatsen op molecule een radioactief atoom
● Radioactief isotoop vervalt naar grondtoestand en geeft deeltje vrij = gamma foton
● Gamma foton ligt in het ultraviolet spectrum
Vb. Technetium-99m
Voor SPECT heeft TC99m een halfwaardetijd van 6 uur
EX: weet waar de positie van de gamma en X-stralen zijn op het spectrum!
1.1.3 SPECT
SPECT
● Injectie radiotracer
● Verval → emitteren gamma fotonen
● Lopen doorheen de collimator op de detector
○ Collimator → zorgt dat enkel loodrechte fotonen kunnen invallen
○ Al de rest zal niet door de collimator gaan → valt niet op detector
● Collimator en detector draaien rond patiënt
○ Krijgen verschillende detectie metingen
○ Komen in sinogram
■ X-as : afstand tot het centrum van detectie
■ Y-as : hoek waarin detector rond patiënt draait
■ Resultaat : verzameling van sinussen
Filter back projection = sinogrammen reconstrueren tot origineel beeld van patiënt
,CERVIX CARCINOMA - INTRA-ABDOMINALE SENTINEL NODE DETECTION
Voorbeeld
● Beeld zijn zwarte puntjes op beeld → lage resolutie, hoge sensitiviteit
○ Plaats waar radiotracer is opgestapeld = meestal tumor
● CT scan nodig voor anatomische informatie
● Beelden samenleggen → meer info
Let op : 1 SPECT beeld buiten het beeld = de blaas
● De radiotracer wordt renaal geklaard en komt in de blaas terecht
● Daarom wordt de blaas aangekleurd bij SPECT
1.1.4 SMALL ANIMAL SPECT
Small animal SPECT
= dit is een micro-SPECT met een resolutie van 0,2mm tot 0,5 mm
Vergelijking mens vs dier
MENS ● Collimator vangt fotonen op die loodrecht door collimator gaan
● Detector roteert
● Collimator bestaat uit pinholes
● Dier ligt op bed
DIER ○ Bed beweegt in 3 richtingen
○ Zo wordt elk deel van lichaam over centrale field of view bewogen
● Multi pinhole
○ Spelden gaten gefocust op de centrale field of view
○ Beeld wordt vergroot
,1.1.5 HUMAN PET
Human PET
= positron emission tomography
= is het beste om metabolische ziektes te detecteren, eens de primaire tumoren gedetecteerd is.
CYCLOTRON
Cyclotron = deeltjes versneller
● PET heeft wel een cyclotron nodig ivg met SPECT die een generator nodig had.
● In cyclotron worden deeltjes versneld
● Deeltjes worden gebombardeerd op zwaar water (zuurstof 18 ipv 16) → krijgen fluor-18
● Dit fluor-18 atoom wordt gekoppeld aan bv. een suikermolecule → 18FDG
● 18-FDG zal een positron vrijgeven → dit detecteer je met camera
18-FDG gekoppeld aan suiker = celdeling in beeld brengen
● Celdeling → energie nodig → suikermoleculen nodig
● Tumorcellen delen sneller → gebruiken meer suiker → meer 18-FDG opstapeling
SOORTEN PET TRACERS
Soorten PET tracers
Je kan verschillende soorten isotopen inbouwen in een suiker als in
andere soorten moleculen. Soort tracer hangt af van wat je wilt
onderzoeken : neuro-receptor binding, prostaat, …
,PET PRINCIPES
PET principes
1. Patiënt geïnjecteerd met een tracer → deze stapelt zich op in bepaalde organen/weefsels
2. Tracer vervalt naar grondtoestand → emitteert positron
3. Positron ondergaat annihilatie met elektron → 2 fotonen geëmitteerd in tegengestelde richting
(= back to back photons)
4. Detector (die niet ronddraait) detecteert positron
- Er is GEEN collimator aanwezig in PET, in SPECT is dit wel aanwezig, daarom is er maar bij
SPECT 1/10000 fotonen gemeten (lagere sensitiviteit).
Waarom geen collimator?
● We weten vanwaar elke deeltje komt
● Bij SPECT loodrechte filtering nodig voor positie te weten
TARGETS IN TUMOR IMAGING
Targets in tumor imaging → verschillende processen waar we naar kunnen kijken
● Glucose metabolisme (FDG)
● Lipide metabolisme (choline)
● Proteïne metabolisme (FET, methionine)
● Proliferatie (FLT)
● Hypoxie (EP5, HX4)
● Receptor imaging (DOTATOC)
● Apoptose (AnnV, CP18)
● Angiogenese (fluciclatide)
● Antilichamen (cetuximab, bevacizumab, herceptin)
TARGETS IN CNS IMAGING
Targets in CNZ imaging
● Dopamine system
○ D2 (11C-raclopride, 123I-IBZM, 123I-epidepride, 18F-fallypride)
○ DAT (123I-B-CIT, 123I-FP-B-CIT, 99mTc-TRODAT, 11C-cocaine)
● Serotonin system
○ 5HT2A (18F-altanserin)
○ SERT (11C-DASB)
● GABAA receptor (123I-iomazenil, 11C/18F-flumazenil)
● Cholinergic system (11C-MP4A, 11C-PMP)
● Amyloid imaging (11C-PIB, 18F-flutemetamol, 18F-florbetapir,...)
● Neuroinflammation (11C-PK11195, PBR, GE180,…)
● Brain perfusion (15O-H2O, 99mTc-ECD, 99mTc-HMPAO)
MOLECULAIR IMAGING STUDY USING H2O15-PET IN A COCHLEAR IMPLANT PATIENT
Voorbeeld studie
● Patiënt was al enkele tijd thuis door verkeersongeval → hoorde niks
● Patiënt gescand met radioactief water → om geactiveerde regio's in brein te weergeven
● Alle regio's konden bekeken worden
● Terwijl hij aan het luisteren was nr een luisterboek → lichte de regio's op
● Dus konden zo aantonen dat patiënt fake doof is
, 1.1.6 SMALL ANIMAL PET
Preclinical PET = miniatuur versie
Beeld van een brein van een rat met 4 PET biomarkers
● Deze is multimodaliteit (PET/CT/MRI optical)
● Er kunnen multiprobes gebruikt worden (FDG, fallypride,..)
● Alle biomarkers zijn gelabeld met 18F
● De vier technieken op de foto zijn:
○ Cryosection
○ In vivo PET
○ Ex vivo PET
○ Ex vivo autoradiography
1.1 MEDICAL IMAGING TECHNIQUES
Medical imaging techniques
● CT & MRI = geeft anatomische informatie
● PET/SPECT = geeft functionele informatie (bv. neuro-receptor binding)
● Echo = zowel anatomisch als functioneel
○ Minder interessant
○ Voordeel dat het wijd verspreid en goedkoop is
Sensitiviteit (y) en resolutie (x)
● PET/SPECT
○ Heel sensitief → PET (1pm), SPECT (1nm)
○ Resolutie → slecht
● MR
○ Hogere spatiale resolutie (10 µm)
○ Lage sensitiviteit (1µm)
EX: wat is de typische sensitiviteit voor een SPECT of PET = 1 pM voor PET en 1 nM voor SPECT
1.1.1 HUMAN SPECT
Human SPECT = single photon emission computed tomography
● Resolutie : 6-8 mm
● Sensitiviteit 1/10.000 fotonen die collimator passeren
Verloop:
1) Preparatie van radioactieve tracer
2) Injectie van radioactieve tracer
3) Positionering van de patiënt
4) Detecteren emissie van radioactief deeltje
→ LET op de camera’s van SPECT zijn gamma camera’s die roteren rond de patiënt
→ Terwijl een PET/ CT camera een ringvorm heeft waardoor men het verschil kan waarnemen.
,1.1.2 NUCLEAR MEDICAL IMAGING
Principe
= het visualiseren van een molecule die nodig is voor een metabolische of fysiologische processen
van een orgaan door het te labelen met een radioactieve substantie.
Hoe?
● Plaatsen op molecule een radioactief atoom
● Radioactief isotoop vervalt naar grondtoestand en geeft deeltje vrij = gamma foton
● Gamma foton ligt in het ultraviolet spectrum
Vb. Technetium-99m
Voor SPECT heeft TC99m een halfwaardetijd van 6 uur
EX: weet waar de positie van de gamma en X-stralen zijn op het spectrum!
1.1.3 SPECT
SPECT
● Injectie radiotracer
● Verval → emitteren gamma fotonen
● Lopen doorheen de collimator op de detector
○ Collimator → zorgt dat enkel loodrechte fotonen kunnen invallen
○ Al de rest zal niet door de collimator gaan → valt niet op detector
● Collimator en detector draaien rond patiënt
○ Krijgen verschillende detectie metingen
○ Komen in sinogram
■ X-as : afstand tot het centrum van detectie
■ Y-as : hoek waarin detector rond patiënt draait
■ Resultaat : verzameling van sinussen
Filter back projection = sinogrammen reconstrueren tot origineel beeld van patiënt
,CERVIX CARCINOMA - INTRA-ABDOMINALE SENTINEL NODE DETECTION
Voorbeeld
● Beeld zijn zwarte puntjes op beeld → lage resolutie, hoge sensitiviteit
○ Plaats waar radiotracer is opgestapeld = meestal tumor
● CT scan nodig voor anatomische informatie
● Beelden samenleggen → meer info
Let op : 1 SPECT beeld buiten het beeld = de blaas
● De radiotracer wordt renaal geklaard en komt in de blaas terecht
● Daarom wordt de blaas aangekleurd bij SPECT
1.1.4 SMALL ANIMAL SPECT
Small animal SPECT
= dit is een micro-SPECT met een resolutie van 0,2mm tot 0,5 mm
Vergelijking mens vs dier
MENS ● Collimator vangt fotonen op die loodrecht door collimator gaan
● Detector roteert
● Collimator bestaat uit pinholes
● Dier ligt op bed
DIER ○ Bed beweegt in 3 richtingen
○ Zo wordt elk deel van lichaam over centrale field of view bewogen
● Multi pinhole
○ Spelden gaten gefocust op de centrale field of view
○ Beeld wordt vergroot
,1.1.5 HUMAN PET
Human PET
= positron emission tomography
= is het beste om metabolische ziektes te detecteren, eens de primaire tumoren gedetecteerd is.
CYCLOTRON
Cyclotron = deeltjes versneller
● PET heeft wel een cyclotron nodig ivg met SPECT die een generator nodig had.
● In cyclotron worden deeltjes versneld
● Deeltjes worden gebombardeerd op zwaar water (zuurstof 18 ipv 16) → krijgen fluor-18
● Dit fluor-18 atoom wordt gekoppeld aan bv. een suikermolecule → 18FDG
● 18-FDG zal een positron vrijgeven → dit detecteer je met camera
18-FDG gekoppeld aan suiker = celdeling in beeld brengen
● Celdeling → energie nodig → suikermoleculen nodig
● Tumorcellen delen sneller → gebruiken meer suiker → meer 18-FDG opstapeling
SOORTEN PET TRACERS
Soorten PET tracers
Je kan verschillende soorten isotopen inbouwen in een suiker als in
andere soorten moleculen. Soort tracer hangt af van wat je wilt
onderzoeken : neuro-receptor binding, prostaat, …
,PET PRINCIPES
PET principes
1. Patiënt geïnjecteerd met een tracer → deze stapelt zich op in bepaalde organen/weefsels
2. Tracer vervalt naar grondtoestand → emitteert positron
3. Positron ondergaat annihilatie met elektron → 2 fotonen geëmitteerd in tegengestelde richting
(= back to back photons)
4. Detector (die niet ronddraait) detecteert positron
- Er is GEEN collimator aanwezig in PET, in SPECT is dit wel aanwezig, daarom is er maar bij
SPECT 1/10000 fotonen gemeten (lagere sensitiviteit).
Waarom geen collimator?
● We weten vanwaar elke deeltje komt
● Bij SPECT loodrechte filtering nodig voor positie te weten
TARGETS IN TUMOR IMAGING
Targets in tumor imaging → verschillende processen waar we naar kunnen kijken
● Glucose metabolisme (FDG)
● Lipide metabolisme (choline)
● Proteïne metabolisme (FET, methionine)
● Proliferatie (FLT)
● Hypoxie (EP5, HX4)
● Receptor imaging (DOTATOC)
● Apoptose (AnnV, CP18)
● Angiogenese (fluciclatide)
● Antilichamen (cetuximab, bevacizumab, herceptin)
TARGETS IN CNS IMAGING
Targets in CNZ imaging
● Dopamine system
○ D2 (11C-raclopride, 123I-IBZM, 123I-epidepride, 18F-fallypride)
○ DAT (123I-B-CIT, 123I-FP-B-CIT, 99mTc-TRODAT, 11C-cocaine)
● Serotonin system
○ 5HT2A (18F-altanserin)
○ SERT (11C-DASB)
● GABAA receptor (123I-iomazenil, 11C/18F-flumazenil)
● Cholinergic system (11C-MP4A, 11C-PMP)
● Amyloid imaging (11C-PIB, 18F-flutemetamol, 18F-florbetapir,...)
● Neuroinflammation (11C-PK11195, PBR, GE180,…)
● Brain perfusion (15O-H2O, 99mTc-ECD, 99mTc-HMPAO)
MOLECULAIR IMAGING STUDY USING H2O15-PET IN A COCHLEAR IMPLANT PATIENT
Voorbeeld studie
● Patiënt was al enkele tijd thuis door verkeersongeval → hoorde niks
● Patiënt gescand met radioactief water → om geactiveerde regio's in brein te weergeven
● Alle regio's konden bekeken worden
● Terwijl hij aan het luisteren was nr een luisterboek → lichte de regio's op
● Dus konden zo aantonen dat patiënt fake doof is
, 1.1.6 SMALL ANIMAL PET
Preclinical PET = miniatuur versie
Beeld van een brein van een rat met 4 PET biomarkers
● Deze is multimodaliteit (PET/CT/MRI optical)
● Er kunnen multiprobes gebruikt worden (FDG, fallypride,..)
● Alle biomarkers zijn gelabeld met 18F
● De vier technieken op de foto zijn:
○ Cryosection
○ In vivo PET
○ Ex vivo PET
○ Ex vivo autoradiography
