1. Concept Nucleaire Geneeskunde
Nucleaire geneeskunde draait om het gebruik van radiofarmaca (tracers). Dit zijn radioactieve
isotopen gekoppeld aan een vectormolecule die een specifiek biologisch proces volgt.
• Diagnose: Het in beeld brengen van orgaanfunctie of moleculaire processen
(imaging). Hierbij geldt het tracer-principe: er worden sub-farmacologische (onschadelijke)
hoeveelheden ingespoten die het fysiologisch proces niet verstoren.
• Therapie: Het bestralen van abnormaal weefsel (bv. tumoren) van binnenuit.
Componenten van een tracer:
• Radionuclide: Zendt straling uit bij verval (signaal).
• Vectormolecule: Zorgt voor specifieke binding/interactie met het target (receptor,
transporter, enzym).
2. Radioactiviteit en Fysica
Straling ontstaat door instabiliteit in de atoomkern (vaak onbalans neutronen/protonen).
Soorten straling:
• -straling (Heliumkern): Veel massa, groot ioniserend vermogen, zeer korte reikwijdte. Niet
detecteerbaar van buitenaf, vooral gebruikt voor therapie.
• -straling (Elektronen): Ook gebruikt voor therapie (korte reikwijdte).
• -straling (Positronen): Antimaterie. Essentieel voor PET-imaging.
• -straling (Fotonen): Elektromagnetische golven vanuit de kern. Hoog doordringend
vermogen, ideaal voor externe detectie (SPECT/Planair).
Vervalwet: Radioactiviteit neemt exponentieel af. De activiteit op tijdstip is .
• Halfwaardetijd (): De tijd waarna 50% van de activiteit overblijft. .
• Eenheid: Becquerel (Bq) = 1 desintegratie per seconde.
Productie van radionucliden:
1. Cyclotron (deeltjesversneller): Voor neutron-arme isotopen (bv. 8F, 11C voor PET). Dit is
vaak lokale productie i.v.m. korte halfwaardetijden.
2. Generator: Een moederisotoop vervalt naar een dochterisotoop die bruikbaar is (bv.
99mTc uit een Mo-generator).
3. Detectie: De Gammacamera (Planair & SPECT)
Gammastraling wordt gedetecteerd met een scintillatiecamera.
Opbouw en werking:
1. Collimator: Een loden plaat met gaatjes. Dit is cruciaal voor de beeldvorming omdat het
enkel straling doorlaat die loodrecht op de detector valt (richtingsinformatie). Fotonen die
schuin invallen worden geabsorbeerd.
o Trade-off: Collimatoren bepalen de balans tussen resolutie en gevoeligheid
(sensitivity).
, o Afstandseffect: Hoe verder de bron van de collimator, hoe slechter de resolutie
(onscherper), maar het aantal counts blijft gelijk.
2. Kristal (Scintillatie): Meestal NaI(Tl). Zet het gammafoton om in zichtbaar licht.
3. PMT's (Photomultiplier Tubes): Zetten het lichtsignaal om in een elektrisch signaal en
versterken dit.
4. Elektronica: Berekent de positie (X,Y) en de energie (E) van het foton.
Energy Window: Men selecteert enkel fotonen met de specifieke energie van de isotoop (bv. 140
keV voor 99mTc). Fotonen met lagere energie zijn verstrooid (Compton scatter) en worden
verworpen om het beeldcontrast te verbeteren.
SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography):
• De gammacamera roteert rond de patiënt en maakt vele 1D-projecties (profiles) vanuit
verschillende hoeken.
• Een computer reconstrueert deze data tot een 3D-verdeling (tomografie), wat overlap van
weefsels voorkomt en contrast verbetert t.o.v. planaire beelden.
4. PET (Positron Emission Tomography)
PET gebruikt positron-stralers (bv. 11C, 18F) en heeft een fundamenteel andere detectiemethode.
Het fysisch principe (Annihilatie):
1. Verval zendt een positron () uit.
2. Het positron botst na een korte afstand (mm's) met een elektron.
3. Beide deeltjes annihileren (massa wordt energie: ) en zenden twee fotonen van 511
keV uit in tegengestelde richting ().
Detectie (Coïncidentie):
• PET heeft geen fysieke collimator nodig. De richting wordt bepaald door
de coïncidentiedetectie: als twee detectoren in de ring tegelijkertijd (binnen een nauw
tijdvenster) een signaal opvangen, weet men dat de bron op de lijn (Line of Response)
tussen deze twee detectoren ligt.
• Dit heet "elektronische collimatie" en zorgt voor een veel hogere gevoeligheid dan SPECT.
Attenuatie (Verzwakking): Fotonen worden verzwakt door weefsel. Bij PET is dit effect sterker en
leidt tot onderchatting van activiteit in diepe weefsels. Correctie (Attenuation Correction - AC) is
essentieel voor kwantificatie en gebeurt meestal m.b.v. een CT-scan.
5. Kwantificatie en Modellering
Nucleaire geneeskunde levert kwantitatieve data (concentratie radioactiviteit).
Partial Volume Effect (PVE): Bij kleine structuren (kleiner dan 2-3x de resolutie/FWHM van de
camera) wordt het signaal "uitgesmeerd" over omliggende voxels.
• Gevolg: De gemeten activiteit in de kern is lager dan de werkelijke activiteit (onderchatting)
en de structuur lijkt groter en vager.
• Dit wordt gecorrigeerd met een recovery coefficient.
Nucleaire geneeskunde draait om het gebruik van radiofarmaca (tracers). Dit zijn radioactieve
isotopen gekoppeld aan een vectormolecule die een specifiek biologisch proces volgt.
• Diagnose: Het in beeld brengen van orgaanfunctie of moleculaire processen
(imaging). Hierbij geldt het tracer-principe: er worden sub-farmacologische (onschadelijke)
hoeveelheden ingespoten die het fysiologisch proces niet verstoren.
• Therapie: Het bestralen van abnormaal weefsel (bv. tumoren) van binnenuit.
Componenten van een tracer:
• Radionuclide: Zendt straling uit bij verval (signaal).
• Vectormolecule: Zorgt voor specifieke binding/interactie met het target (receptor,
transporter, enzym).
2. Radioactiviteit en Fysica
Straling ontstaat door instabiliteit in de atoomkern (vaak onbalans neutronen/protonen).
Soorten straling:
• -straling (Heliumkern): Veel massa, groot ioniserend vermogen, zeer korte reikwijdte. Niet
detecteerbaar van buitenaf, vooral gebruikt voor therapie.
• -straling (Elektronen): Ook gebruikt voor therapie (korte reikwijdte).
• -straling (Positronen): Antimaterie. Essentieel voor PET-imaging.
• -straling (Fotonen): Elektromagnetische golven vanuit de kern. Hoog doordringend
vermogen, ideaal voor externe detectie (SPECT/Planair).
Vervalwet: Radioactiviteit neemt exponentieel af. De activiteit op tijdstip is .
• Halfwaardetijd (): De tijd waarna 50% van de activiteit overblijft. .
• Eenheid: Becquerel (Bq) = 1 desintegratie per seconde.
Productie van radionucliden:
1. Cyclotron (deeltjesversneller): Voor neutron-arme isotopen (bv. 8F, 11C voor PET). Dit is
vaak lokale productie i.v.m. korte halfwaardetijden.
2. Generator: Een moederisotoop vervalt naar een dochterisotoop die bruikbaar is (bv.
99mTc uit een Mo-generator).
3. Detectie: De Gammacamera (Planair & SPECT)
Gammastraling wordt gedetecteerd met een scintillatiecamera.
Opbouw en werking:
1. Collimator: Een loden plaat met gaatjes. Dit is cruciaal voor de beeldvorming omdat het
enkel straling doorlaat die loodrecht op de detector valt (richtingsinformatie). Fotonen die
schuin invallen worden geabsorbeerd.
o Trade-off: Collimatoren bepalen de balans tussen resolutie en gevoeligheid
(sensitivity).
, o Afstandseffect: Hoe verder de bron van de collimator, hoe slechter de resolutie
(onscherper), maar het aantal counts blijft gelijk.
2. Kristal (Scintillatie): Meestal NaI(Tl). Zet het gammafoton om in zichtbaar licht.
3. PMT's (Photomultiplier Tubes): Zetten het lichtsignaal om in een elektrisch signaal en
versterken dit.
4. Elektronica: Berekent de positie (X,Y) en de energie (E) van het foton.
Energy Window: Men selecteert enkel fotonen met de specifieke energie van de isotoop (bv. 140
keV voor 99mTc). Fotonen met lagere energie zijn verstrooid (Compton scatter) en worden
verworpen om het beeldcontrast te verbeteren.
SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography):
• De gammacamera roteert rond de patiënt en maakt vele 1D-projecties (profiles) vanuit
verschillende hoeken.
• Een computer reconstrueert deze data tot een 3D-verdeling (tomografie), wat overlap van
weefsels voorkomt en contrast verbetert t.o.v. planaire beelden.
4. PET (Positron Emission Tomography)
PET gebruikt positron-stralers (bv. 11C, 18F) en heeft een fundamenteel andere detectiemethode.
Het fysisch principe (Annihilatie):
1. Verval zendt een positron () uit.
2. Het positron botst na een korte afstand (mm's) met een elektron.
3. Beide deeltjes annihileren (massa wordt energie: ) en zenden twee fotonen van 511
keV uit in tegengestelde richting ().
Detectie (Coïncidentie):
• PET heeft geen fysieke collimator nodig. De richting wordt bepaald door
de coïncidentiedetectie: als twee detectoren in de ring tegelijkertijd (binnen een nauw
tijdvenster) een signaal opvangen, weet men dat de bron op de lijn (Line of Response)
tussen deze twee detectoren ligt.
• Dit heet "elektronische collimatie" en zorgt voor een veel hogere gevoeligheid dan SPECT.
Attenuatie (Verzwakking): Fotonen worden verzwakt door weefsel. Bij PET is dit effect sterker en
leidt tot onderchatting van activiteit in diepe weefsels. Correctie (Attenuation Correction - AC) is
essentieel voor kwantificatie en gebeurt meestal m.b.v. een CT-scan.
5. Kwantificatie en Modellering
Nucleaire geneeskunde levert kwantitatieve data (concentratie radioactiviteit).
Partial Volume Effect (PVE): Bij kleine structuren (kleiner dan 2-3x de resolutie/FWHM van de
camera) wordt het signaal "uitgesmeerd" over omliggende voxels.
• Gevolg: De gemeten activiteit in de kern is lager dan de werkelijke activiteit (onderchatting)
en de structuur lijkt groter en vager.
• Dit wordt gecorrigeerd met een recovery coefficient.
