Hoorcollege 1 nucleaire geneeskunde ‘’PET bouw en werking’’
Bij PET kijkt men naar fysiologisch proces. Ook zijn PET-scanners heel erg sensitief en specifiek. Hoe
hoger deze getallen zijn, hoe beter de diagnose.
Verschillen conventioneel verus PET
PET Conventioneel
Positronemissie Gamma-emissie
Detectie van indirecte ontstane gammafotonen Detectie directe gammafotonen
Nagenoeg alle fotonen uit het lichaam kunnen Alleen loodrechte invallende fotonen worden
voor beeldvorming gebruikt worden verwerkt
Resolutie 2 – 6 mm Resolutie 6 – 12 mm
Sensitiever / specifieker
Absolute kwantificatie Relatieve kwantificatie
(relatief) korte HVT Lange HVT
Fluor / zuurstof / stikstof (lichaamseigen Technetium
stoffen)
Fysica
1. Bèta+ verval + annihilatie
De stof 18F heeft teveel protonen en gaat daarom een proton omzetten in een neutron. Een
positron heeft een bepaalde beginenergie maar ook een bepaalde kinetische energie. Die
kinetische energie bepaalt hoe ver het proton komt. Die zal dus een aantal interacties
aangaan en een aantal kinetische energie gaat verloren. Vervolgens zal die annihileren met
een elektron. Op het moment dat het proton met het elektron annihileert heeft het proton
zelf 511 keV, daarvoor heeft ie misschien wel meer energie maar die verliest het proton
onderweg. Hoe hoger de kinetische energie, hoe verder het proton komt. Dit is niet gunstig
voor de beeldkwaliteit. Je wilt namelijk niet dat het proton een weg aflegt terwijl er ergens
anders wat gebeurt en het daar niet al meteen geregistreerd wordt. Niet alleen een positron
wordt uitgezonden maar ook een neutrino (v). Je hebt nu twee deeltjes die loodrecht
onderweg zijn naar de detectoren en die moeten allebei geregistreerd worden.
2. Coïncidentie detectie
De twee deeltjes worden geregistreerd aan beide kanten van de detector. Dit noemt met een
coïncidentie. Aan de ene kant wordt iets geregistreerd en binnen het tijdsvenster moet er
aan de andere kant ook iets geregistreerd worden. Wanneer er niks geregistreerd wordt
binnen de tijd dan is er geen sprake van een coïncidentie.
Mogelijke coïncidenties:
- Trues (T): dit zijn de counts die we willen hebben. E = 511 keV.
- Scatter (S): onderweg komt het annihilatiefoton van 511 keV iets tegen, verandert van
route en toevallig wordt er wel binnen het tijdsvenster aan beide kanten iets
geregistreerd. Het systeem herkent wanneer het deeltje kleiner is dan 511 keV. Dit wordt
door het systeem geschrapt.
- Randoms (R): op twee plekken is iets gebeurd, maar toevallig komen ze binnen het
tijdsvenster tegenover elkaar terecht en lijkt het alsof er een line of response zit. Dit kan
niet worden geschrapt door het systeem dus daar heb je mee te dealen. Hoe lager de
toegediende dosis aan de patiënt, hoe lager de hoeveelheid randoms.
, Bèta+ verval:
Dit is te verklaren door twee behoudswetten aan te halen:
1. De wet van behoud van energie
E = m x c2 E = (2 x 511 keV) x c2 = 1022 keV
M = 9.11 x 10-31 kg = 511 keV
Alle massa van de deeltjes wordt omgezet in energie.
2. De wet van behoud van impuls
Impuls wordt alleen behouden wanneer er twee fotonen worden uitgezonden in
tegenovergestelde richtingen.
*Hoe meer positron deeltjes, hoe gunstiger dat voor de beeldkwaliteit is.
*Bij een hoge Emax bèta+ (MeV) zal het deeltje verder komen wat in principe niet gunstig is.
Bouw van de PET scanner
Je hebt een gantry opening. Een wat oudere scanner heeft een septa; dit lijkt op de collimator want
die zijn ook loodschotjes. Met septa noemt men 2D scanners. Tegenwoordig zijn bijna alle scanners
3D en dus ook zonder septa.
Op de septa heb je de detector blocks (kristal elementen + PMT’s). PMT’s worden ook een beetje
ouderwets want tegenwoordig zie je ook vaak digitale detectoren genaamd APD’s. deze zijn veel
platter. Hierna komen de buckets waar de systeemelektronica inzit om het een en ander te
verwerken. De breedte van de tunnel bepaald meteen de maximale bedpositie die je kunt scannen.
Dus als de tunnel 15 cm is kun je 15 cm scannen enz. (axiale FOV).
Het kristal is geen Natriumjodide omdat de energie veel hoger ligt (511 keV). De meest gebruikte zijn
LSO en LYSO. Hoe hoger het atoomnummer, hoe korter de verzwakkingslengte waarin lichtflitsjes
stoppen. Je hebt een hoog stopvermogen nodig om een 511 keV foton te stoppen.
PET-CT Philips Gemini
- Totaal 17.864 GSO kristalelementen
- Kristal afmetingen: 4 x 6 x 20 mm3
- 420 photomultipliers
- Aperture: 63 cm (PET)
- Axial field of view: 18 cm
- 90 slices (transversaal
Septa
Ringen van lood of wolfraam die ongeveer dezelfde functie hebben als een collimator. Bij 2D heb je
een hogere dosis nodig. Met septa wordt er alleen tussen de detectoren geregistreerd en bij 3D gaat
dat alle kanten op.
Edge schields
Deze zitten aan de buitenkant van de scanner en die zorgt ervoor dat straling van buiten, dus
bijvoorbeeld als er een hoofd buiten de gantry ligt, dat er dan geen counts meer binnen de ring
worden geregistreerd.
Correcties
Scatter correctie
Het annihilatie foton is ergens een interactie aangegaan en gaat in een andere hoek verder. Deze
wordt ergens anders wel geregistreerd maar heeft energie verloren dus die zal niet meegenomen
worden. Het energievenster is niet de enige manier van corrigeren. Echter is dit wel de belangrijkste
manier. Bij 2D heb je ook schotten en die halen de scatter eruit. Dus bij 2D haal je er veel meer
scatter eruit; echter heb je veel meer dosis nodig omdat de sensitiviteit vanwege de schotjes lager is.
De edge field zorgen er ook voor dat de scatter weggevangen worden wanneer die van buitenaf
komen.
Bij PET kijkt men naar fysiologisch proces. Ook zijn PET-scanners heel erg sensitief en specifiek. Hoe
hoger deze getallen zijn, hoe beter de diagnose.
Verschillen conventioneel verus PET
PET Conventioneel
Positronemissie Gamma-emissie
Detectie van indirecte ontstane gammafotonen Detectie directe gammafotonen
Nagenoeg alle fotonen uit het lichaam kunnen Alleen loodrechte invallende fotonen worden
voor beeldvorming gebruikt worden verwerkt
Resolutie 2 – 6 mm Resolutie 6 – 12 mm
Sensitiever / specifieker
Absolute kwantificatie Relatieve kwantificatie
(relatief) korte HVT Lange HVT
Fluor / zuurstof / stikstof (lichaamseigen Technetium
stoffen)
Fysica
1. Bèta+ verval + annihilatie
De stof 18F heeft teveel protonen en gaat daarom een proton omzetten in een neutron. Een
positron heeft een bepaalde beginenergie maar ook een bepaalde kinetische energie. Die
kinetische energie bepaalt hoe ver het proton komt. Die zal dus een aantal interacties
aangaan en een aantal kinetische energie gaat verloren. Vervolgens zal die annihileren met
een elektron. Op het moment dat het proton met het elektron annihileert heeft het proton
zelf 511 keV, daarvoor heeft ie misschien wel meer energie maar die verliest het proton
onderweg. Hoe hoger de kinetische energie, hoe verder het proton komt. Dit is niet gunstig
voor de beeldkwaliteit. Je wilt namelijk niet dat het proton een weg aflegt terwijl er ergens
anders wat gebeurt en het daar niet al meteen geregistreerd wordt. Niet alleen een positron
wordt uitgezonden maar ook een neutrino (v). Je hebt nu twee deeltjes die loodrecht
onderweg zijn naar de detectoren en die moeten allebei geregistreerd worden.
2. Coïncidentie detectie
De twee deeltjes worden geregistreerd aan beide kanten van de detector. Dit noemt met een
coïncidentie. Aan de ene kant wordt iets geregistreerd en binnen het tijdsvenster moet er
aan de andere kant ook iets geregistreerd worden. Wanneer er niks geregistreerd wordt
binnen de tijd dan is er geen sprake van een coïncidentie.
Mogelijke coïncidenties:
- Trues (T): dit zijn de counts die we willen hebben. E = 511 keV.
- Scatter (S): onderweg komt het annihilatiefoton van 511 keV iets tegen, verandert van
route en toevallig wordt er wel binnen het tijdsvenster aan beide kanten iets
geregistreerd. Het systeem herkent wanneer het deeltje kleiner is dan 511 keV. Dit wordt
door het systeem geschrapt.
- Randoms (R): op twee plekken is iets gebeurd, maar toevallig komen ze binnen het
tijdsvenster tegenover elkaar terecht en lijkt het alsof er een line of response zit. Dit kan
niet worden geschrapt door het systeem dus daar heb je mee te dealen. Hoe lager de
toegediende dosis aan de patiënt, hoe lager de hoeveelheid randoms.
, Bèta+ verval:
Dit is te verklaren door twee behoudswetten aan te halen:
1. De wet van behoud van energie
E = m x c2 E = (2 x 511 keV) x c2 = 1022 keV
M = 9.11 x 10-31 kg = 511 keV
Alle massa van de deeltjes wordt omgezet in energie.
2. De wet van behoud van impuls
Impuls wordt alleen behouden wanneer er twee fotonen worden uitgezonden in
tegenovergestelde richtingen.
*Hoe meer positron deeltjes, hoe gunstiger dat voor de beeldkwaliteit is.
*Bij een hoge Emax bèta+ (MeV) zal het deeltje verder komen wat in principe niet gunstig is.
Bouw van de PET scanner
Je hebt een gantry opening. Een wat oudere scanner heeft een septa; dit lijkt op de collimator want
die zijn ook loodschotjes. Met septa noemt men 2D scanners. Tegenwoordig zijn bijna alle scanners
3D en dus ook zonder septa.
Op de septa heb je de detector blocks (kristal elementen + PMT’s). PMT’s worden ook een beetje
ouderwets want tegenwoordig zie je ook vaak digitale detectoren genaamd APD’s. deze zijn veel
platter. Hierna komen de buckets waar de systeemelektronica inzit om het een en ander te
verwerken. De breedte van de tunnel bepaald meteen de maximale bedpositie die je kunt scannen.
Dus als de tunnel 15 cm is kun je 15 cm scannen enz. (axiale FOV).
Het kristal is geen Natriumjodide omdat de energie veel hoger ligt (511 keV). De meest gebruikte zijn
LSO en LYSO. Hoe hoger het atoomnummer, hoe korter de verzwakkingslengte waarin lichtflitsjes
stoppen. Je hebt een hoog stopvermogen nodig om een 511 keV foton te stoppen.
PET-CT Philips Gemini
- Totaal 17.864 GSO kristalelementen
- Kristal afmetingen: 4 x 6 x 20 mm3
- 420 photomultipliers
- Aperture: 63 cm (PET)
- Axial field of view: 18 cm
- 90 slices (transversaal
Septa
Ringen van lood of wolfraam die ongeveer dezelfde functie hebben als een collimator. Bij 2D heb je
een hogere dosis nodig. Met septa wordt er alleen tussen de detectoren geregistreerd en bij 3D gaat
dat alle kanten op.
Edge schields
Deze zitten aan de buitenkant van de scanner en die zorgt ervoor dat straling van buiten, dus
bijvoorbeeld als er een hoofd buiten de gantry ligt, dat er dan geen counts meer binnen de ring
worden geregistreerd.
Correcties
Scatter correctie
Het annihilatie foton is ergens een interactie aangegaan en gaat in een andere hoek verder. Deze
wordt ergens anders wel geregistreerd maar heeft energie verloren dus die zal niet meegenomen
worden. Het energievenster is niet de enige manier van corrigeren. Echter is dit wel de belangrijkste
manier. Bij 2D heb je ook schotten en die halen de scatter eruit. Dus bij 2D haal je er veel meer
scatter eruit; echter heb je veel meer dosis nodig omdat de sensitiviteit vanwege de schotjes lager is.
De edge field zorgen er ook voor dat de scatter weggevangen worden wanneer die van buitenaf
komen.
