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APT-Strahlenschutz III - Aktualisierungskurs RK 409:<br />
Moderne Hybridbildgebung – <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> und SPE<strong>CT</strong>/<strong>CT</strong><br />
Ringler R / Wucherer M<br />
IMPN, R. Ringler<br />
(Physikalische) Grundlagen<br />
moderner Hybridbildgebung<br />
<strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> & SPE<strong>CT</strong>/<strong>CT</strong><br />
Institut für Medizinische Physik<br />
Klinikum Nürnberg<br />
Dr. Ralf Ringler<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 1
Nuklearmedizin ist Funktionsdiagnostik .<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Image courtesy of Siemens<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 2
Nuklearmedizin ist Funktionsdiagnostik .<br />
IMPN, R. Ringler<br />
SPE<strong>CT</strong> <strong>CT</strong><br />
Image courtesy of Siemens<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 3
Vorteile der Hybridbildgebung?<br />
Nuklearmedizin stellt (die Veränderungen der)<br />
ZELLFUNKTION und ZELLAKTIVITÄT<br />
von Organen dar<br />
IMPN, R. Ringler<br />
+<br />
Radiologische Bildgebungsverfahren beschreiben<br />
(Veränderungen von) Organen in<br />
GRÖSSE und FORM<br />
=<br />
<strong>PET</strong>-<strong>CT</strong> bzw. SPE<strong>CT</strong>-<strong>CT</strong><br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 4
Positronen Emissions Tomographie (<strong>PET</strong>)<br />
Rezidivierendes Colon CA:<br />
Einzelne Läsion in der Leber,<br />
keine weiteren Metastasen<br />
Weitere Behandlung:<br />
Chirurgische Entfernung<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Biomolekül wird mit Positronen-Strahler versehen<br />
<strong>PET</strong> liefert hochauflösende Schnittbilder, die<br />
biologische oder biochemische Prozesse<br />
beschreiben<br />
2-[ 18 F]Fluoro-2-Deoxy-D-Glucose (FDG)<br />
Der Glukoseverbrauch und damit die Fluor-<br />
Aufnahme entspricht der metabolischen<br />
Aktivität der Zelle:<br />
z. B. Onkologie:<br />
- Nachweis von Tumoren<br />
- Einstufung der Malignität<br />
- Therapiekontrolle<br />
- Nachweis von Rezidiven<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 5
Positron Entstehung<br />
(Tracer)<br />
511 keV<br />
~1-3mm<br />
β+<br />
β+<br />
IMPN, R. Ringler<br />
β−<br />
β−<br />
511 keV<br />
� Tracer zerfällt und ein Positron wird emitiert<br />
� Reichweite des Positrons ~1-3mm im Gewebe<br />
� Positron trifft auf Elektron ���� Vernichtung<br />
- Energieerhaltung (2 x 511 keV Photonen)<br />
- Erhaltung des pysik. Moment (180 O )<br />
� Photonen treffen entgegengesetzte Detektoren<br />
� “Koinzidenz Registrierung”<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 6
Messung der Positronen<br />
Multiple Blockdetektoren sind in<br />
einem Ring um den Patienten<br />
angeordnet.<br />
Beim Positronenzerfall<br />
entstehen zwei diametrale<br />
511 keV-Gammaquanten.<br />
Die Lokalisation erfolgt durch<br />
gegenüberliegende in<br />
Koinzidenz geschaltete<br />
Detektoren<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Detektorring<br />
Image courtesy of GE<br />
Jeder einzelne Detektor ist in<br />
Koinzidenz mit mehreren<br />
gegenüberliegenden Detektoren<br />
geschaltet.<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 7
Anforderungen an <strong>PET</strong>-Scanner<br />
� Gute Sensitivität<br />
� Gutes Signal zu Rausch Verhältnis<br />
� Diskriminierung zwischen<br />
richtiger und falscher Information<br />
� Möglichkeit Ergebnisse<br />
Quantitativ darzustellen<br />
� Geeignet für FDG<br />
� Vorbereitet für “neue” Tracer<br />
� 1a räumliche Auflösung<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Image courtesy of Siemens<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 8
Anforderungen an den Kristall<br />
IMPN, R. Ringler<br />
� Was für Eigenschaften sollte der Detektor/Kristall erfüllen?<br />
1. Licht, Ausbeute: Nachweiswahrscheinlichkeit von γ-Quanten,<br />
Energieauflösung (Streuquanten) und Zeit/Koinzidenz Fenster.<br />
2. Kurze Abklingzeit: höhere Zeitauflösung, weniger Rauschen. Hohe<br />
Zählraten in Kombination mit höherer Ortsauflösung.<br />
3. Hohe Dichte: kurze Wegstrecken im Detektor mit hoher<br />
Wechselwirkungswahrscheinlichkeit und gesteigerter Effizienz.<br />
4. Hohe Ordnungszahl : Hoher Anteil Photoeffekt, geringer Comptonanteil<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 9
3D-Akquisitionsmodus bei <strong>PET</strong><br />
Vorteil: hohe Empfindlichkeit<br />
Nachteil: geringer Kontrast durch<br />
Streustrahlung<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Detektor<br />
Detektor<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 10
2D-Akquisitionsmodus bei <strong>PET</strong><br />
Vorteil: hoher Kontrast<br />
Nachteil: geringere<br />
Empfindlichkeit<br />
2D Akquisitionsmodus mit<br />
axialen Septen, verhindert die<br />
Registrierung gestreuter<br />
Gammaquanten<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Septen<br />
Septen<br />
Detektor<br />
Detektor<br />
Patientenöffnung<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 11
Vergleich 2D- & 3D-Akquisitionsmodus<br />
Ohne axiale Septen<br />
(3D Modus)<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Mit Septen<br />
(2D Modus )<br />
Bessere räumliche Auflösung des rechtene Herzventrikels<br />
Bessere Quantifizierung des Tumor-Uptakes<br />
2D Akquisitionsmodus mit<br />
axialen Septen, verhindert die<br />
Registrierung gestreuter<br />
Gammaquanten<br />
Image courtesy of GE<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 12
Was sind <strong>PET</strong>-<strong>CT</strong>-Scanner?<br />
IMPN, R. Ringler<br />
<strong>CT</strong> <strong>PET</strong><br />
• Vereinigen die Modalitäten <strong>PET</strong> und <strong>CT</strong> in einem Gerät<br />
• Ermöglichen annähernd zeitgleiche Akquisition<br />
unter definierten geometrischen Bedingungen<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 13
Was sind <strong>PET</strong>-<strong>CT</strong>-Scanner?<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Zwei Bilddatensätze werden aufgezeichnet und zu<br />
einem einzigen Bild fusioniert. Dabei werden die<br />
<strong>CT</strong>-Informationen, die eine anatomische<br />
Lokalisierung ermöglichen, mit den <strong>PET</strong>-Daten, die<br />
Aufschluss über die Stoffwechselaktivität geben,<br />
kombiniert.<br />
Das zusammengesetzte Bild ("Fusionsbild") liefert<br />
mehr Daten in kürzerer Zeit und gestattet eine<br />
schnelle, genaue Diagnose, Therapieplanung und<br />
Therapiekontrolle.<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 14
Warum <strong>PET</strong>-<strong>CT</strong>-Scanner?<br />
Eigenschaft<br />
Absorptionskorrektur mit <strong>CT</strong>-Daten<br />
Höherer Patientendurchsatz<br />
rauscharme <strong>CT</strong>-Transmissionsdaten<br />
<strong>PET</strong> & <strong>CT</strong> exakt registriert<br />
einfache anatomische Interpretation<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Vorteile<br />
31 % kürzere Untersuchungsdauer<br />
reduzierte Betriebskosten<br />
geringerer Anteil gestreuter Photonen<br />
verbesserte <strong>PET</strong>-Bildqualität<br />
verbesserte Detektion<br />
präzisere Lokalisation<br />
verbesserte Verständlichkeit von <strong>PET</strong><br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 15
<strong>PET</strong>-<strong>CT</strong> im Einsatz für Strahlentherapie<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Rotes Areal:<br />
Ziel Volumen<br />
definiert durch <strong>CT</strong><br />
Gelbes Areal:<br />
Metabolisch aktive<br />
Regionen vom<br />
FDG-<strong>PET</strong><br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 16
Warum SPE<strong>CT</strong>-<strong>CT</strong> SPE<strong>CT</strong> <strong>CT</strong> Bildgebung?<br />
Vorteil:<br />
SPE<strong>CT</strong> ist ein äußerst sensitives Verfahren.<br />
Konzentrationen von 10 -9 molar detektierbar<br />
Nachteil:<br />
räumliche Auflösung ↓ im Vergleich zu <strong>CT</strong> oder MR<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 17
Vorteile der SPE<strong>CT</strong>-<strong>CT</strong> SPE<strong>CT</strong> <strong>CT</strong> Bildgebung<br />
� Kombination von Morphologie und Funktion in einer Untersuchung<br />
� „exakte“ Überlagerung von Bilddaten<br />
� Diagnostisches SPE<strong>CT</strong> und diagnostisches <strong>CT</strong> in einem<br />
Untersuchungsgang einschließlich Schwächungsmatrix<br />
� verbesserter Patientenkomfort (one stop shopping!)<br />
� beschleunigte Diagnosefindung - keine belastende Wartezeit für den<br />
Patienten<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 18
SPE<strong>CT</strong>-<strong>CT</strong><br />
IMPN, R. Ringler<br />
<strong>CT</strong><br />
SPE<strong>CT</strong><br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 19
Bildqualität bei SPE<strong>CT</strong><br />
IMPN, R. Ringler<br />
Detektor:<br />
� intrinsische Auflösung<br />
� Energie Auflösung<br />
� cts/sec<br />
Kollimator:<br />
Kollimator<br />
� Auflösungseigenschaften<br />
� Abstand zum Patient<br />
Mechanik der Gantry: Gantry<br />
� präzise Positionierung<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 20
Basics SPE<strong>CT</strong>-<strong>CT</strong><br />
Grundkonzept<br />
� State-of-the-Art SPE<strong>CT</strong><br />
� Mehrschicht, diagnostisches <strong>CT</strong><br />
Spezifikationen<br />
� 0.5 - 10 mm Schichtdicke<br />
Anwendungen<br />
� Schwächungskorrektur in weniger<br />
als 30 Sekunden<br />
� Kardiologie und Onkologie<br />
� Anatomische Zuordnung<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Image courtesy of Siemens<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 21
Entzündliche Herde SPE<strong>CT</strong>-<strong>CT</strong><br />
SPE<strong>CT</strong> <strong>CT</strong><br />
IMPN, R. Ringler<br />
Image courtesy of Philips<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 22
Und was sagt die Fachkunde?<br />
Nuklearmedizinische Anwendung:<br />
SPE<strong>CT</strong>, <strong>PET</strong><br />
Radiologische Anwendung:<br />
<strong>CT</strong><br />
IMPN, R. Ringler<br />
Fachkunde nach<br />
StrlSchV<br />
Fachkunde nach<br />
RöV<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 23
Danksagung<br />
Dank an die Firmen mit der Unterstützung durch<br />
Bildmaterial<br />
GE-Healthcare<br />
Philips Medizin Systeme<br />
Siemens Medical Solutions<br />
IMPN, R. Ringler<br />
Moderne Hybridbildgebung – RK 409.1 24
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