PET/CT -fuusiokuvaus
PET/CT -fuusiokuvaus
PET/CT -fuusiokuvaus
Transform your PDFs into Flipbooks and boost your revenue!
Leverage SEO-optimized Flipbooks, powerful backlinks, and multimedia content to professionally showcase your products and significantly increase your reach.
Tiivistelmä<br />
<strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> -<strong>fuusiokuvaus</strong><br />
Seminaarityö kurssille Sovellettu diagnostinen radiologia<br />
Petri Kvist, Iikka Salmela & Mika Lehtinen<br />
Positroniemissiotomografia (<strong>PET</strong>) on menetelmä, jolla saadaan tietoa elimistön<br />
aineenvaihdunnasta. <strong>PET</strong> ei kuitenkaan anna kovin tarkkaa kuvaa kohteen anatomiasta.<br />
Tietokonetomografialla (<strong>CT</strong>) kuvauskohteen anatomia kuvantuu tarkemmin,<br />
mutta funktionaalinen kuvantaminen on vaikeaa. Yhdistämällä <strong>PET</strong>- ja<br />
<strong>CT</strong>-kuvat saadaan <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong>-fuusiokuva, josta nähdään merkkiaineaktiivisuus<br />
tarkan anatomisen kuvan sisällä. <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> -fuusiokuvien avulla voidaan esim.<br />
syöpä havaita taudin alkuvaiheessa ja aloittaa terapia hyvissä ajoin.<br />
<strong>PET</strong> -kuvaus<br />
<strong>PET</strong>-kuvauksessa seurataan elimistöön ruiskutetun radioaktiivisen merkkiaineen konsentraatiota<br />
ja liikettä.<br />
Radioisotoopit tuotetaan syklotronilla ja kiinnitetään merkkiainemolekyyleihin. Radioisotoopit<br />
omaavat lyhyen puoliintumisajan (lyhimmillään pari minuuttia), joten<br />
käytännössä merkkiaineet tulee valmistaa kuvaustilojen läheisyydessä. Merkkiaineena<br />
käytetään jotain elimistön aineenvaihduntaan osallistuvaa ainetta (esim. erilaiset sokerit,<br />
lääkeaineet jne.), joka kuljettaa radioaktiivisen isotoopin kohteeseen, jonka toiminnasta<br />
ollaan kiinnostuneita.
T 1/2<br />
Happi ( 15 O) 2.1 min<br />
Hiilidioksidi<br />
Happi<br />
Vesi<br />
Typpi ( 13 N) 10.0 min<br />
Ammoniakki<br />
Hiili ( 11 C) 20.04 min<br />
Asetaatti<br />
Kokaiini<br />
Metioniini<br />
Leusiini<br />
Fluori ( 18 F) 109 min<br />
Haloperidoli<br />
Fluori-ioni<br />
Fluorideoksiglukoosi (FDG)<br />
Rubidium ( 82 Rb) 1.25 min<br />
Taulukko 1: <strong>PET</strong>-kuvauksessa käytettävät radioisotoopit ja merkkiaineet<br />
Elimistöön ruiskutettu radioaktiivinen merkkiaine hajoaa ja hajoamisessa syntyvät positronit<br />
annihiloituvat kohdatessaan elektronin. Annihilaatiossa syntyy kaksi 511keV:n<br />
fotonia, jotka kulkevat täsmälleen vastakkaisiin suuntiin.<br />
<strong>PET</strong>-kamera koostuu ympyrän muotoon asetetuista gammadetektoreista, joiden keskelle<br />
kuvattava kohde asetetaan. Kuvauskohteeseen injusoitu merkkiaine kulkeutuu<br />
aineenvaihdunnan mukana kuvattavaan elimeen/elimiin ja hajoaa, jolloin syntyvät annihilaatiofotonit<br />
kulkevat vastakkaisiin suuntiin ja saapuvat detektoreille. Yhtä aikaa<br />
saapuvat fotonit havaitaan ja tietokone rakentaa näistä ns. koinsidenssirekisteröinneistä<br />
<strong>PET</strong>-kuvan.<br />
Kuva 1. <strong>PET</strong>-kameran toimintaperiaate, annihilaatiofotonien koinsidenssirekisteröinti
<strong>PET</strong>-kuvasta nähdään kuvauskohteessa tapahtuneiden merkkiaineen hajoamisten konsentraatio<br />
ja paikka. Kohteen anatomisesta rakenteesta <strong>PET</strong> ei anna välitöntä tietoa.<br />
Kuva 2. kokovartalo-FDG-kuva ja aivojen FDG-kuva<br />
Tärkeimmät <strong>PET</strong>-käyttöalueet ovat kliinisessä kardiologiassa, neurologiassa ja syöpätutkimuksessa.<br />
Aivoista voidaan <strong>PET</strong>:n avulla paikantaa eri toimintakeskuksia ja niissä mahdollisesti<br />
esiintyviä häiriöitä, aivojen toimintaan vaikuttavien aineiden (lääkkeet, huumeet yms.)<br />
toiminnan ja vaikutustavan tutkiminen on myös mahdollista.<br />
Syöpäkudos voidaan erottaa tehokkaasti <strong>PET</strong>-kuvasta. Kasvaimen kiihtynyt aineenvaihdunta<br />
aiheuttaa merkkiaineen kertymisen syöpäpesäkkeisiin ja syöpä on mahdollista<br />
diagnosoida hyvin varhaisessa vaiheessa.<br />
<strong>CT</strong>-kuvaus<br />
Tietokonetomografia (<strong>CT</strong> tai TT) on röntgenkuvaukseen perustuva menetelmä. Eri<br />
suunnista otetuista röntgenkuvista rakennetaan tietokoneella leikekuvia. <strong>CT</strong> -kuvat<br />
kertovat kohteen tiheydestä ja näin anatomiasta saadaan kohtuullisen tarkka kuva.<br />
Kohteen aineenvaihdunta ei kuitenkaan käy ilmi <strong>CT</strong> -kuvasta.
Kuvassa 2 nähdään <strong>CT</strong> -kuva vatsasta vasemman munuaisen tasolta. Kohteen anatomia<br />
kuvautuu selvästi, mutta metaboliasta ei saada mitään tietoa.<br />
Kuva 3: <strong>CT</strong>-kuva, transaksiaalileikkaus vatsasta vasemman munuaisen tasolta<br />
<strong>PET</strong>-kuvantamisen hyödyt ja ongelmat<br />
<strong>PET</strong>-kuvauksessa pystytään kuvaamaan pienetkin kasvaimet ja epämuodostumat (kokoluokka<br />
< 1cm). Lisäksi koko kehon kuvaaminen on helppoa verrattuna muihin menetelmiin.<br />
Säde- ja kemoterapiassa <strong>PET</strong> sopii hyvin seurantakuvantamiseen koska<br />
muutosten hakeminen kuvista on helppoa. Tätä tukee hyvä erottelu normaalin ja epänormaalin<br />
kudoksen välillä.<br />
Ongelmina kuvissa on anatominen epätarkkuus, mikä luonnollisesti vaikeuttaa ongelmakohdan<br />
tarkkaa määrittämistä. Tämä haitta korostuu etenkin käytettäessä kasvainspesifisiä<br />
isotooppeja. Riippuen isotoopista, jotkin rakenteet saattavat näkyä erittäin<br />
huonosti tai jäädä peräti näkymättömiin. Isotooppien valmistus vaatii myös syklotronin,<br />
joka onkin suuri kustannuserä <strong>PET</strong>-laitteen käytössä.
<strong>CT</strong>-kuvauksen edut ja haitat<br />
Tietokonetomografiakuvauksen selkeä etu nopeuden ja alhaisten käyttökustannusten<br />
lisäksi on tarkka anatominen kuvantaminen, joka mahdollistaa hyvän anatomisten<br />
muutosten seurannan. Toisaalta kudosten toiminta ei ilmene kuvista mitenkään, mikä<br />
haittaa esimerkiksi syöpäpesäkkeiden havaitsemista. Esimerkiksi nekroottista, tulehtunutta<br />
tai arpikudosta pystytään harvoin erottamaan toisistaan pelkästään anatomisessa<br />
kuvantamisessa.<br />
<strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> -kuvafuusio<br />
Kuva 4: General Electricsin laitteistolla<br />
otettu <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> –kuva<br />
Yksinkertaisesti ajateltuna kuvien<br />
fuusiossa kuvat vain lyödään päällekkäin<br />
kuin kaksi piirtoheitinkalvoa<br />
joiden kuvat täydentävät toisiaan.<br />
Käytännössä tämä ei kuitenkaan riitä<br />
vaan ongelmaksi tulee kuvausten välisenä<br />
aikana tapahtuneet muutokset.<br />
Vanhemmissa ensimmäisen sukupolven<br />
erillisissä <strong>PET</strong>- ja <strong>CT</strong>-laitteissa<br />
potilasta jouduttiin siirtämään laitteesta toiseen kuvausten välissä, mistä luonnollisesti<br />
seuraa ongelmia saada kuvauskohde täsmälleen samaan asentoon, jotta saatavat kuvat<br />
olisivat keskenään vertailukelpoisia. Koska potilaan siirtoon kuluu myös aikaa, saattavat<br />
sisäelinten asento muuttua hieman heikentäen anatomista tarkkuutta, ja tähän ei<br />
juuri pystytä vaikuttamaan. Nykyään laitteet on yhdistetty yhdeksi koneeksi, jolla voidaan<br />
potilasta siirtämättä ottaa samalla kerralla sekä <strong>PET</strong>- että <strong>CT</strong>-kuvat.<br />
Kuvauksen alussa potilas asetetaan kuvauspöydälle ja potilaaseen ruiskutetaan radioisotoopilla<br />
leimattu merkkiaine. Tämän jälkeen suoritetaan nopea topografiaskannaus,<br />
jonka perusteella määritetään <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong>-skannausalue. Seuraavaksi otetaan ensin <strong>CT</strong>-
kuva halutulta alueelta ja sitten <strong>PET</strong>-kuva. <strong>CT</strong>-informaation mahdollistaman vaimennuskorjauksen<br />
vuoksi kokonaiskuvausaika jää lyhyemmäksi mitä vastaavalla pelkällä<br />
<strong>PET</strong>-kuvauksella. Vaikka laitteet ovatkin samassa kuoressa, on ne pyritty kuitenkin<br />
pitämään omana yksikkönään mahdollista huoltoa tai päivitystä varten.<br />
Kuva 5: <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> -laitteisto<br />
Potilaan säilytys samassa asennossa kuvausten välillä oli ensimmäisissä laitteissa nykyisiä<br />
suurempi ongelma, koska potilasta jouduttiin siirtämään laitteiden välillä ja kuvia<br />
ei välttämättä otettu edes samana päivänä. Tätä aluetta kutsutaan PHS:ksi (Patient<br />
Handling System), jonka päämääränä on säilyttää potilas sellaisessa asennossa että<br />
molemmat kamerat saavat otettua kuvansa mahdollisimman samankaltaisesta näkökentästä<br />
jotta kuvien fuusiointi olisi helpompaa. Ratkaisuna on käytetty mm. tyhjiöpusseja,<br />
oikein ajoitettuja pyyntöjä olla hengittämättä ja merkkien piirtämistä potilaaseen<br />
<strong>PET</strong>-kuvissa käytetyllä merkkiaineella. Näiden avulla pystytään kohdistamaan
kuvat mahdollisimman tarkasti toisiinsa. Potilaan saattaminen samaan asentoon ja<br />
tarkka kohdistaminen ovat välttämättömiä myös sädehoitotoimenpiteiden kannalta.<br />
Mittadatan käsittely<br />
Kun <strong>CT</strong>- ja <strong>PET</strong>-kuvat ovat valmiita, yhdistellään ne tietokoneella fuusiokuvaksi. Yhdistäminen<br />
vaatii samojen kohteiden etsimistä molemmista kuvista. Monet kuvia yhdistävät<br />
ohjelmistot vaativat vähintään kuusi kohdetta, vaikka teoreettisesti kolme<br />
pistettä riittäisi. Vanhoissa ohjelmistoissa on haittapuolena automatiikan puuttuminen<br />
kuvien kohdentamisessa jolloin kuvien tulkitsija voi huomaamattaan tai tarkoituksella<br />
kohdistaa kuvat toisiinsa siten että mahdollinen löydös täsmää selkeästi jonkin tietyn<br />
anatomisen kohdan kanssa. Tätä varten on kehitetty matemaattisia algoritmeja jotka<br />
hakevat kuvista mahdollisimman samankaltaisia kohtia, ja näin automatisoivat kuvaustoimenpidettä.<br />
Kuvaustarkkuuden kasvaessa lisääntyy luonnollisesti mittadatan määrä, joka asettaa<br />
koneen laskuteholle vastaavat vaatimukset. <strong>CT</strong>-mittadatan avulla voidaan suorittaa<br />
<strong>PET</strong>-kuvaan korjauksia sironnasta ja hajonnasta aiheutuneiden virhe-rekisteröintiin.<br />
Korjaus on käytännössä kohinaton ja tämän ansiosta voidaan vähentää <strong>PET</strong>kuvausaikaa.<br />
Tämä lisää myös laitteen kustannustehokkuutta koska samassa ajassa<br />
voidaan kuvata useampi potilas. Lopullisen kuvan eduiksi voidaan lukea löydösten<br />
selkeämpi erottuminen ja selkeys. Myös diagnostinen varmuus paranee kun lääkäri<br />
voi entistä luottavaisemmin tehdä päätöksensä.<br />
Kuva 6: <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> laitteita, GE Medical (vas.) ja Siemens (oik.)
Lähteet<br />
Tulevaisuus<br />
Alan kehityksen ennustus tuntuu olevan vaikeaa positiivisessa mielessä, sillä kesällä<br />
2001 esitetyt arviot ja ennusteet teknisestä kehityksestä on ylitetty reippaasti. Uusi<br />
LSO-detektoritekniikka on aiempaa BGO-tekniikkaa herkempää, jolloin <strong>PET</strong>kuvauksessa<br />
voidaan käyttää suurempia FDG-annoksia ja näin saadaan nopeutettua<br />
kuvausta. <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong>-fuusiokuvantamisella näyttää näillä näkymin olevan lupaava tulevaisuus.<br />
Kuvausmenetelmän tuoman lisätarkkuuden seurauksena se mahdollistaa mm<br />
syöpäpesäkkeiden aikaisemman toteamisen. Erityisen hyvin <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> tuntuu soveltuvan<br />
sädehoidon suunnitteluun ja tarkkailuun tarjoamansa lisäinformaation ansiosta.<br />
<strong>PET</strong>/<strong>CT</strong> mahdollistaa tarkemman sädehoidon seurannan josta voidaan tarkkailla miten<br />
jo annettu hoito on tehonnut ja tarvitseeko sitä muuttaa jotenkin. Koko kehon kuvantaminen<br />
onnistuu pian tulevilla laitteilla noin seitsemässä minuutissa, joten melko<br />
varmasti myös rintakehän alueelta saadaan tulevaisuudessa hyvälaatuisia kuvia.<br />
<strong>PET</strong>/<strong>CT</strong>-kuvausta on esitetty myös aterosleroosin eli valtimonrasvoittumistaudin aikaisempaan<br />
toteamiseen kesällä 2002, mutta kliiniset tutkimukset tämän todistamiseksi<br />
ovat vielä kesken Seuraavan sukupolven laitteiden odotetaan saapuvan markkinoille<br />
vuoden 2003 kesään mennessä. Odotettavissa on, että jo olemassa olevien syklotronien<br />
ja <strong>PET</strong>-laitteistojen yhteyteen kootaan <strong>PET</strong>/<strong>CT</strong>-kuvausyksikköjä.<br />
Applied Radiology Online<br />
http://www.appliedradiology.com/<br />
Duodecim: Radiologia<br />
C.-G. Stranderskjöld-Nordenstam, Ilkka Suramo, Martti Pamilo<br />
Duodecim<br />
1/2003<br />
General Electrics<br />
http://www.gemedicalsystems.com
Siemens<br />
http://siemensmedical.com<br />
Philips<br />
http://www.medical.philips.com
Change language