Loading AI tools
טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (Positron Emission Tomography או PET בקיצור)[1] היא טכניקת דימות ברפואה גרעינית, המשמשת להתבוננות בתהליכים מטבוליים בגוף האדם. המערכת מזהה זוגות של קרני גאמא, הנפלטות כתוצאה מדעיכתו של חומר רדיואקטיבי (טרייסר), שהוחדר לגוף על פני מולקולה פעילה ביולוגית. לאחר מכן, נבנות תמונות תלת-מימדיות של ריכוז הטרייסר בתוך הגוף.
רוב סריקות PET (כ-90% מהסריקות) משמשות לדימות ריכוז הגלוקוז ברקמות הגוף, מידע המאפשר זיהוי גידולים ממאירים וגרורות שלהם, ואבחון מחלות מוח.
אחד החסרונות העיקריים של סריקות PET הוא העלות הגבוהה שלהן[2], הנובעת מעלות מכשיר הסריקה, מעלות הכנת החומרים הרדיואקטייבים הדרושים לסריקה ומשלוחם, ומהזמן והמיומנות הנדרשים לניתוח הסריקה.
כיום, סורקי PET-CT מאפשרים לשלב את טכניקת PET עם טכניקת CT על מנת לתת תמונה מלאה יותר של המטופל. סריקות ה-CT מבוצעות על החולה באותה המכשיר כמו סריקות הPET.
ל- PET שימוש נרחב באונקולוגיה קלינית (דימות של גידולים, וחיפוש אחר גרורות) ובאבחון של מחלות מוח, כגון אלה הגורמות לסוגים שונים של שיטיון. בנוסף, PET היא כלי מחקרי חשוב למיפוי פעילות תקינה של המוח והלב האנושיים ולפיתוח תרופות. חשיבותה של PET מתבטאת בכך שמאפשרת להתמקד רק בחומרים מסוימים, המשמשים בגוף לפעולה הנחקרת.
PET משמשת גם במחקרים טרום קליניים על בעלי חיים, בהם היא מאפשרת חקירות חוזרות ונשנות על אותם הפרטים. יתרון זה גורם לעלייה באיכות הסטטיסטית של הנתונים, כיוון שהפרטים יכולים לשמש כקבוצת הבקרה של עצמם, ולירידה משמעותית במספר בעלי החיים הנחוצים לכל מחקר.
שיטות חלופיות של סריקה כוללות טומוגרפיה ממוחשבת באמצעות קרני רנטגן (CT), דימות תהודה מגנטית (MRI), דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI), אולטרה סאונד (US) וטומוגרפיית פליטת פוטון בודד (SPECT).
בעוד חלק משיטות הסריקה, כמו CT ו-MRI, מדגימות שינויים אנטומיים בגוף, PET ו-SPECT מסוגלות לאתר אזורים בהם יש פעילות ביולוגית מולקולרית מסוימת, אפילו לפני שינוי אנטומי. סריקת ה-PET עושה זאת באמצעות שימוש בגששים מולקוריים מסומנים רדיואקטיבית, אשר נספגים במידה שונה בהתאם לסוג הרקמה המעורבת ותפקידה. סריקת ה-PET מסוגלת לכמת וליצור הדמיות של שינויים בזרימת הדם המקומית במבנים אנטומיים שונים.
דימות ה-PET היעיל ביותר נעשה באמצעות שימוש בסורק PET המיועד לכך. למרות זאת, ניתן לבצע דימות PET בעזרת מצלמת קרני גאמא דו-ראשית, מצוידת בגלאי אשר מסוגל לזהות אירועים סמוכים מאוד זה לזה בזמן (coincidence detector). איכות ה-PET המבוצע בעזרת מצלמת הגאמא נמוכה משמעותית מהשיטה המקובלת, והפקת הנתונים ממנה איטית. למרות זאת, שיטה זו מאפשרת דימות במוסדות עם ביקוש נמוך לבדיקות PET, ומונע הפנייתם של חולים למרכזים אחרים, או הסתמכות על סורקים ניידים.
אונקולוגיה
לסריקות PET המשתמשות בטרייסר פלואור-18 (F-18) פלואורודיאוקסיגלוקוז (FDG), הנקראות FDG-PET, שימוש נרחב באונקולוגיה קלינית. במנה טיפוסית של FDG בסריקה אונקולוגית יש מנת קרינה אפקטיבית של 14 מילי-זיוורט.[3] טרייסר זה הוא אנלוג כימי של גלוקוז. הוא נספג על ידי תאים המשתמשים בגלוקוז ועובר זרחון על ידי הקסוקינאז (אנזים שריכוזו גבוה בתאים ממאירים). אטום החמצן של הגלוקוז, המוחלף בפלואור-18 בעת ייצור FDG מגלוקוז, נחוץ עבור השלב הבא של מטבוליזם של גלוקוז, ולכן FDG, שאטום זה חסר לו, לא משתתף בתגובות נוספות. בנוסף, רוב הרקמות (פרט לכבד ולכליות) אינן מסוגלות להסיר את הזרחן שנוסף למולקולות ה-FDG על ידי הקסוקינאז. משמעות הדבר היא שהמולקולה כלואה בכל תא שסופג אותה, עד דעיכתה, משום שסוכרים מזורחנים אינם יכולים לצאת מהתא, הודות למטענם היוני. כליאה זו מובילה למעשה לסימון רדיואקטיבי של רקמות עם ספיגת גלוקוז גבוהה, כמו המוח, הכבד, ומרבית הגידולים הסרטניים. כתוצאה מכך, סריקות FDG-PET יכולות לשמש לאבחון גידולים סרטניים, קביעת שלב המחלה ומעקב אחרי הטיפול בה, במיוחד במחלות מסוג לימפומת הודג'קין, לימפומה שאינה הודג'קין, וסרטן הריאות.
כיום, נכנסים בהדרגה גם איזוטופים ורדיוטרייסרים אחרים לשימוש בתחום האונקולוגיה. החומר 11C-metomidate, לדוגמה, יכול לשמש לזיהוי גידולים שמקורם בקליפת בלוטת יותרת הכליה (קליפת האדרנל).[4][5] דוגמה נוספת היא סריקת FDOPA PET-CT, שהוכיחה עצמה כשיטה רגישה יותר לזיהוי ואיתור פאוכרומוציטומה מאשר סריקת MIBG. [6][7][8]
דימות מוחי
דימות נוירולוגי
דימות מוחי בעזרת PET מבוסס על ההנחה, לפיה אזורים פעילים רדיואקטיבית הם אזורים בהם מתרחשת פעילות מוחית. הערך הנמדד בעקיפין בסריקות אלה, על ידי הטרייסר חמצן-15, הוא זרימת הדם לאזורים שונים במוח. אך מדידה שכזו היא קשה לביצוע, כיוון שחמצן-15 הוא אטום רדיואקטיבי בעל זמן חיים של שתי דקות בלבד, ולכן על מנת להשתמש בו בסריקה יש להזרים אותו ישירות מציקלוטרון רפואי.
בפועל, סריקת FDG-PET סטנדרטית של המוח, שמודדת שימוש מקומי בגלוקוז, יכולה גם היא לשמש להבחנה בין מחלת אלצהיימר לבין תהליכי שיטיון מוחי אחרים, וגם לאבחון מוקדם של אלצהיימר. זאת משום שהמוח לרוב צורך כמויות גדולות של גלוקוז, ופתולוגיות מוחיות כמו מחלת אלצהיימר מפחיתות מאוד את המטבוליזם של גלוקוז ושל חמצן במוח. היתרון של סריקת FDG-PET על פני סריקות אחרות בנושא זה הוא נגישותו הגבוהה.
דימות PET בעזרת FDG יכול לשמש גם לאיתור מוקד של התקף אפילפטי, שכן המוקד יופיע בסריקות בין-התקפיות כאזור היפומטבולי. בנוסף, פותחו עבור שימוש בסריקות PET רדיוטרייסרים שהם ליגנדים, הנקשרים לסוגי קולטנים עצביים מסוימים. למשל:
- 11C] raclopride]
- [18F] fallypride]
- 18F] desmethoxyfallypride]
נקשרים לקולטני דופמין D2/D3;
- 11C] McN 5652]
- [11C] DASB]
נקשרים לטרנספורטרים של סרטונין;
18F] Mefway]
נקשר לקולטני סרטונין 5HT1A;
ו-18F] Nifene]
נקשר לקולטנים ניקוטיניים או למצעי אנזימים.
חומרים אלו מאפשרים לחזות בקבוצות של קולטניים עצביים מסוימים בהקשר למספר רב של מחלות נוירולוגיות ונוירופסיכיאטריות.
דימות עמילואידים נמצא כיום על סף שימוש קליני, הודות לפיתוחם של מספר גששים חדשניים עבור דימות לא פולשני של משקעים במוח האדם. הגששים המוקדמים ביותר לדימות עמילואידים היו:
![{\displaystyle {\ce {2-(1-{6-[(2-[18F]fluoroethyl)(methyl)amino]-2-naphthyl}ethylidene)malononitrile ([18F]FDDNP)}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/84835c85f68c3bac721791d0df02b3fa66b4b9af)
[9]שפותח באוניברסטת קלפורניה, לוס אנג'לס, ו-
![{\displaystyle {\ce {N-methyl-[11C]}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/481dbf14a6c7aeef6a3fc6262a207eafcf1fcdc2)
[10] הנקרא גם תרכובת פיטסבורג B, שפותח באוניברסיטת פיטסבורג. גששי דימות עמילואידים אלו מאפשרים לחזות בלוחיות עמילואידים במוחותיהם של חולי אלצהיימר, ויכולים לסייע לקליניקאים לאבחן אלצהיימר ולפתח טיפולים חדשניים נגד עמילואידים. המולקולה 11C]PMP] היא תרכובת רדיואקטיבית פורצת דרך המשמשת ב-PET על מנת לבחון את הפעילות של מערכת המוליכים העצביים האצטילכוליניים, בכך שהיא משמשת מצע לאצטילכולין אסטראז. ניתוחים לאחר המוות של חולי אלצהיימר מצביעים על רמות נמוכות של אצטילכולין אסטראז. 11C]PMP] משמשת למיפוי פעילות האצטילכולין אסטראז במוח, ולכן יכולה לסייע באבחון מחלת האלצהיימר ובמעקב אחרי הטיפול בה.[11] חברת Avid Radiopharmaceuticals מפילדלפיה פיתחה חומר בשם 18F-AV-45 שמשתמש ברדיונוקליד ארוך-החיים פלואור-18 על מנת לזהות לוחיות עמילואידים בעזרת סריקות PET.[12]
נוירופסיכולוגיה / נוירולוגיה קוגניטיבית
בחינת הקשר בין תהליכים פסיכולוגיים או הפרעות לבין פעילות מוחית.
פסיכיאטריה
מספר תרכובות הנקשרות באופן בררני לקולטנים עצביים מסוימים, יכולות להיות מסומנות רדיואקטיבית בעזרת C-11 או F-18. רדיוליגנדים הנקשרים לקולטני דופמין (D1 [13], D2 [14][15], חלבון נשא לספיגה חוזרת), קולטני סרטונין (5HT1A, 5HT2A, חלבון נשא לספיגה חוזרת), קולטני אופיאויד ועוד, שימשו בהצלחה במחקרים על בני אדם. ישנם מחקרים הבוחנים את מצבם של קולטנים אלו בחולים בסכיזופרניה, מכורים לסמים, בעלי הפרעות אפקטיביות ועוד, ביחס לקבוצות בקרה בריאות.
כירורגיה סטריאוטקטית ורידוכירורגיה
כירורגיה המונחית באמצעות דימות PET מאפשרת טיפול בגידולים תוך-גולגולתיים, במלפורמציה עורקית-ורידית ובמצבים אחרים הניתנים לטיפול כירורגי.[16]
קרדיולוגיה
בקרדיולוגיה קלינית, סריקות FDG-PET מסוגלות לזהות לקויות בהתכווצותם של חלקי שריר הלב (hibernating myocardium), אבל התועלת של סריקה זו ביחס לעלותה אינה ברורה לעומת יעילותה של בדיקת SPECT.
דימות FDG-PET של טרשת עורקים, לאיתור חולים עם סכנה לשבץ, יכול לסייע לבחון את יעילות הטיפולים החדשניים בטרשת עורקים. [17]
מחלות זיהומיות
הדמיית זיהומים עם טכנולוגיות דימות מולקולריות יכולה לשפר את האבחון ואת טיפולי ההמשך. בעבר, סריקות PET שומשו להדמיית זיהומים בקטריאליים רפואיים תוך שימוש ב-FDG לזיהוי תגובה דלקתית הקשורה לזיהום.
לאחרונה, שלושה סוגים שונים של חומרי ניגוד פותחו עבור PET להדמיית זיהומים בקטריאליים:
- 18F]maltose][18]
- 18F]maltohexaose]
- (18F]2-fluorodeoxysorbitol (FDS] [19]
FDS הוא בעל ערך מוסף בדמות יכולת להתמקד בחיידקים ממשפחת Enterobacteriaceae.
פרמקוקינטיקה
בניסויים טרום-קליניים, ניתן לסמן רדיואקטיבית תרופה חדשה ולהזריק אותה לבעלי חיים. סריקות כאלו מכונות מחקר פיזור ביולוגי (biodistribution). באמצעות שיטה זו, ניתן לפקח באופן אפקטיבי ומהיר יותר על ספיגת התרופה, הרקמות בהן היא מתרכזת, והיעלמותה בסופו של דבר. לעומתה, שיטות ישנות יותר כללו הרג וניתוח בעלי החיים על מנת להשיג ולגלות מידע זהה.
אולם, בדרך כלל, ניתן להסיק בדרך עקיפה את מידת הימצאות התרופה במקום מסוים על ידי מחקר תחרותי בין תרופה שאינה מסומנת לבין תרכובת מסומנת רדיואקטיבית הידועה כתרכובת הנקשרת לאתר הנחקר. רדיוליגנד בודד יכול לבחון בצורה זו מספר רב של תרופות פוטנציאליות למטרה אחת. שיטה דומה מערבת סריקה באמצעות רדיוליגנד שמתחרה עם חומר טבעי בקולטן מסויים על מנת להדגים שהתרופה גורמת לשחרור החומר הטבעי.
להלן קטע מתוך מאמר של הכותב פיטר ראואל מאוניברסיטת הרווארד, שפורסם באתר HarvardScience: "תהליך כימי חדש, יכול להרחיב את האפשרויות של טומוגרפיית פליטת הפוזיטרונים (PET) על ידי יצירת תמונה תלת מימדית (3D) בזמן אמת של הפעילות הכימית שמתרחשת בתוך הגוף. היכולת החדשה הזאת, מעלה אפשרות מפתה של שימוש בסריקות PET על מנת להתבונן במספר תהליכים המתרחשים בתוך בעלי חיים ובני אדם על ידי פישוט תהליך השימוש בגלאים מולקולריים לצורך יצירת תמונה תלת מימדית." (מחקר זה יוכל לשמש לפיתוח תרופות)[20].
דימות בעלי חיים קטנים
לצורך מטרה זו, נבנה סורק PET מיניאטורי, שניתן להלבשה על ראשה של חולדה הנמצאת בהכרה מלאה, בעת שהיא נעה בחופשיות. [21] סורק זה, הקרוי RatCAP, מאפשר סריקת בעלי חיים ללא תופעות הלוואי של הרדמה. סורקי PET, המכונים microPET, שעוצבו במיוחד לדימות מכרסמים, וכן סורקים המיועדים ליונקים קטנים, משווקים כיום למחקר אקדמאי ותרופתי. הסורקים מבוססים על חומרים פולטי אור (scintillators) מיניאטוריים ודיודות מפולת (APDs). בנוסף, מערכת שהומצאה לאחרונה משתמשת במכפילור סיליקון.
דימות שלד ושרירים
סריקות PET הוכיחו את עצמן גם כשיטה לחקר שרירי השלד במהלך פעילות, כגון הליכה.[22] יתרון מרכזי בשימוש בPET הוא שסריקה זו יכולה לספק מידע אודות שרירים פנימיים, כגון שריר העכוז הקטן, לעומת שיטות מחקר אחרות כמו אלקטרומיוגרפיה, שמאפשרות התבוננות בשרירים הקרובים לעור בלבד. עם זאת, חסרון מובהק של סריקת PET בעניין זה הוא שאינה מספקת מידע לגבי תזמון פעילות השריר, מכיוון שהיא נמדדת לאחר שהפעילות נגמרה, וזאת בשל פרק הזמן שלוקח למולקולה FDG להצטבר בשרירים הפעילים.
סריקת PET אינה פולשנית, אך היא כוללת חשיפה לקרינה מייננת.[2]
הרדיוטרייסר הסטנדרטי כיום בדימות מוחי וטיפול בחולי סרטן הוא 18F-FDG,[23] והוא בעל מנת חשיפה לקרינה של 14 mSv.[3]
מנת קרינה זו דומה למנת הקרינה שנחשפים אליה בשהייה במשך שנה שלמה בעיר האמריקאית דנוור, קולורדו (12.4 mSv/year) [24]. לשם השוואה, מנת הקרינה של סוגי סריקות אחרות נעה בין 0.02 mSv עבור צילום רנטגן של בית החזה, עד 6.5-8 mSv לסריקת CT של בית החזה [25][26].
צוות הטיסה האזרחי הממוצע נחשף בשנה ל 3 mSv [27]. המגבלה לעובדים בתחום האנרגיה הגרעינית בארצות הברית היא 50 mSv בשנה [28]. להמשך קריאה בנושא סדרי גודל בקרינה, ראה ערך Orders of magnitude (radiation).
עבור סריקת PET-CT' החשיפה לקרינה נעה בין 23-26 mSv לאדם השוקל 70 ק"ג, כאשר מנת הקרינה עלולה לעלות ככל שמשקל האדם עולה [29].
רדיונוקלידים ורדיוטרייסרים
הרדיונוקלידים המשמשים לסריקות PET הם לרוב איזוטופים בעלי זמן מחצית חיים קצר[30], כמו:
- פחמן-11 - זמן מחצית חיים של כ-20 דקות.
- חנקן-13 - זמן מחצית חיים של כ-10 דקות.
- חמצן-15 - זמן מחצית חיים של כ-2 דקות.
- פלואור-18 - זמן מחצית חיים של כ-110 דקות.
- גאליום-68 זמן מחצית חיים של כ-67 דקות.
- זירקוניום-89 זמן מחצית חיים של כ-78.41 שעות.
- רובידיום-82 זמן מחצית חיים של כ-1.27 דקות.
רדיונוקלידים (רדיואיזוטופים) אלה משולבים במולקולות בעלות שימוש רב בגוף, כמו גלוקוז (או אנלוגיות לגלוקוז), מים או אמוניה. הם יכולים להיות משולבים גם במולקולות הנקשרות לקולטנים או אתרים אחרים בהם ישנה פעילות של תרופה. מולקולות מסומנות אלה נקראות רדיוטרייסרים. טכנולוגיית PET יכולה לשמש על מנת לעקוב אחרי המסלול הביולוגי של כל תרכובת בבני אדם חיים (ובמינים רבים אחרים), בהנחה שתרכובת זו נתונה לסימון באמצעות איזוטופ PET. בכך, התהליכים הספציפיים הנתונים למחקר באמצעות PET הם כמעט בלתי מוגבלים, וסינתזה של רדיוטרייסרים עבור מולקולות ותהליכים חדשים מתרחשת כל הזמן. כיום, עשרות רדיוטרייסרים נמצאים בשימוש קליני, ומאות בשימוש מחקרי. הרדיוטרייסר הנפוץ ביותר בסריקות PET קליניות הוא פלואורדאוקסיגלוקוז (FDG), אנלוג כימי של גלוקוז שמסומן באמצעות פלואור-18. רדיוטרייסר זה משמש בכמעט כל הסריקות האונקולוגיות וברוב הסריקות הנוירולוגיות, ולכן מהווה הרדיוטרייסר העיקרי (מעל 95%) המשמש בסריקות PET ו-PET-CT.
הודות לזמני מחצית החיים הקצרים של רוב הרדיואיזוטופים פולטי הפוזיטרונים, הרדיוטרסיירים מיוצרים לרוב בעזרת ציקלוטרון הנמצא בסמוך למתקן דימות ה-PET. זמן מחצית החיים של פלואור-18 ארוך מספיק על מנת לאפשר ייצורו מחוץ למתקן והעברתו למרכזי הדימות. לאחרונה, מייצרי רובידיום-82 הפכו נגישים בשוק הרחב.[31] אלה מכילים סטרונציום-82, הדועך באמצעות לכידת אלקטרון לרובידיום-82, הפולט פוזיטרונים.
תהליך הפליטה
על מנת לבצע את הסריקה, טרייסר רדיואקטיבי קצר חיים מוזרק לתוך הנבדק (בדרך כלל לזרם הדם שלו). כל אטום של הטרייסר משולב בצורה כימית במולקולה פעילה ביולוגית. ישנו זמן המתנה בזמן שריכוז המולקולה הפעילה ברקמות הנבדקות עולה. זמן ההמתנה עבור הרדיוטרייסר הנפוץ ביותר, FDG, הוא לרוב כשעה. לאחר מכן הנבדק נכנס לסורק. בזמן הסריקה, רישומים של הריכוזים ברקמות נשמרים בזמן שהטרייסר דועך.
כשהרדיוטרייסר עובר דעיכת פליטת פוזיטרון (הידועה גם כדעיכת בטא חיובית), הוא פולט פוזיטרון, אנטי חלקיק של אלקטרון בעל המטען החשמלי ההפוך לו. הפוזיטרון הנפלט נע ברקמות למרחק קצר (לרוב פחות ממילימטר אחד, אבל מרחק זה תלוי באיזוטופ המסוים[32]). בזמן זה הפוזיטרון מאבד אנרגיה קנטית, ומאט עד לנקודה שהוא מסוגל לבצע אינטראקציה עם אלקטרון.[33] המפגש ביניהם (איון פוזיטרון-אלקטרון) משמיד את האלקטרון וגם את הפוזיטרון, ויוצר זוג פוטונים (קרני גאמא) הנעים בקירוב בכיוונים הפוכים. אלה מתגלים כאשר הם פוגעים בחומר המפיץ אור (scintillator), שמתיינן עקב פגיעתם. אור זה ניתן לזהות באמצעות מכפילור או דיודת מפולת עשויה סיליקון (APD). הטכניקה תלויה בגילוי סימולטני של זוג הפוטונים. פוטונים שאינם מגיעים ב"זוגות" - כלומר בהפרש של ננו-שניות בודדות זה מזה - אינם נלקחים בחשבון.
זיהוי אירוע איון פוזיטרונים
תוצאתם של האירועים המשמעותיים ביותר של איון אלטרון-פוזיטרון היא פליטת שני פוטוני גאמא 511 KeV בזווית של כמעט 180 מעלות ביניהם. לכן, ניתן לאתר את מקור ההתרחשות לאורך הקו הישר של ההתנגשות (LOR). בפועל, מכיוון שהפוטונים נפלטים בזווית שאינה בדיוק 180 מעלות, לLOR רוחב שונה באפס. מרווח הזמן הקטן ביותר שמסוגלים רוב הגלאים הנפוצים כיום לזהות הוא כ-10 ננו-שניות. לאחר זיהוי זוג הפוטונים, ניתן לאתר את מיקום האירוע על מיתר שאורכו נקבע לפי רזולוציית עיתוי הגלאי. במערכות מתקדמות יותר, כאשר רזולוציית העיתוי משתפרת ומרווח הזמן קטן, יחס האות לרעש (SNR) של התמונה משתפר, וכך ניתן להגיע לאותה איכות דימות, עם פחות אירועי התנגשות. סורקים בעלי דיוק גבוה במיוחד אינם נפוצים עדיין.[34]
שחזור תמונה
הנתונים הגולמיים שנאספים על ידי סורק PET הם רשימה של אירועי התנגשות המייצגים זיהוי על ידי שני גלאים של פוטונים שנפלטו מההתנגשות, בזמנים כמעט זהים. כל אירוע התנגשות מייצג קו במרחב שמחבר את שני הגלאים שלאורכם התרחשה פליטת הפוזיטרונים, הקרוי LOR. מערכות מודרניות בעלות רזולוציות זמן גבוהה (בערך 3 ננו-ניות) משתמשות בשיטה (הקרויה "Time-of-flight") בה הם קובעים בצורה מדוייקת יותר את הבדלי הזמן בין איתורם של שני הפוטונים ובכך ממקמים בצורה מדויקת יותר את נקודת המוצא של אירוע האיון.
ניתן לקבץ את אירועי ההתנגשות לתמונות הקרויות סינוגרם (sinogram). הסינוגרם ממויין לפי הזווית וההטייה של כל תמונה (על מנת להשיג תמונה תלת מימדית). תמונות הסינוגרם דומות לתצלומים של סורקי CT, וניתן לשחזר אותן בוצרה דומה. עם זאת, סטטיסטיקת הנתונים של PET גרועה בהרבה, מה שגורם ל"רעש תמונה" גדול יותר בתצלומי PET.
שני גורמים מרכזיים לרעש ב-PET הם:
- פיזור - הקצאת זוג פוטונים מזוהים ל-LOR לא נכון. נובע מסטייתו של לפחות אחד מהפוטונים ממסלולו המקורי בעקבות אינטרקציה של הפוטון עם חומר כלשהו.
- אירועים אקראיים - פוטונים שנרשמו כאירועי התנגשות בעקבות הגעתם לגלאים באותו חלון זמן, אך מקורם בשני אירועי איון שונים.
בפועל, נחוץ עיבוד נתונים מראש הכולל תיקון עבור אירועים אקראיים, אומדן והתעלמות מפוטונים מפוזרים, תיקון זמן-מת של הגלאי (לאחר זיהוי פוטון, הגלאי חייב להתקרר) ותיקון רגישות הגלאי (הן רגישות הגלאי עצמו, והן הבדלים ברגישות בעקבות הבדלים בזווית הפגיעה).
שיטת FBP) Filtered Back Projection) משמשת לעתים קרובות לשחזור תמונות מתוך הסינוגרמים. לאלגוריתם זה יתרון בכך שהוא פשוט ואינו זקוק למשאבי מחשוב רבים. עם זאת, רעש שוט בנתונים הגולמיים בולט מאוד בתמונה המשוחזרת ואזורי ספיגת גלאים גבוהה יותר נוטים ליצור פסים לאורך התמונה. בנוסף, FBP מטפל בנתונים בצורה דטרמיניסטית, כלומר הוא אינו לוקח בחשבון את האקראיות שנקשרת לנתוני הPET, ולכן טרם השחזור ישנו צורך בתיקונים השונים שהוזכרו.
באמצעות נתונים סטטיסטיים שנאספים מעשרות אלפי אירועי התנגשות, מספר משוואות סימולטניות עבור הפעילות של רקמות לאורך LOR יכולות להפתר במספר שיטות. כך יכולה להיבנות מפה של הפעילות הרדיואקטיבית כפונקציה של מיקום הרקמות. המפה שנוצרת מראה את הרקמות בהן הגלאים המולקולריים התרכזו, והיא מפוענחת על ידי מומחה לרפואה גרעינית או רדיולוג לפי האבחון ותכנית הטיפול של המטופל.
גישות סטטיסטיות המבוססות על הסתברות
אלגוריתמי ציפייה-מקסום איטרטיביים סטטיסטיים המבוססים על הסתברות כמו אלגוריתם שייפ-ווארדי[35] הם השיטה המועדפת כיום לשחזור. אלגוריתמים אלו אומדים את הפיזור האפשרי שנוצר מאירועי האיון לפי עקרונות סטטיסטיים.[36][37] היתרון הוא שיפור במצב הרעש בתמונה וירידה בתופעת הפסים שנפוצים עם FBP. החסרון הוא דרישות גבוהות יותר במשאבי מחשב.
מחקרים הוכיחו כי שיטות הסתברות בייסיאניות שכוללים את פונקציית הסתברות פואסון והסתברות פריורית, יכולים להניב תוצאות יותר טובות מהשיטות המבוססות על ציפייה-מקסימום אשר כוללות הסתברות פואסון, אך לא כוללות הסתברות פריורית.[38]
תיקון הדללה
הדללה מתרחשת כאשר הפוטונים הנפלטים מהרדיוטרייסר שבתוך הגוף נספגים ברקמות שבין פליטת הפוטון לבין הגלאי. משום שLOR-ים שונים עוברים ברקמות שונות בעלי עובי שונה, הפוטונים מודללים בצורה שונה. משמעות הדבר היא שמבנים הנמצאים עמוק בתוך הגוף משוחזרים כאילו יש להם ספיגת טרייסר נמוכה יותר מן הספיגה האמיתית. סורקים מודרניים מסוגלים להעריך את ההדללה באמצעות ציוד CT מובנה המשתמש בקרני רנטגן, אך סורקים מוקדמים יותר השתמשו בצורה גסה של CT בעזרת קרני גאמא ובעזרת גלאי ה-PET.
בעוד שהדמיות שעברו תיקון הדללה הן לרוב אמינות יותר, תהליך התיקון עצמו נתון לטעויות. כתוצאה מכך, התמונה המתוקנת והתמונה הלא מתוקנת משוחזרת שתיהן ונקראות יחדיו.
שחזור 2D/3D
בסורקי PET ראשוניים הייתה רק טבעת אחת של גלאים, לכן איסוף הנתונים והשחזור הוגבלו למישור דו-מימדי יחיד. סורקים חדשניים יותר כוללים מספר טבעות, והם יוצרים גליל של גלאים.
ישנן שתי גישות של שחזור התמונה מהמידע בסורק כזה:
- שחזור דו-מימדי - התייחסות לכל אחת מהטבעות כמערכת נפרדת, כך שאירועי התנגשות שמתרחשים בכל אחת מהטבעות מזוהים, והתמונה משוחזרת מכל אחת בנפרד.
- שחזור תלת-מימדי - זיהוי התנגשויות בין הטבעות בנוסף לאלו בתוך הטבעות, ולאחר מכן שחזור כל הנתונים בבת אחת.
לשיטות תלת ממדיות יש רגישות גבוהה יותר (מכיוון שהן מזהות יותר התנגשויות), ולכן יש פחות רעש, אך הן רגישות יותר לתופעות פיזור ואירועים אקראיים, וכן דורשים משאבי מחשב גדולים יותר בהתאמה. הופעתם של גלאים בעלי רזולוציית עיתוי של פחות מננו שנייה מאפשרים התעלמות גבוהה יותר מאירועים אקראיים, ובכך נותנת העדפה לשחזור תלת ממדי.
שילוב של PET עם CT וMRI
כיום, הולך וגובר השימוש בסריקות PET לצד סריקות CT ו-MRI, צירוף המשלב מידע אנטומי ומטבולי. מכיוון שדימות PET שימושי ביותר בשילוב עם דימות אנטומי, כגון CT, סורקי PET מודרניים משולבים כעת עם סורקי CT high-end multi-detector-row. סורקים משולבים אלה נקראים סורקי PET-CT. כיוון שהמטופל יכול לבצע את שתי הסריקות באותו הביקור, ללא שינוי אפילו בתנוחה בה הוא נמצא. רישום שתי התמונות המתקבלות מתבצע בדיוק רב יותר, מכיוון שהאזורים החריגים בPET מקושרים לאנטומיה המתקבלת בתמונת הCT. שיטה זו שימושית מאוד בדימות איברים נעים או מבנים בעלי גיוון אנטומי רב.
באפריל 2009 החל לפעול במכון למדעי למוח וביופיזיקה ביוליך מכשיר הPET-MRI הגדול בעולם, שכלל טומוגרפיית תהודה מגנטית (MRT) של 9.4 טסלה בשילוב עם טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET). כיום, ניתן לבצע בשדות מגנטיים חזקים אלו דימות של הראש והמוח בלבד.[39]
מגבלות
השימוש ברדיונוקלידים קצרי חיים אטרקטיבי מאוד הודות למינימליזציה של מנת הקרינה לנבדק. למרות זאת, מעבר לתפקידן המבוסס כטכניקת אבחון, לסריקות PET תפקיד הולך וגובר כשיטה לבחון את תגובת הנבדק לטיפול, בפרט טיפול בסרטן,[40] שבו הסיכון לחולה הנובע מחוסר מודעות להתקדמות המחלה גובר בהרבה על הסיכון הנובע מהקרינה שבסריקה.
ישנן מגבלות לשימוש נרחב בסריקות PET, והן נובעות מהעלויות הגבוהות של הציקלוטרונים הנדרשים על מנת לייצר את הרדיונוקלידים קצרי החיים, ומהצורך לציוד ייחודי לסינתוז כימי על מנת ליצור את התרכובות הכימיות לאחר ייצור הרדיואיזוטופים. לא ניתן לייצר את הרדיוטרייסרים האורגניים, העתידים להכיל רדיואיזוטופ פולט פוזיטרונים, לפני הרדיואיזוטופ, מפני שההפצצה באמצעות הציקלוטרון הנדרשת עבור ייצור האיזוטופ משמידה כל נשא אורגני שלו. לכן, יש לייצר ראשית את האיזוטופ, ורק לאחר מכן לייצר את הרדיוטרייסר האורגני (כגון FDG) במהרה, לפני שהאיזוטופ דועך. מעטים בתי החולים והאוניברסיטאות המסוגלים לתחזק מערכות כאלה, ומשום כך רוב מתקני ה-PET הקליניים מקבלים את הרדיוטרייסים שלהם מספקים חיצוניים המציידים מספר רב של מתקנים. מאפיין זו מגביל את ה-PET הקליני לשימוש בעיקר בטרייסרים המסומנים בפלואור-18, שהוא בעל זמן מחצית חיים של 110 דקות ולכן יכול להישלח למרחק סביר לפני השימוש. האפשרות הסבירה השנייה היא סימון ברובידיום-82 (נמצא בשימוש כרובידיום-82 כלוריד), בעל זמן מחצית חיים של 1.27 דקות, המיוצר בגנרטור נייד ומשמש לבדיקות מיפוי לב. למרות זאת, בשנים האחרונות נכנסו לשימוש בבתי חולים מרוחקים ציקלוטרונים מקומיים בעלי הגנות מובנות מקרינה ו"מעבדות חמות" (מעבדות כימיה אוטומטיות העובדות עם רדיואיזוטופים). נוכחותם של הציקלוטרונים המקומיים הקטנים ככל הנראה תתרחב בעתיד, והציקלוטרונים יקטנו בתגובה לעלות הגבוהה של משלוח איזוטופים למכונות PET מרוחקות.[41] בשנים האחרונות המחסור בסריקות PET בארצות הברית הוקל, בעקבות הגידול בייצוא הרדיואיזוטופים מטעם בתי המרקחת בכ-30% בשנה.
משום שזמן מחצית החיים של פלואור 18 הוא כשעתיים, התרכובת הרדיואקטיבית הנושאת אותו תעבור מספר דעיכות במהלך יום עבודה. תכונה זו מחייבת כיול מחדש תכוף של המנה הנותרת, ותכנון קפדני הלוקח בחשבון את לוחות הזמנים של הבדיקות.[42]
המושג טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים הוצג לראשונה על ידי דוד אדמונד קחל (David E. Kuhl), לוק צ'פמן (Luke Chapman) ורועי אדוורדס (Roy Edwards) בשנות ה50 המאוחרות. עבודתם הובילה לעיצוב ובניית מספר מכשירים טומוגרפיים באוניברסיטת פנסילבניה. בשנת 1985 שיטות דימות טומוגרפי פותחו על ידי מייקל טר-פוגוסיאן (Michel Ter-Pogossian), מיכאל אדוורד פלפס (Michael E. Phelps), אדוורד יוסף הופמן (Edward J. Hoffman) ואחרים בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת וושינגטון.[43][44]
עבודתם של גורדון ברוול (Gordon Brownell), צ'רלס ביירהם (Charles Burnham) ושותפיהם בבית החולים של מסצ'וסטס בתחילת שנות ה-50, תרמה רבות לפיתוח טכנולוגיית ה-PET וכללה שימוש ראשוני בקרינת איון עבור דימות רפואי.[45] חידושיהם כללו שימוש בצינורות אור וטיטור, ופיתחו מאוד את התחום. בשנת 1961, ג'יימס רוברטסון (James Robertson) ושותפיו במעבדה הלאומית ברוקהייבן בנו את סורק הPET הראשון, שכונה "מכווץ הראשים" ("head-shrinker").[46]
אחד הגורמים המשפיעים ביותר לכניסת דימות הפוזיטרון לתוך עולם הרפואה היה הפיתוח בייצור חומרים רדיואקטיביים. בפרט, פיתוחה של המולקולה 2FDG על ידי קבוצה מברוקהייבן תחת ניהולם של אל וולף (Al Wolf) וג'והנה פוולר (Johanna Fowler) היוותה גורם מרכזי בהרחבת תחום הדימות באמצעות PET.[47] התרכובת יושמה לראשונה על שני מתנדבים בעלי מוח נורמטיבי על ידי אבאס אלווי (Abass Alavi) באוגוסט 1976 באוניברסיטת פנסילבניה. תמונות המוח האנושי שהתקבלו בסורק גרעיני רגיל (שאינו PET) הדגימו את ריכוז ה-FDG באיבר. מאוחר יותר, השתמשו בחומר זה בסורקי PET יעודיים, וכך נוצרה פרוצדורת ה-PET המודרנית.
ההרחבה ההגיונית ביותר למכשור פוזיטרונים הייתה שימוש בשני מערכים דו ממדיים של גלאים. המכשיר PC-I, שתוכנן ב-1968, סיים להיבנות ב-1969 ופורסם ב1972, היה המכשיר הראשון שהשתמש בשיטה זו. היישומים הראשונים של הPC-I במצב טומוגרפי שצוינו והובדלו מהטומוגרפייה הממוחשבת דווחו ב1970.[48] במהרה, אלו שהשתתפו בפיתוח PET הבינו כי מערך עגול או גלילי של גלאים הוא הצעד הבא בטכנולוגיית PET. למרות שחוקרים רבים פעלו לפי גישה זו, ג'יימס רוברטסון (James Robertson)[49] וזאנג-הי צ'או (Zang-Hee Cho)[50] היו הראשונים להציע מערכת טבעות שהפכה לאב-טיפוס של PET המוכר לנו כיום.
סורק ה-PET-CT, המיוחס לד"ר דוד טוונסנד (David Townsend) ולד"ר רונאלד נאט (Ronald Nutt), כונה על ידי מגזין TIME כהמצאה הרפואית של שנת 2000.[51]
החל מחודש אוגוסט 2008, וועדת הטיפול בסרטן של אונטריו מדווחת כי המחיר הממוצע לסריקת PET במחוז הוא כ1000$-1200$. מחיר זה כולל את עלות התרכובת הרדיואקטיבית וניתוח הסריקה.[52]
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
