陽電子放射断層撮影

放射性核種と放射性トレーサー edit

ＰＥＴ走査に使用される放射性核種は、典型的には、炭素−１ １（〜２ ０分）、窒素−１ ３（〜１ ０分）、酸素−１ ５（〜２分）、フッ素−１ ８（〜１ １ ０分）、ガリウム−６ ８（〜６ ７分）、ジルコニウム−８ ９（〜７ ８． これらの放射性核種は、グルコース（またはグルコース類似体）、水、またはアンモニアなどの体内で通常使用される化合物、または受容体または薬物作用の他の部位に結合する分子のいずれかに組み込まれる。 このような標識された化合物は、放射性トレーサーとして知られている。 PET技術は、PET同位体で放射性標識することができれば、生きている人間（および他の多くの種も同様）の任意の化合物の生物学的経路を追跡するために使 したがって、PETでプローブできる特定のプロセスは事実上無限であり、新しい標的分子およびプロセスのための放射トレーサーは合成され続けている。 2020年には、臨床PETスキャンで最も一般的に使用される放射性トレーサーは18F-fdgであり、fdgはフッ素18で標識されたグルコースの類似体である。 このradiotracerは腫瘍学のために本質的にすべてのスキャンおよび神経学のほとんどのスキャンで使用され、こうしてペットおよびPET-CTのスキャンで使用されるradiotracer(>95%)の大部分を構成する。

ほとんどの陽電子放出放射性同位体の半減期が短いため、放射トレーサは伝統的にPETイメージング施設の近くにサイクロトロンを使用して製造されてきた。 フッ素18の半減期はフッ素18と分類されるradiotracersがオフサイトの位置で商業的に製造され、イメージ投射中心に出荷することができること十分に長いです。 最近、ルビジウム-82発電機が市販されている。 これらにはストロンチウム82が含まれており、電子捕獲によって崩壊して陽電子を放出するルビジウム82が生成する。

Immuno-PETEdit

同位体89zrは、陽電子放出断層撮影（PET）カメラ（”immuno-PET”と呼ばれる方法）を用いた分子抗体の追跡および定量に適用されています。 この方法は、デフェリオキサミンB(N-sucDf)のスクシニル化誘導体を二官能キレートとして使用し、

放射編集

スキャンを行うために、短命の放射性トレーサー同位体が生きている被験者に注入されます（通常は血液循環に）。 各トレーサー原子は、生物学的に活性な分子に化学的に組み込まれている。 活性分子が関心のある組織に集中する間に待機期間があり、次いで被験者が撮像スキャナに配置される。 この目的のために最も一般的に使用される分子は、f-18標識されたフルオロデオキシグルコース（FDG）、砂糖であり、待ち時間は典型的には1時間である。 スキャンの間に、トレーサーが崩壊すると同時にティッシュの集中の記録はなされます。

放射性同位体が陽電子放出崩壊（正のベータ崩壊とも呼ばれます）を受けると、陽電子、反対の電荷を持つ電子の反粒子を放出します。 放出された陽電子は、短い距離（典型的には1mm未満であるが、同位体に依存する）のために組織内を移動し、その間に運動エネルギーを失い、電子と相互作用 この遭遇は電子と陽電子の両方を消滅させ、ほぼ反対方向に移動する一対の消滅（ガンマ）光子を生成する。 これらは、走査デバイス内のシンチレータに到達したときに検出され、光電子増倍管またはシリコンアバランシェフォトダイオード（Si APD）によって検出される光のバーストを作成する。 この技術は、ほぼ反対方向に移動する一対の光子の同時または一致検出に依存します（質量中心フレームでは正反対ですが、スキャナにはこれを知る方法がないため、わずかな方向-誤差許容度が組み込まれています）。 時間的な”ペア”で到着しない光子（すなわち、数ナノ秒のタイミングウィンドウ内）は無視される。

陽電子消滅事象の局在化編集

電子–陽電子消滅の最も重要な部分は、2つの511keVのガンマ光子が互いにほぼ180度で放出されることになる。 実際には、放出された光子が正確に180度離れていないため、LORの幅はゼロではありません。 検出器の分解能が約10ナノ秒ではなく500ピコ秒未満の場合、イベントをコードのセグメントに局在化することが可能であり、その長さは検出器のタイ タイミング分解能が向上するにつれて、画像の信号対雑音比（SNR）が改善され、同じ画質を達成するために必要なイベントが少なくなります。 この技術はまだ一般的ではありませんが、いくつかの新しいシステムで利用可能です。

Image reconstructionEdit

PETスキャナによって収集された生データは、一対の検出器による消滅光子のほぼ同時検出（通常は6-12ナノ秒のウィンドウ内）を表す”一致イベント”のリストである。 それぞれの一致事象は、陽電子放出が発生した2つの検出器を接続する空間内の線（すなわち、応答線（LOR））を表す。

分析技術は、コンピュータ断層撮影（CT）や単一光子放出コンピュータ断層撮影（SPECT）データの再構成と同様に、一般的に使用されていますが、PETで収集されたデー 偶然の出来事は、sinogramsと呼ばれる投影画像にグループ化することができます。 Sinogramsは、各ビューとチルトの角度（3D画像の場合）によってソートされます。 Sinogramのイメージはコンピュータ断層撮影(CT)の走査器によって捕獲される投射に類似し、同じような方法で再構成することができる。 それによって得られたデータの統計は、伝送断層撮影によって得られたものよりもはるかに悪い。 通常のPETデータセットには、取得全体で数百万のカウントがありますが、CTは数十億のカウントに達することができます。 これは、CTよりも「ノイズが多い」ように見えるPET画像に寄与します。 PETのノイズの主な原因は、散乱（検出された光子のペア、少なくとも1つが視野内の物質との相互作用によって元の経路から偏向され、ペアが誤ったLORに割り当てられることにつながる）とランダムイベント（2つの異なる消滅イベントに由来する光子が、それぞれの検出器への到着が偶然のタイミングウィンドウ内で発生したため、誤って偶然のペアとして記録される）である。

実際には、ランダムな偶然の補正、散乱光子の推定と減算、検出器のデッドタイム補正（光子の検出後、検出器は再び”冷却”しなければならない）、検出器感度補正（固有の検出器感度と入射角による感度の変化の両方について）など、データのかなりの前処理が必要である。

フィルタバック投影（FBP）は、投影から画像を再構築するために頻繁に使用されてきました。 このアルゴリズムは，計算資源に対する要求が低い一方で単純であるという利点を有する。 欠点は、再構成された画像では生データのショットノイズが顕著であり、トレーサ取り込みの高い領域が画像全体に縞を形成する傾向があることである。 また、FBPはデータを決定論的に扱います—PETデータに関連する固有のランダム性を考慮していないため、上記で説明したすべての再構成前補正が必要です。

統計的、尤度ベースのアプローチ:Shepp-Vardiアルゴリズムのような統計的な尤度ベースの反復期待最大化アルゴリズムは、現在では再構成の推奨される方法です。 これらのアルゴリズムは、統計的原理に基づいて、測定されたデータにつながった消滅イベントの可能性のある分布の推定値を計算します。 利点は、より良いノイズプロファイルとFBPと共通のストリークアーティファクトに対する抵抗ですが、欠点は、より高いコンピュータリソース要件です。 統計的画像再構成技術のさらなる利点は、散乱光子、ランダムな偶然、減衰、検出器のデッドタイムなどの解析的再構成アルゴリズムを使用する場合に事前に補正する必要がある物理的効果を再構成に使用される尤度モデルに組み込むことができ、追加のノイズ低減を可能にすることである。 スキャナ物理学のより洗練されたモデルは、分析的な再構成法で使用されるものよりも尤度モデルに組み込むことができ、放射能分布の改善された定量化を可能にするので、反復再構成はまた、再構成された画像の解像度の改善をもたらすことが示されている。

研究により、ポアソン尤度関数と適切な事前確率を含むベイズ法が示されています（例： ウルフ・グレナンダーの篩推定法やベイズペナルティ法、I.J.グッドの粗さ法などのように、ウェーブレットや他の領域におけるλ1{\displaystyle\ell_{1}}に基づく正則化につながる平滑化前の方法は、ポアソン尤度関数を含むが、そのような事前を伴わない期待最大化に基づく方法よりも優れた性能をもたらす可能性がある。

減衰補正：定量的PETイメージングには減衰補正が必要です。 これらのシステムで減少の訂正は68ge回転棒の源を使用して伝達スキャンに基づいている。

伝送スキャンは511kevで減衰値を直接測定します。 減衰は、体内の放射トレーサによって放出された光子が、検出器と光子の放出との間の介在組織によって吸収されるときに生じる。 異なるLorが異なる厚さの組織を横断しなければならないので、光子は差動的に減衰される。 その結果、体内の深部の構造は、誤って低いトレーサー取り込みを有するものとして再構築されることになる。 現代のスキャナは、ガンマ線（陽電子放出）源とPET検出器を使用してctの粗形を提供した以前の装置の代わりに、統合されたx線CT装置を使用して減衰

減衰補正された画像は一般的により忠実な表現ですが、補正プロセス自体は重要なアーティファクトの影響を受けやすくなります。 その結果、補正された画像と補正されていない画像の両方が常に再構成され、一緒に読み取られます。

2D/3d再構成: 初期のPETスキャナーは検出器のリングが1つしかなかったため、データの取得とその後の再構成は単一の横断面に制限されていました。 より現代的なスキャナは現在、本質的に検出器の円筒を形成する複数のリングを含む。

このようなスキャナからデータを再構築するには、二つのアプローチがあります: 1)各リングを別々のエンティティとして扱い、リング内の偶然のみが検出されるように、各リングからの画像を個別に再構築することができます（2D再構築）、または2）リング間だけでなくリング内の偶然を検出し、ボリューム全体を一緒に再構築することができます（3D）。

3D技術は、（より多くの偶然が検出され、使用されるため）より感度が高く、したがってノイズが少ないが、散乱およびランダムな偶然の影響に敏感であり、それに応じてより大きなコンピュータリソースを必要とする。 サブナノ秒タイミング分解能検出器の出現は、このように3D画像再構成を支持し、より良いランダム一致除去を与える。

飛行時間(TOF)PET:より高い時間分解能(約3ナノ秒)を持つ現代のシステムでは、”飛行時間”と呼ばれる技術が全体的な性能を向上させるために使用されます。 Time-of-flight PETは、非常に高速なガンマ線検出器とデータ処理システムを使用して、二つの光子の検出間の時間差をより正確に決定することができます。 消滅事象の原点を正確に（現在は10cm以内）局在化することは技術的に不可能であるため、画像再構成が依然として必要であるが、TOF技術は、画像品質、特に信号対雑音比の顕著な改善を与える。

PETとCTまたはMRIEditの組み合わせ

PETスキャンは、CTまたは磁気共鳴イメージング（MRI）スキャンと並行して、解剖学的および代謝的情報（すなわち、構造が何であり、生化学的に何をしているか）を与えている組み合わせ（”共登録”と呼ばれる）で読まれるようになっている。 ペットイメージ投射が解剖イメージ投射を伴って最も有用、CTのようなであるので、現代ペット走査器は統合された上限の複数の探知器列CTの走査器と今 二つのスキャンは、同じセッション中に即時の順序で実行することができるので、二つのタイプのスキャンの間で位置を変更しないで、二つの画像のセットがより正確に登録され、PETイメージング上の異常領域がCT画像上の解剖学的構造とより完全に相関することができるようになる。 これは、脳の外でより一般的であるより高い解剖学的変異を有する移動する器官または構造の詳細なビューを示すのに非常に有用である。

ユリッヒ神経科学生物物理研究所では、2009年に9.4テスラの磁気共鳴断層撮影装置（MRT）と陽電子放出断層撮影装置（PET）を組み合わせた世界最大のPET-MRI装置が稼働を開始した。 現在、これらの高い磁場強度で画像化できるのは頭部と脳のみです。

脳イメージングでは、N-localizerとして知られるデバイスを使用して、統合されたPET-CTまたはPET-MRIスキャナを必要とせずに、CT、MRIおよびPETスキャンの登録を行

限界編集

被験者に対する放射線量の最小化は、短命の放射性核種の使用の魅力的な特徴である。 診断技術として確立された役割に加えて、PETは、疾患の進行に関する知識の欠如から患者へのリスクが試験放射線からのリスクよりもはるかに大き トレーサーは放射性であるため、高齢者や妊娠中は放射線によってもたらされるリスクのためにそれを使用することができません。

PETの広範な使用に対する制限は、PETスキャン用の短寿命放射性核種を製造するために必要なサイクロトロンの高コストと、放射性同位体調製後に放射性医薬品を製造するための特別に適合したオンサイト化学合成装置の必要性から生じる。 陽電子放出放射性同位体を含む有機放射性トレーサー分子は、放射性同位体を調製するためにサイクロトロンとの衝突がそれのための有機担体を破壊す 代わりに、同位体は最初に調製しなければならず、その後、同位体が崩壊する前の短い時間で、非常に迅速に達成された有機放射性トレーサー（FDGなど）を調製す このようなシステムを維持することができる病院や大学はほとんどなく、ほとんどの臨床PETは、多くのサイトを同時に供給できる放射トレーサーのサードパーティサプライヤーによってサポートされています。 この制限により、臨床ペットは主に、半減期が110分で、使用前に合理的な距離で輸送できるフッ素-18とラベル付けされたトレーサーの使用、または半減期が1.27分のルビジウム-82（塩化ルビジウム-82として使用される）の使用に制限されている。 それにもかかわらず、近年では、統合されたシールドと”ホットラボ”（放射性同位体で動作することができる自動化された化学ラボ）を備えたいくつかのオンサイトのサイクロトロンは、リモート病院にペットユニットを同行し始めています。 小型のオンサイトサイクロトロンの存在は、リモートPETマシンへの同位体輸送の高コストに対応してサイクロトロンが縮小するにつれて、将来的に拡 近年、米国ではpetスキャンの不足が緩和されており、放射性同位元素を供給するための放射性医薬品のロールアウトが30％/年に増加している。

フッ素18の半減期は約2時間であるため、この放射性核種を含む放射性医薬品の準備された用量は、営業日中に複数の半減期の崩壊を受ける。 これには、残りの用量の頻繁な再較正（単位体積当たりの活性の決定）および患者のスケジューリングに関する注意深い計画が必要である。