X. Ulusal Nükleer Bilimler ve Teknolojileri Kongresi, 6-9 Ekim 2009,96-105 < Q0013 Yllmaz PET/BT GÖRÜNTÜLEMESİ YAPILAN HASTALARIN MARUZ KALDIKLARI F-18 FDG RADYASYON DOZLARININ ARAŞTIRILMASI Gülten Yılmaz 1, A. Beril Tuğrul 1, Mustafa Demir 2 'istanbul Teknik Üniversitesi, Enerji Enstitüsü, 34469, istanbul Istanbul Üniversitesi, Cerrahpaşa Tıp Fakültesi-Nükleer Tıp Anabilim Dalı, istanbul Bu çalışmada, nükleer tıpta ileri bir tanı yöntemi olan Pozitron Emisyon Tomografi/Bilgisayarlı Tomografi (PET/BT) hastalarının maruz kaldıkları radyasyon dozlarını belirlemek üzere deneysel bir araştırma gerçeklenmiştir. Hastalara (rutin uygulama bağlamında) 14.1 mci (522 MBq) F-18 FDG uygulanmıştır. Enjeksiyon öncesi gönüllü PET hastalarının mesane, akciğerler ve beyin bölgelerine özel olarak hazırlanmış TLD (Termolüminesans Dozimetre)ler yerleştirilmiştir. Söz konusu TLD dozimetreler, enjeksiyondan sonra 24 saat boyunca hasta üzerinde kalmış ve 24 saat sonunda hastalardan alınarak Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi Laboratuarlarında okunarak değerlendirilmişlerdir. Böylelikle, PET/BT görüntülemesinde enjeksiyonu takip eden (kullanılan radyofarmasotik için önemli olan ilk) 24 saat boyunca doz takibi yapılarak doz değerlendirmesi yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: F-18, Dozimetri, Kritik Organ PET/BT, TLD SEARCH OF THE F-18 FDG RADIATION DOSES FOR PATIENTS OF PET/CT IMAGING In this study, an experimental research observed for describing radiation doses for Positron Emission Tomography/Computerized Tomography that is an advance diagnostic method in nuclear medicine. 14,1 mci (533 MBq) F-18 FDG were applied on the patients. Before the injection, TLD (Thermoluminescence dosimeters) were placed on bladder, lungs and brain regions of the voluntary PET patients. The TLD dosimeters stay on the patients for 24 hours after the injection, after that gave off them, then read and evaluated at the Çekmece Nuclear Research and Training Center. Therefore, after the injection dose following could be observed for 24 hours (that is important period for the pharmaceutics). Keywords: F-18, Critic urgan, Dosimetry, PET/BT, TLD 96
1. GİRİŞ Günümüzde, nükleer tıpta birçok görüntüleme tekniği kullanılmaktadır. Bu görüntüleme tekniklerinde genellikle genel ve makro olarak nitelenebilecek yapısal değişiklikleri ortaya koymaktadır. Bir başka deyişle hücresel düzeyindeki yapısal değişiklikleri ya da işlevsel farklılıkları gösterememektedir. Örneğin; Alzheimer hastalığında hastanın beyin tomografisinde belirgin bir değişiklik izlenememektedir. Çekilen bir kalp grafısinde ya da anjiografide kalp kasında hücre düzeyinde meydana gelen hasar anlaşılamamaktadır. Bu nedenle, bazı hastalıkların teşhisinde ve tedavisinde hücre düzeyinde inceleme ve hücresel düzeyde işlevlerin görüntülenebilmesi önemlidir. Modern görüntüleme tekniklerinin amacı, vücuda hiç bir hasar vermeden ya da mümkün olan en az zararı vererek en detaylı görüntüleri elde etmektir [1,2] Son yıllarda geliştirilen ve "Pozitron Emisyon Tomografisi" (PET) olarak adlandırılan görüntüleme yöntemi organların sadece şekillerini ortaya koymakla kalmamakta, işlevsel değişiklikleri de gösterebilmektedir. Bu teknikle, herhangi bir organın çalışmasındaki bozukluk hücre düzeyinde tespit edilebilmektedir. Pozitron Emisyon Tomografisini Bilgisayarlı Tomografi (PET/BT) yöntemi ile birlikte kullanımı da son yıllarda gelişerek yaygınlaşan ve özellikle onkolojik hastalıkların teşhisinde kullanılan önemli bir tanı yöntemi durumuna gelmiş bulunmaktadır. Bu çalışmada, Pozitron Emisyon Tomografi/Bilgisayarlı Tomografi (PET/BT) hastalarının maruz kaldıkları radyasyon dozlarını belirlemek üzere deneysel bir araştırma gerçeklenmiştir. PET/BT görüntülemesinde enjeksiyonu takip eden (kullanılan radyofarmasotik için önemli olan ilk) 24 saat boyunca doz takibi yapılarak doz değerlendirmesi yapılması amaçlanmıştır. 2. POZİTRON EMİSYON TOMOGRAFİSİ (PET) Pozitron Emisyon tomografisi (PET) tekniğinde, insan vücuduna damar yoluyla verildiğinde hedef organa giderek hücrelere bağlanan, ya da hücrelerin içerisine giren bazı kimyasal maddeler kullanılmaktadır. Bu kimyasallar hücrelerin yüzeyinde ya da içerisinde bulunan moleküllerle benzer yapıya sahiptirler. PET vücuda verilen maddenin hareketini de sürekli izleyebildiği için organın çalışması ile ilgili de önemli bilgiler verebilmektedir. Örneğin; damardan verilen radyoaktif atomla işaretli bir şeker molekülü ile beynin fonksiyonlarını görüntülemek mümkün olabilmektedir [1]. Bu teknik, nükleer tıp alanında son 10 yıl içindeki en önemli gelişme olarak değerlendirilmektedir. PET yöntemi ile vücuda zarar vermeden organların biyolojik ve metabolik işlevleri incelenebilmektedir ve tüm PET uygulamalarının % 75'ini kanser vakaları oluşturmaktadır. Kanser vakalarında, vücutta yapısal değişiklikler oluşmadan önce biyolojik ve metabolik değişiklikler olması nedeni ile, PET görüntüleme cihazı ile daha erken tanı konulabilmektedir. Kanserin hangi evrede olduğunu belirleyerek tedavinin planlanmasına ciddi katkı sağlanabilmektedir [3] Günümüzde, kanser hastalıklarının ve de kalp hastalıklarının tanısında en çok kullanılan radyoaktif madde Flor-18 adı verilen radyoaktif materyal ile işaretli şekerdir ve kısaca FDG olarak bilinmektedir Bu materyalin vücutta davranışı normal, bir başka deyişle, radyoaktif olmayan glikoz ile aynıdır. Radyoaktif olmayan glikoz vücutta hücrelerin temel besin maddesi olması ve kalp kası hücresi, beyin hücreleri gibi çok çalışan hücrelerin de 97
X. Ulusal Nükleer Bilimler ve Teknolojileri Kongresi, 6-9 Ekim 2009,96-105 < Q0013 Yl l maz glikozu daha fazla aldığı ve tuttuğu bilinmektedir. Glikozu çok kullanan bir diğer hücre grubu da kanser hücreleridir. Kanser hücrelerinde kanserin kötü huyluluk derecesi arttıkça glikoz kullanımı da artmaktadır [4]. Böylece verilen radyoaktif glikoz, normal hücre grupları dışında kanser hücreleri tarafından da yoğun bir biçimde tutulmaktadır. Bu bağlamda, uygun görüntüleme teknikleri kullanılarak vücudun herhangi bir yerindeki kanser dokusu kolaylıkla ayırt edilebilmektedir [5]. Pozitron emisyon tomografisi (PET) için önemli bir temel eleman pozitrondur. Genel olarak denebilir ki; nötronca zengin çekirdekler /?", protonca zengin olanlar /? + (e + ) ve EC aktiftirler. Dönüşüm sonucu ortaya çıkan pozitronlar, anti madde reaksiyonu bağlamında madde içindeki elektronlarla etkileşirler. Bu etkileşim sonucunda anhilasyon radyasyonu ortaya çıkar. Pozitron bozunumu ve anhilasyon olayı Şekil l'de şematik olarak görülmektedir. iki tane zıt yönlfi 511 Ker enerjili anhilasvon fotonu Kararsız çekirdek Çekirdek içinde protonun nötrona dönüşümü re pozitron ile notrinonon doğuşu Pozitron elektronla birleşerek anhile oluyor Şekil 1. Pozitron Bozunumu ve Anhilasyon Fotonlan [6] Anhilasyon fotonlarının da madde içinde zayıflatılması ve absorpsiyonu (soğurulması) söz konusudur. Bir başka deyişle, anhilasyon fotonlan madde ile etkileşmeleri sonucunda ya enerjilerinin bir kısmını kaybetmekte ya da tümüyle enerjilerini kaybederek yok olmaktadırlar. Böylelikle, anhilasyon fotonlarının madde ile etkileşmesi sonucunda şiddetleri zayıflamaktadır Dar demet geometrisindeki, tek eneıjili fotonlarının madde içinde soğurularak şiddetlerinin zayıflaması, matematiksel olarak; I = Io e"^ (1) şeklinde ifade edilebilir. Burada; 98
I : Malzemeyi kateden radyasyonun şiddeti Io : Radyasyonun malzemeyi katetmeden önceki şiddeti (j. x : Malzemeye ilişkin lineer absorpsiyon katsayısı : Malzeme kalınlığı ifade etmektedir [7]. Malzemeye ilişkin absorpsiyon katsayısı, malzeme özelliklerine ve gelen fotonun enerjisine bağlı olarak değişebilmektedir. Lineer absorpsiyon katsayının, absorban malzemenin yoğunluğuna oranı kütlesel absorpsiyon (soğurma) katsayısı olarak tanımlanmaktadır [8]. lim = - (2) p Denklem 2.6 ile verilen kütlesel soğurma katsayısı, kullanımı daha çok tercih edilen bir büyüklüktür [9]. Pozitron yayan radyoaktif maddelerin hemen tümünün vücut içindeki moleküllerde yer alan atomların (Karbon, oksijen, azot, flor gibi atomların) radyoaktif tipleri olması nedeniyle bu radyoaktif maddeler, metabolizmayı değiştirebilecek herhangi bir yabancı madde bırakmamakta ve güvenilir olarak kullanılabilmektedirler. Bu pozitron yayınlayıcılar, genellikle kısa ömürlü radyoizotoplardır. PET görüntüleme tekniğinde en yaygın olarak kullanılan radyonüklid ise F-18'dir Bu çalışmada da pozitron yayınlayan radyonüklid olarak kullanılan F-18'in fiziksel özellikleri Çizelge l'de görülmektedir. Çizelge 1. PET'de Yaygın Olarak Kullanılan F-18 Radyoizotopunun Özellikleri Radyoizotop Yarı Ömür Dokudaki Erişim Mesafesi Nükleer Reaksiyon Flor-18 110 dakika 2.4 mm 18 0(p,n) 18 F 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Bu çalışmanın yapılması sırasında kullanılan cihaz, İstanbul Üniversitesi Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Nükleer Tıp Anabilim dalında bulunan PET/CT cihazıdır. Bu cihaz gelişkin bir cihaz olup, tam halka tipi bir cihazdır. PET uygulamalarında uygun bir radyofarmasötik; florodeoxyglükoz - F-18 izotonik şalin içerisinde, steril, apirojendir. İntravenöz yol ile uygulanan pozitron emisyon tomografisi (PET) için çoğu kez tercih edilen bir radyofarmasötik olarak nitelenmektedir. Çalışmamızda da bu radyofarmasotik kullanılmıştır. 99
X. Ulusal Nükleer Bilimler ve Teknolojileri Kongresi, 6-9 Ekim 2009,96-105 < Q0013Yl l maz Bu çalışma bağlamında, PET uygulaması yapılan hastaların maruz kaldığı radyasyon dozu miktarları tespiti hedeflenmiştir [10]. PET uygulamalarında, enjeksiyondan sonra mesanede biriken F-18 yüksek radyoaktiflik içerdiğinden dolayı mesane ve cidarını ışınlayarak radyasyon dozunun artmasına neden olmaktadır. Ayrıca, beyin ve akciğerler de kritik organlar olarak F-18 FDG radyoaktivitesine maruz kalmaktadırlar. Bu nedenle çalışmamızda söz konusu bu organlar için doz ölçümlemesi hedeflenmiştir. Doz ölçümü için Termolüminesans Dozimetreler (TLD) kullanılmıştır. Burada, Lityum Florit Termolüminesan Dozimetreler'in kullanımı tercih edilmiştir. TLD'ler küçük çipler halinde olup çaplan 4.8 mm, kalınlıkları 0.9 mm mertebesindedir. TLD'lerin radyasyon dozuna cevabı lineerdir ve aynca yüksek duyarlıklı olarak nitelenmektedir Kullanılan TLD'ler TAEK (Türkiye Atom Eneıjisi Kurumu) - ÇNAEM (Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi) SSDL (Secondary Standard Dozimetry Laboratory)'den temin edilmiştir. Kalibrasyonları da yine söz konusu bu laboratuarın güvenilirliği ile tarafımıza verilmiştir. Kalibrasyonda Cs-137 kullanılmıştır. Çalışılan TLD'lerin markası Harshaw, modeli 4500'dir ve TLD'lerin doğruluğu % ±5 olarak ifade edilmektedir. Bu çalışma kapsamında, İstanbul Üniversitesi (İÜ) Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Nükleer Tıp Anabilim Dalı Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) ünitesinde çekimleri yapılan hastalar üzerinde çalışılmıştır. Hastalar üzerinde söz konusu bu çalışmanın yapılabilmesi için İstanbul ÜniversitesİÜ Etik Kurulu'ndan "Etik Kurul Kararı" alınmıştır. Hastalara (rutin uygulama bağlamında) 14.1 mci (522 MBq) F-18 FDG uygulanmıştır. Enjeksiyon öncesi gönüllü PET hastalannın mesane, akciğerler ve beyin bölgelerine özel olarak hazırlanmış TLD (Termolüminesans Dozimetre)ler yerleştirilmiştir. Söz konusu TLD dozimetreler, enjeksiyondan sonra 24 saat boyunca hasta üzerinde kalmıştır. 24 saat sonunda TLD Dozimetreler hastalardan alınarak Çekmece Nükleer Araştırma Merkezi (ÇNAEM) SSD Laboratuarlannda okunarak değerlendirilmişlerdir. 4. DENEYSEL SONUÇLAR Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Nükleer Tıp Anabilim Dalı Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) Birimi'nde PET/BT çekimi yaptıran 3 hasta için beyin, akciğer ve mesane dozlarına ilişkin olarak TLD dozimetreler ile alınan sonuçlar Çizelge 2'de verilmiştir. Çizelge 2. Hastalarda Beyin, Akciğer ve Mesaneye İlişkin PET/BT Doz Tayini İçin TLD Dozimetrelerle Alınan Sonuçlar Hasta No Beyin Akciğer Mesane TLD Dozu TLD Dozu TLD Dozu (mgy) (mgy) (mgy) 1 16.476 14.92 78.82 2 17.508 15.39 61.22 3 24.824 17.682 59.72 Ortalama 19.603 15.997 66.586 Tablo 5.8'den hareketle her bir hasta için 3 farklı organ için çizilen grafikler Şekil 2 - Şekil 4'de görülmektedir. 100
<5 E J2 N O o c <0 O) Mesane Organlar (1. Hasta) Şekil 2. 1 No'lu Hastaya İlişkin Üç Organa Ait 24 Saatlik Doz Değerleri ü E Mesane J2 N O o (0 O) Organlar (2. Hasta) Şekil 3. 2 No'lu Hastaya İlişkin Üç Organa Ait 24 Saatlik Doz Değerleri 101
100 90-80 - > o 70 E 60 - (5 N 50 O Q c 40 - «s O) 30- O - - 20 Mesane 10 0 Organlar (3. Hasta) Şekil 4. 3 No'lu Hastaya IlişkinUç Organa Ait 24 Saatlik Doz Değerlen Çizelge Tablo 2'den hareketle organ dozlannın mukayeseli incelemesi için çizilen mukayese grafikleri ise Şekil 5 - Şekil 7'de görülmektedir. 30 > C3 25-3. Hasta 'C (0 N O Û 20 - c >» 15 0) m -C- 10 & «<0 X 5 o» 1. Hasta 0 - Beyin Şekil 5. Üç Hastaya İlişkin Beyin Dozlarının Karşılaştırmalı Grafiği 102
"S o 30 i (0 Akciğerler Şekil 6. Üç Hastaya İlişkin Akciğer Dozlarının Karşılaştırmalı Grafiği 100 -, o 90 Şekil 7. Üç Hastaya İlişkin Mesane Dozlarının Karşılaştırmalı Grafiği 103
5. SONUÇ Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Nükleer Tıp Anabilim Dalı Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) Birimi'nde PET/BT çekimi yaptıran 3 hasta için TLD dozimetre kullanılarak elde edilen doz değerlerine bakıldığında her üç hasta için de en düşük doz değerlerinin beyinde, en yüksek doz değerinin mesanede olduğu görülmektedir. Akciğer dozu değerinin ise bu iki organın arasında yer aldığını gözlemlemekteyiz (Şekil 2 - Şekil 4). Bu sonuç beklenti doğrultusunda olduğu söylenebilir. Zira, radyoizotopun atılımı üriner sistem yoluyla olmaktadır. Dolayısı ile de biyolojik atılım bağlamında mesanede radyoizotop konsantrasyonu yükselmektedir. Bu nedenle de mesane doz değeri yüksek olmaktadır. Akciğerler ve beyinde, söz konusu doz birikiminin oluştuğu organa uzaklıkları çerçevesinde doz değerine sahip olduğu görülmektedir. İncelenen '3 organa ilişkin üç hastadaki değerler arasında bazı farklılıklar olmakla birlikte bu farklılıkların makul farklılıklar olduğu söylenebilir (Şekil 5 - Şekil 7). Bu farklılıklar, hastaların kendilerine has parametreleri ile ilgili olduğu ifade edilebilir. Zira, hastanın kilosu, metabolizması ve hastalık durumu bu parametreler arasında sayılabilir. MIRD hesaplarında beyin dozu 0.046 mgy/mbq, akciğer dozu 0.015 mgy/mbq ve mesane dozu 0.073 mgy/mbq olarak bulunmuştur [11]. Nureg/CR-6345 raporunda ise; beyin dozu 0.019 mgy/mbq, akciğer dozu 0.017 mgy/mbq ve mesane dozu ise 0.19 mgy/mbq olarak verilmiştir [12]. Ayrıca yetişkin mesane dozu 0.17 mgy/mbq olarak ICRP-53 raporunda yer almaktadır[13]. Bu çalışmada bulunan değerler ise; beyin dozu 0.037 mgy/mbq, akciğer dozu 0.030 mgy/mbq ve mesane dozu ise 0.13 mgy/mbq olarak bulunmuştur. (Çizelge 2 ve Şekil 2 - Şekil 7'de görüldüğü üzere) Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Nükleer Tıp Anabilim Dalı Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) Birimi'nde PET/BT çekimi yaptıran hastaların ortalaması olarak elde edilen doz değeri ile uyum içinde olduğu görülmektedir. TEŞEKKÜR Bu çalışmanın yapılmasında destek veren Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Nükleer Tıp Ana Bilim Dalı PET Birimi çalışanlarına ve Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi SSD Laboratuarmdaki ölçümlere olanak veren Merkez Müdürlüğü ile Dr. Doğan Yaşar'a Teşekkür ederiz. 6. KAYNAKLAR [1] Şenel, F., 2002 : Pozitron Emisyon Tomografi (PET), TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi, Ekim-2002, s:62-64 [2] Sharon F. H., 2005 : Positron Emission Tomography in Cancer of The Head And Neck, The Institute of Nuclear Medicine, Middlesex Hospital, UCH NHS Trust and Charing Cross Hospital, Hammersmith Hospitals NHS Trust, London WIT 3AA, UK, British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery (2005) 43, 1-6 [3] http://www.petscan.org/frames_cancer.html [4] Adams S., Baum R Stuckensen T Bitter K., Hör G., 1998: Prospective comparison of 18F- FDG PET with conventional imaging modalities (CT, MRI, US) in lymph node staging of head and neck cancer European Journal of Nuclear Medicine Vol. 25, No. 9, September 1998 - Springer-Verlag 1998 [5] www.win.trlabs.ca/wam/presentations/alla_reznik.ppt, 2005). [6] http://www.austin.unimelb.edu.au/dept/nmpet/detail/nucphysics.html, 2004 104
[7] Saha, G.P., 2001 :Physics and Radiobiology of Nuclear Medicine, Second Edition [8] Abdel-Rahman M.A., Badawi E.A., Abdel-Hady Y.L., ve Kamel N. 200:Effect of sample thickness on the measured mass attenuation coefficients of some compounds and elements for 59.54, 661.6 and 1332.5 kev y-rays Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume 447, Issue 3, 11 June 2000, Pages 432-436 [9] Hubbell, J.H., 1982: Photon Mass Attenuation and Energy-Absorption Coefficients from 1 kev to 20 MeV, Int. J. Appl. Radiat. Isot. 33,1269-1290. [10] Yılmaz, G., Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) Dozimetresi, İTÜ Enerji Enstitüsü, (teslim aşamasındadır) [11] MIRD Committee 2002, MIRD Dose Estimate Report No. 19: Radiation Absorbed Dose Estimates from 18 F-FDG Journal of Nuclear Medicine Vol. 43 No. 2 210-214 2002 by Society of Nuclear Medicine [12] Nureg CR-6345 page 9 Sept. 18,1992, Radiation Dose Estimates For Radiopharmaceuticals page 9 Sept. 18,1992 [13] ICRP 53 - Addendum 5, 6 and 7 Radiation Dose to Patients from Radiopharmaceuticals ICRP-53 Interim report, October 2001 105