NÜKLEER TIP Tıpta radyoaktif çekirdeklerin kullanılması esasen 1920 lerde önerilmiş ve 1940 larda kullanılmaya başlamıştır. Nükleer tıp görüntülemede temel, hasta vücudunda bir gama aktif bölge oluşturmak ve buradan yayınlanan gama ışınlarını dışarıdaki dedektörler tarafından tespit etmektir. 1950 lerde Hal Anger ilk gama kamerayı geliştirmiş ve radyografiye benzer bir teknikle görüntü elde etmiştir. Tomografik görüntüler için de gama ışınları kullanılmaktadır. Bunların ilki SPECT( Single Photon Emission Computed Tomography) dir. İki fotonun eş zamanlı olarak görüntülenmesini sağlayan sistem ise PET (Positron Emission Tomography) olarak bilinmektedir. İlk PET sistemi 1970 lerde oluşturulmasına rağmen klinik uygulamalarda kullanılması 1990 larda başlamıştır.
Radyoaktif Çekirdekler Nükleer tıpta, hasta vücuduna radyoaktif çekirdek bir iz molekülüne bağlı olarak genellikle damar içi enjeksiyon ile verilir. Vücudda bu iz molekülü metabolik süreçlere dahil olur ve geçtiği yerde salınan gama ışınları dışarıdan ölçülerek konum ve zamana göre iz molekülünün konsantrasyonu belirlenir. Radyoaktif Bozunma Modları Radyoaktif bozunma sonucu kararsız çekirdek fazla enerjisini parçacık veya foton radyasyonu biçiminde yayınlayarak kaybeder. Nükleer tıpta, foton enerjisi kabaca 60 ila 600 kev arasındadır. Genellikle radyoaktif bozunma modları iki ana katoogoriye ayrılabilir: ilki nükleonların (nötron ve proton) yayınlanması veya yakalanması, diğeri ise β-parçacıklarının (elektron ve pozitron) yayınlanması veya yakalanması.
Nükleon Yayınlanması veya Yakalanması Medikal görüntüleme kullanılma alanı yoktur, fakat radyoterapide kullanılırlar. α-bozunumunu ele alalım. Alfa parçacığı iki proton ve iki nötrondan oluşan bir Helyum çekirdeğidir.alfa kararsız bir X çekirdeği için bozunma denklemi: Nötron yakalama terapisi olarak bilinen uygulamada ise bir parçacık hızlandırıcısında üretilen nötronlar, vücud derinliklerine kadar ilerleyebilir. Vücuda zerkedilmiş bir kimyasal bileşikle karşılaştığında yakalanır ve aşağıdaki gibi bir Reaksiyon meydana gelir. Burada yayınlanan alfa parçacıkları ise bulunduğu bölgedeki tümörü öldürür. Nükleer tıp görüntüleme uygulamalarında ise bu teknikler yerine beta parçacıklarının yayınlanması veya yakalanması süreçleri ile ilgilenilir. Beta bozunumu üç farklı biçimi vardır. -eksi, -artı ve elektron yakalama.
-eksi yayınlanması Bir çok durumda ürün çekirdek (Y) yarı kararlı bir durumda olur ve belirli bir zaman sonra bir veya daha fazla gama ışını yayınlayarak daha kararlı bir hale döner. Görüntülemede β-parçacıklarından ziyade yarıkararlı ürün çekirdeğin yayınladığı gama ışınları tespit edilir. En önemli tek fotonlu iz çekirdeği (single-photon tracer), 99 Mo (yarıömür= 66 saat) ürün çekirdeği olan 99m Tc dir. 99m Tc çekirdeği 6 saatlik bir yarı ömür ile 140 kev lik bir gama ışını yayınlayarak 99 Tc çekirdeğine dönüşür. Elektron Yakalama Görüntülemede kullanılan en önemli izotop 3 saatlik bir yarı ömre sahip 123 I dur. Burada da ürün çekirdek fazla enerjisini gama fotonu biçiminde yayınlar.
Pozitron yayınlama (β + bozunumu) Madde içerisinde pozitron yayınlandıktan sonra çok kısa bir zaman içerisinde (yaklaşık 10-9 s) ve birkaç milimetre sonra bir elektronla çarpışarak yok olurlar ve 511 kev lik iki foton oluşarak zıt istikametlerde hareket ederler. Bu fiziksel prensip Pozitron yayınlanma tomografisinin (PET) temelini oluşturmaktadır. Görüntülemede kullanılan en önemli radyoizotop 109 dakikalık yarı ömre sahip 18 F dir. Burada ürün çekirdek de gama fotonları yayınlayabilir, fakat bunun PET de herhangi bir önemi yoktur. Genel olarak düşük atom numaralılar pozitron yayınlamay meyilliyken, ağır atomlar diğer modlara meyillidirler.
İstatistik Nükleer tıp görüntülemede, tespit edilen fotonlar X-ışınları ile yapılan görüntülemeye göre çok daha azdır. Radyoaktif bir çekirdeğin ne zaman bozunacağı tam olarak belirlenemez. Bununla birlikte zaman içerisinde radyoaktif çekirdek sayısının nasıl azaldığı istatistiksel bir yaklaşımla belirlene bilir. Birim zamanda bozunmaların sayısı radyoaktif çekirdek sayısı ile orantılıdır: Burada N(t); t anındaki radyoaktif izotopların sayısıdır; α bozunma sabitidir. Vücud içerisinde radyoaktif izotopun varlığı sadece bozunma ile değil biyolojik atılıma da bağlıdır. Biyolojik yarı ömür TB olmak üzere, etkin yarı ömür TE İle verilir.
Fotonların Tespit Edilmesi Yaygın olarak foton tespitinde, foto çoğaltıcı tüp ile sintilasyon kristalinin birleşik halde olduğu dedektörler kullanılır. Yeni teknolojiler olarak sintilatör ile birleştirilmiş fotodiyotlar ve fotoiletkenler (CZT gibi) de kullanılabilmektedir. SPECT ve gama kamerada kullanılan sintilatör NAI(Tl) dur. PET görüntüleme de ise BGO (bismuth germanate), GSO (gadolinium silicate) ve LSO (lutetium oxyorthosilicate) gibi sintilatörle kullanılmaktadır.
EKİPMAN Gama Kamera ve SPECT Tarayıcı Günümüzde gamakameraların çoğunluğu bir veya daha fazla geniş NaI(Tl) kristallerini kullanmaktadır. Gama kamera ile SPECT arasındaki temel fark SPECT in hasta etrafında rahatça dönebilen bir gantriye sahip olmasıdır. Dedektörler hastaya mümkün olduğunca yakın konumlanmalıdır, çünkü çözünürlük toplayıcıdan uzaklaştıkça azalmaktadır. Hasssiyet dedektör kafa sayısı ile orantılıdır ve toplama zamanı dedktör kafalarının sayısının artması ile azaltılabilir. Bazı incelemeler için vücüt kısmı çok geniş olabilir. Bu durumda, tüm bölgeyi taramak için hastanın bulunduğu masa bilgisayar kontrolü ile yavaşça kaydırılır.
PET Tarayıcı Çoğu PET sistwmi yaklaşık 1m çapında BGO, GSO veya LSO kristal modülleri halkası vardır. Buyüzden PET de dedektörleri döndürmeye gerek yoktur. Bununla birlikte hastanın yattığı masanın hareketi ereklidir. PET de yok olma fotonlarının tespiti ile görüntü oluşturulur. Burada önemli olan aynı yok olma fotonlarının tespitidir.
Hibrit Sistemler PET ve SPECT sistemleri CT ve hatta MR sistemleri ile birleştirilerek kullanılabilirler. Bunların en yaygını PET/CT dir.
Klinik Kullanım Klinik uygulamalarda çeşitli radyoizotoplar kullanılmaktadır. Gama kamera ve SPECT görüntülemede: 99m Tc (half-life 6 hours); 123 I(halflife 13 hours), 131 I (half-life 8 days), 111 In (half-life3 days), 201 Tl (half-life 3 days), ve 67 Ga (half-life 3 days) PET görüntülemede: 11 C (half-life 20 min), 13 N (half-life 10 min), 15 O (half-life 2 min), ve 18 F (half-life 109 min) Görüntüleme bölgeleri: Kemik metabolizması: 99m Tc lu phosphonate kullanılabilir.
Myocardial perfusion and viability. 201 Tl ve 99m Tc-Mibi, PET için 13 NH3 ve H 2 15 O kullanılır. Görüntüleme sıklıkla saatlerce stress altında ve rahat durum altında devam eder
Akciğer metabolizmsı içim: 99m Tc lu insan serum albumin enjekte edilir.
Tümörler: 18 FDG (fluoro-deoxyglucose) ile metabolik aktivite takip edilir. PET ile kullanılır.
Tiroid fonksiyonu için: 99m Tc veya 123 I kullanılır.
Nörolojik bozukluklar için: Beyindeki bozuklukların tespiti için SPECT veya PET kullanılabilir. Özellikle FDG PET demntia (bunaklık) nın erken teşhisi ve ilerlemesinin kontrolü için önemli bir yeri vardır. Bundan başka iz radyoiztopları da kullanılarak, nöroreseptörler, taşıyıcılar, enzimler gibi farklı biyolojik hareket- Lerin incelenmesine olanak verir.