正子造影

正⼦造影
李昕迪 Sin-Di Lee
2017-05-04
Department of Nuclear Medicine, Kaohsiung Veterans General Hospital

⾃我介紹
• 李昕迪 | @mcdlee
• ⾼雄榮總核醫部醫師
• ⾼醫醫學影像暨放射科學系碩專班⼀年級
1

正⼦造影和核醫造影有什麼不⼀樣？
1

今天要講的綱要包含
• 正⼦造影的核種
• 正⼦造影儀器
• 正⼦造影的臨床應⽤
• 正⼦造影的品管
• 正⼦造影的輻射防護
2

Decay types
• Fissure
• Alpha decay
• Beta decay: 0
1n →1
1 p+ +0
0 e− + ¯νe
• Positron decay: 1
1p+ →0
1 n +0
0 e+ + νe
• Electron capture: 1
1p+ +0
0 e− →0
1 n + νe
• ...
4

Positron decay
• 質⼦太多 / 中⼦太少
• Q > 1.022 MeV
5

臨床實務可能⽤的核種
核種最⼤能量 (MeV) Branch ratio 半衰期 (min) 製備
F-18 0.634 96.7% 109.771 Cyclotron
C-11 0.960 99.8% 20.39 Cyclotron
N-13 1.198 99.8% 9.965 Cyclotron
O-15 1.732 99.9% 2.03 Cyclotron
Rb-82 3.379* 94.9%* 1.273 Generator
Ga-68 1.899** 88.9%** 67.71 Generator
*: 有兩個能峰，最⼤值分別為 2.602 MeV 和 3.379 MeV，branch ratio
分別為 13.1% 和 81.8%。
**: 有兩個能峰，最⼤值分別為 0.822 MeV 和 1.899 MeV，branch ratio
分別為 1.2% 和 87.7%。
6
アイソトープ⼿帳 11 版

F-18
7
IAEA Technical reports series No. 468

8

F-18
• 現⾏常⾒的⽅法是把 O-18 ⽔放在⼩⾦屬盒⼦裡⾯。質⼦能量會是
3 MeV 以上 (⼤約就是反應的 threshold)，最⾼到 20 MeV。
• 質⼦通量率 (可⽤電流表⽰) 的限制是對汽化/氣蝕現象
(vaporization/cavitation) 處理的能⼒，常⽤的是 20-40 µA ，紀錄最
⾼是 60 µA。
• ⾦屬盒⼦的材質常是鈦 (titanium)、銀 (silver)、鍍⾦的鎳、鈮
(niobium) 和鉭 (tantalum)。
9

C-11
10

N-13
11

N-13
12

O-15
13

O-15
14

Ga-68
• natZn(α, x)68Ge
• natGa(p, x)68Ge
• 69Ga(p, 2n)68Ge
15

Rb-82
Rb-82 是由 Sr-82 的孳⽣器製備的。Sr-82 也是由 cyclotron 製造，可採
⽤的核反應有：
• 85Rb(p, 4n)82Sr
• 82Kr(3He, 3n)82Sr
16

請問 Cyclotron ⼀定是加速正離⼦嗎
17

請問⼀定要⽤ Cyclotron 才能發⽣這樣的核反應嗎
17

18

世上第⼀台 Medical positron detector
19Brownell GL. A history of positron imaging. 1999

• 1962, Dr. William Sweet and Dr.
Gordon Brownell
• Brain tumor. As-74.
• Coincidence scan: recurrence of tumor
under previous operation site.
• Unbalance scan: asymmetry to the left.
20
Brownell GL. A history of positron imaging. 1999

21
Essentials of Nuclear Medicine Imaging, 6th Edition

Sensitivity
• Time window ⼀般設在 6-12 ns，依據晶體種類會有不同。Energy
window 可能設定為 250 - 600 keV。
• 單⼀光⼦和晶體作⽤ (稱作 single events) 是不算數的。實務上，⼤
約有 99% 的光⼦會因為這樣被排除掉。
• 不過因為這種 electronic collimation 的設計，PET 的 sensitivity ⽐
gamma camera 還⾼。
22

請問正⼦造影的儀器可不可以做 Dual-isotope 的影像
22

Spatial resolution
• PET 的空間解析度很⼤⼀部份決定於 detector ⼤⼩，越⼩有越好的
解析度。
• 但是有⼀些無法克服的問題，例如正⼦的 positron range 和互毀光
⼦的 noncolinearity 都造成技術上的瓶頸。
• ⽬前 F-18 FDG 的最佳解析度是 1 mm，實務上⼤約 4-6 mm。
23

24

請問這兩種現象會受什麼因素影響？
24

25

2D mode / 3D mode
26Essentials of Nuclear Medicine Imaging, 6th Edition

請問這兩種⽅式有什麼優缺點？
26

Attenuation correction
• 雖然互毀產⽣的光⼦能量很⾼，衰減 (attenuation) 在 PET 的影響
⼤於 SPECT。原因有：
• 兩個光⼦都需要被偵測到才算數
• PET 的光⼦要移動⽐較遠才會被偵測到
• 現在實務上以 CT 為 attenuation correction 的參考來源。
• 歷史上還出現過別的⽅法：
• 依據⾝體的輪廓，並假設⾝體的組成是⼤同⼩異的。
• 其他 transmission 影像，例如 Ge-68 或 Cs-137

Attenuation correction 造成的新問題
• CT 使⽤的 X 光是連續能譜，⽽且遠⼩於 511 keV。
• 當有 high density 的物質 (例如顯影劑) 還會有 beam hardening
effect ，造成 over correction。
• CT acquisition 的速度很快，但是 PET 卻是要收好⻑的時間。
• CT 的 FOV ⽐ PET ⼩。

29Nuclear medicine in gastroenterology, Lokender Yadav, 2014

Ideal crystal
理想的 PET 晶體應該要有以下性質：
• 對 511 keV 要有夠⾼的 stopping power，才會有好的 sensitivity 和
spatial resolution。
• 快速且⾼強度的光輸出，以及很短的 decay time。
• 好的 energy resolution。
30

Crystal ⽐較
Characteristic BGO LSO NaI(Tl)
Crystal Density(gm/cc) 7.13 7.40 3.67
Eff. Atomic Number (Z eff.) 74 66 51
Decay Time (nano sec.) 300 40 230
Light output 15 75 100
Refractive Index 2.15 1.82 1.85
31
Shukla AK, Kumar U. Positron emission tomography: An overview. J Med Phys. 2006;31(1):13‒21.

Time of Flight
32
Vandenberghe S, Mikhaylova E, D’Hoe E, Mollet P, Karp JS. Recent developments in time-of-flight PET. EJNMMI Phys
[Internet]. 2016 Feb 16

TOF
• 提供更好的 signal-to-noise ratio。
• 改善體型較⼤受檢者的影像品質。
• 但需要系統有很好的時間解析度，例如 LaBr3 和 LYSO 的 intrinsic
timing resolution 可以達到 600 ps。
33

PET/MR
隱憂：
• 磁場會影響 PMT 的功能。
• PET detector 會影響磁場均勻度和穩定性。
• Attenuation correction 存疑
常⾒作法：
• 分體式
• 把 PET 放在 MRI 的內圈
• 整合式
34

F-18 FDG
• FDG ⼀開始合成的⽅式是 Brookhaven National Laboratory 的 Wolf
於 1976 年發表的親電⼦氟化 (electrophilic fluorination)。原料是
3,4,6-tri-O-acetyl-D-glucal 和 F-18 F2 。Yield 約 8%，耗時 2 ⼩時。
• 現在普遍採⽤的合成⽅式是 1986 年 Hamacher 發表的親核氟化
(nucleophilic fluorination)。原料是 mannose triflate。可以有 95% 的
純度，Yield 為 50%，反應時間約 50 分鐘。
35
F-18 FDG, SNMMI PET Center of Excellence and the Center for Molecular Imaging Innovation & Translation, 2012

親電⼦反應
36
Review of 18F-FDG Synthesis and Quality Control. Biomed Imaging Interv J. 2006 Oct-Dec; 2(4): e57.

親核反應
37

Standardized Uptake Value
• SUVbw =
C
D × d
× W
• SUVlbm =
C
D × d
× LBM
• SUVbsa =
C
D × d
× BSA
C: ROI 的 Activity concentration (Bq/mL)，D: injected dose (Bq)，d：
dose decay correction factor，W：Body weight (g)，LBM：Lean body
mass(g) ，BSA：Body surface area (cm(2))。
38

健保適應症
• 腫瘤部分之適應症：
• 乳癌、淋巴癌之分期、治療及懷疑復發或再分期。
• ⼤腸癌、直腸癌、⾷道癌、頭頸部癌 (不包含腦瘤)、原發性肺癌、⿊
⾊素癌、甲狀腺癌及⼦宮頸癌之分期及懷疑復發或再分期。
• ⾮腫瘤部分之適應症：
• 存活⼼肌偵測：限 LVEF40% 以下且以 (或認定) 傳統⼼肌斷層灌注
掃描無法做確切⼼肌存活者適⽤。
• 癲癇病灶術前評估：持續且規則性服⽤三種 (含) 以上抗癲癇藥物治
療⼀年，且近⼀年內平均每⽉有⼀次以上發作合併意識喪失者之術
前評估。
39

健保適應症 - cont.
• 分期：評估腫瘤之期別。
• 治療：評估腫瘤對治療之反應，擬改變治療⽅式時。
• 懷疑復發或再分期：使⽤於患者已接受⼀階段之正統治療後，偵測
疑似有復發或轉移及評估復發之程度 (不得⽤於例⾏之追蹤檢查)。
• 以上各階段須符合：經電腦斷層、核磁共振、核⼦醫學掃瞄等檢查
仍無法分期者，或認定電腦斷層、核磁共振等檢查不⾜以提供⾜夠
資訊以供治療所需者，且須於病歷中說明施⾏正⼦造影之必要性理
由。配合腫瘤治療計畫者⽅得以正⼦造影作為療效評估項⽬，未有
後續積極處置之計畫者，不得施⾏。
40

49 歲男性，糖尿病 10 年。最近發現⾷道癌。
41

63 歲⼥性，糖尿病多年，胃潰瘍病史。因為偶爾會不舒服，做體檢。
42

37 歲男性，⿐咽癌，已進⾏約 1 年的化療，也有電療。
43

77 歲⼥性，16 年前乳癌開⼑並接受賀爾蒙治療。最近因為肺部結節變
⼤來做正⼦造影。
45

Dual-time point
47
Dual-time-point Imaging and Delayed-time-point Fluorodeoxyglucose-PET/Computed Tomography Imaging in Various
Clinical Settings. PET Clin. 2016 Jan;11(1):65-84.

Dual-time point
48
Clinical Settings. PET Clin. 2016 Jan;11(1):65‒84.

Dual-time point
49
Clinical Settings. PET Clin. 2016 Jan;11(1):65‒84.

71 歲⼥性，甲狀腺癌 12 年前開⼑和放射碘治療。4 年前復發，再度服
⽤放射碘治療。最近甲狀腺球蛋⽩ (thyroglobulin) 上升，但 I-131 scan
找不到。
50

45 歲⼥性，新診斷肺癌。⼀年前曾經因為⼦宮肌腺症切除⼦宮。
52

76 歲男性，三年前胰臟癌開⼑與化療。⼤約 2 年復發，再度開⼑。此次
已⼜⼀年左右，腫瘤指數上升。
53

腫瘤的細胞型態也會影響 uptake
54
Relationship between non-small cell lung cancer FDG uptake at PET, tumor histology, and Ki-67 proliferation index. J
Thorac Oncol. 2008 Sep;3(9):971-8.

泌尿上⽪癌的密技
55Detecting primary bladder cancer using delayed 18F-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose-positron emission tomography/computed

⼼臟的正⼦ tracer
• N-13 ammonia
• O-15 water
• Rb-82
56
Radiopharmaceuticals and Radiation Dose Considerations in Cardiac Positron Emission Tomography and PET/CT,
Radiology Key

Dopamine pathway
另外 VMAT-2 有⼀種新的 tracer: F-18 AV-133
57
The role of dopaminergic imaging in patients with symptoms of dopaminergic system neurodegeneration. Brain. 2011
Nov;134(Pt 11):3146-66.

Alzheimer’s disease
Amyloid plaque image:
• F-18 AV-45 (⼜名
AMYViD 或 Florbetapir)
• C-11 PiB (Pittsburgh
compound B)
58
In Vivo Imaging of Amyloid Deposition in Alzheimer Disease Using the Radioligand 18F-AV-45 (Flobetapir F 18). J Nucl
Med June 2010 vol. 51 no. 6 913-920

F-18 Sodium Fluoride (NaF)
在 Tc-99m 短缺的時候，替代 Tc-99m MDP 作為 bone scan 的 tracer。
• 解析度⾼，⽽且是 tomography，⽽且還會做 PET/CT。還可以定
量！
• 注射後 1 ⼩時即可造影。
• 機轉：18F 快速和⾻骼的 OH 交換。
Ca10(PO4)6OH2 ⇀ Ca10(PO4)6F2
59
Molecular Mechanisms of Bone 18F-NaF Deposition. J Nucl Med. 2010 Dec; 51(12): 1826‒1829.

60
The role of 18F‒NaF PET/CT in metastatic bone disease. J Bone Oncol. 2015 Sep; 4(3): 92‒97.

61
PET imaging of inflammation in atherosclerosis. Nature Reviews Cardiology 11, 443‒457 (2014)

New oncology tracers
• Choline
• F-18 Choline, C-11 Choline
• 細胞膜脂質代謝
• 肝癌、攝護腺癌
• F-18 MISO：細胞缺氧
• Ga-68 DOTATATE
• 還有 Ga-68 DOTATOC、Ga-68 DOTANOC
• Somatostatin receptor images
• 神經內分泌瘤
62

Y-90 radioembolization therapy
63
Relevance of PET for Pretherapeutic Prediction of Doses in Peptide Receptor Radionuclide Therapy. PET Clinics 9(1):
99-112 ·July 2014

藥物
64

藥物
65

儀器
66

Overview
• Cyclotron
• 正⼦中⼼的⼯作⼈員
• 受檢者的輻射劑量
67

68

69

正⼦中⼼的⼯作⼈員
511 keV 和 140 keV 對鉛的衰減係數，⼤約是 10 分之⼀，也就是說要⼗
倍的厚度才能達到⼀樣的屏蔽效果。
• 鎢在 500 keV 的衰減係數 (1/cm) 是 2.66，150 keV 則是 30.5。
• 鉛在 500 keV 的衰減係數 (1/cm) 是 1.83，150 keV 則是 22.85。
70
X-Ray Mass Attenuation Coefficients. NISTIR 5632. Radiation Physics Division, PML, NIST

針劑鎢罐
71
⾼雄榮總正⼦中⼼

鉛屏蔽
72
⾼雄榮總正⼦中⼼

受檢者的輻射劑量
73
MIRD dose estimate report no. 19: radiation absorbed dose estimates from (18)F-FDG. J Nucl Med. 2002 Feb;43(2):
210-4.

74
MIRD dose estimate report no. 19: radiation absorbed dose estimates from (18)F-FDG. J Nucl Med. 2002 Feb;43(2):
210-4.

75
Procedure Guideline for Tumor Imaging with 18F-FDG PET/CT 1.0. J Nucl Med May 2006 vol. 47 no. 5 885-895

各位下週上課要檢討的國考題
https://goo.gl/forms/APkGkH3T64bJvYEA2
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• ⼤約 110 -120 題，我有把類似的題⽬集中在⼀起
• 請準時繳交 (5 ⽉ 9 ⽇午夜 12 點)
• 請填寫 Email、姓名和座號
• 各位答題的正確率會決定我花多少時間講解。如果覺得題⽬出太爛，
也可以選「其他」，並做簡單說明。
• 可以在截⽌之前修改答案，第⼀次作答會出現
記得把修改回覆內容的網址記下來 (我的最愛、書籤 or 其他⽅法)
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