Name: a basic positron emission tomography system constructed to locate a radioactive source in a bi-dimensional space
Uploaded: 2016-02-01T13:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 19 s
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We are very grateful for the financial support of the Physics Department of CINVESTAV. We also want to thank our technician Marcos Fontaine Sanchez for his remarkable assistance with the set up. Thanks a lot to Sarah LaPointe for reviewing the English-language of this document.

PETのセットアップの調製<ol><li> PMTのプラスチックシンチレータ片と相まってを準備します。 PMTの種類（大きさ、光電面の形状）に応じてPMTの光電面に合うように適切なシンチレータピースを構築します。 <ol><li>黒いテープでシンチレータ片を包みます。それはPMTの光入射と結合されるように、明らかに片側のままにしておきます。 注：これらの作品は以前に光蓄積損失を回避するために研磨されることが重要です。 </li></ol></li><li>それに光学グリースとシンチレータの覆われていない顔を適用するアルコール（70％の商用アルコール濃度）とPMTの光入射を清掃してください。シンチレータとPMT面を結合し、より黒のテープでそれらをラップします。 <ol><li> （この場合はバイアス14 VバイアスにケーブルがすべてのPMTのために含まれており、電圧制御用の0.5 V）電源電圧にPMTを接続します。接続することにより、PMTからの信号を識別標準的なデジタルオシロスコープのチャネルへのPMT信号ケーブル（信号ケーブルはまた、すべてのPMTのために含まれています）。研究室で光をオン/オフするときに光の損失がないことを確認するために、信号の振幅の変化を観察します。検出器は、シンチレータプラスPMTを意味し、4つの検出器のそれぞれについて、この手順を繰り返します。 </li></ol></li><li>別の検出器の対応する部分の上に一つの検出器のシンチレータ部分を配置することによって、一致システムを構築します。 NIMクレートに弁別し、ロジック部モジュールと呼ばれる2つのNIM（核音源モジュール）の楽器を置きます。 </li><li>弁別器モジュールの入力に検出器からの出力信号を接続します。論理ユニットのフロントパネルでこのロジックケースを選択することで、モードで論理ユニットを使用してください。論理ユニットの入力に2つの弁別出力を接続します。 注：と2つの方形の信号が同時にまたは偶然に到着したときに選択した論理演算です。 </li><li>共同（偶然に両方の検出器を打つ宇宙線によって作成された）イベントをカウントする（デジタル信号をカウント）スケーラモジュール内の論理ユニットの出力信号nnect。 </li></ol> 2. PETで信号を取得<ol><li>先に定義した正方形領域の対角に両方の検出器を配置するので、代わりに宇宙線を使用するのではなく、彼らはお互いに直面し、20センチ離れており、1.4と1.5が、今回と同じ運動を行う（宇宙線を務めていました暫定自然放射線源）、ナ-22放射線源を使用しています。 <ol><li>両検出器間の中距離での放射線源を配置し、スケーラーモジュールを介してデータ収集を行います。システムは、設定および一致を得るために使用される論理ブロックの概略構成は図1、図2、 及び図3に見ることができます。 </li></ol></li><li> 2差別のPMTの出力を接続することにより、到来する信号の時間差を測定しオシロスコープで一致出力。三つの信号の各々は、オシロスコープの入力に進みます。オシロスコープの画面に3平方の信号が存在することになります。水平スケール（タイムスケール）を持つ2つの差別信号の時間差を測定します。 注：放射性源は両方の検出器の中間に直接なると平均上の正方形差別の信号間のほとんど、あるいはまったく分離または時間差があるでしょうし、放射線源は、中心から外れていると、PMTの1に近い、その後平均的に時間差があるでしょう。 </li><li> CAMAC（コンピュータ自動計測・制御）TDC（時間デジタル変換器）モジュールの8チャネルの1つに、これらのタイミング信号を送信します。これを行うには、その後、検出器は「STOP」と呼ばれ、TDCの入力に出力を区別接続 &quot;START&quot;と呼ぶ論理およびTDC出力を入力に接続します。信号遅延MODUを通じて遅延する必要がありますルこの信号は、他の2つの停止信号を前に到着するためには、いくつかのナノ秒（ 図4参照）。 </li><li> （第3のステップを参照）は、ソフトウェアプログラムを介してオシロスコープで示したTDCカウント単位対時間を調整します。すべての位置の平均時間差（ステップ2.3）を測定し、放射線源と検出器のうちの1つとの間の距離分離を使用して、このキャリブレーションを行います。このキャリブレーションを行うための標準バスのGPIB（汎用計測バス）を介して異なるモジュールとコンピュータの間のソフトウェアの通信を確立します。 </li></ol> 3.仮想計測器インターフェイスの構築<ol><li> LabVIEWソフトウェアまたは類似のソフトウェアをダウンロードし、使用しています。 注：LabVIEWで動作するためには、「Gプログラミング言語」のいくつかの知識を持っていることが必要です。この言語では、何のコードが書かれなければならず、実行されたすべてのアクションは、ソフトウェアツールの淡いから行うことができます。実用的な例で簡単ガイドでは、ヘルプツールで見つけることができます。 </li><li> TDCの出力データを保存するには、フロントパネルのツールパレットから配列ユーティリティ（プログラミング変数コンテナ）を選択します。 注：「フロントパネルには、「ユーザーへのバーチャル・インストゥルメントと「ブロック図」のグラフィックインターフェースは、ソフトウェアプログラミングのために使用されています。 </li><li>プロットメニューの論理装置を選択することにより、データ収集（TDCからの時間データ）をプロットします。ソースのすべての位置に関連したプロットデータを識別します。いくつかのセンチによって検出器ラインからソースまでの距離を変化させることによってこれを行います。 </li><li>数学的なメニューのツールから統計関数（平均）を使用したデータの平均を取り、平均を中心値の間隔を選択します。その後、プログラミング・ロジックに従って、この区間外の値を持つすべてのデータを削除するために、アレイのメニューから必要なツールを使用し、続きます。 </li><li>目から指標を選択各アレイに格納されるデータの数を表示し、格納されたデータの最大数を有するいくつかの容器を識別するための電子ブロック図ツールパレット。 </li><li>ステップ3.5で選択した各配列内のデータの平均値を取得し、このためのLabVIEWのブロックダイアグラムのツールパレットを使用して、各ソース位置のための時間間隔値のセットを確立するために、この情報を使用します。 </li><li>一連の測定のためのステップ3.6で得られた平均値を格納するために、フロントパネルのツールパレットからインジケータの配列を選択します。 </li><li>ステップ3.7からのそれぞれの間隔をおいてそれぞれの位置に関連して、フロントパネルのツールパレットから配列内の1つの仮想LEDに各間隔を関連付けるために、ブロック図のツールパレットからケース構造を選択します。 </li><li>放射線源が近い一つの検出器への途中から移動させると、LEDのプログラミング・アレイ内の仮想ソースの動きを観察します （図5を参照してください。それぞれの信号は、TDCチャネルに到着するのにかかる時間に注意してください</stroNG&gt;）コンピュータで右に移動します。 </li><li>合計時間取得のためのフロントパネルのツールパレットからの制御（可変プログラミング要素）を含めます。 注：ポジショニングの効率は、この制御時ツールに依存します：取得にかかる多くの時間、より正確に放射線源をシミュレートする仮想オブジェクトが正しい位置を与えます。 </li></ol> 4.グラフィカル結果<ol><li>キャリブレーションのために、検出器の結合対の一方を基準に任意の中間の位置にソースを配置します。 30分間の測定値を取り、取得したデータで、2分ごとに蓄積された値の平均を取ります。異なるソース位置については、このプロセスを繰り返し、全ての位置で各検出器からの平均値をプロットした（ 図6、図7）。検出器値の差を図8にプロットされています。 </li><li>より良いRESUを取得するにはLTS、同様のデータ値を有する選択二つの検出器の対を形成します。これを試験するために、この場合には0.5 V.開始スケーラ入力に検出器の出力を接続することにより、一定時間スケーラモジュールと検出された事象の数を測定し、その低い値にPMT制御電圧をかけます。 0.01 Vで電圧を大きくして、もう一度測定します。 0.9 V.この場合には、最大の可能な制御値に到達するために、このプロセスを繰り返し<ol><li>半対数スケールでの制御電圧に対する検出されたイベントの数をプロットする（ 図9参照）。カップル同様の分布を有する検出器のペア。 </li></ol></li><li>システムの感度をテストするには、このケースでは5つありますが、線に沿っていくつかの等間隔の中間位置に放射線源を配置します。各位置での5分間のデータを取得し、（ 図10及び11参照）、それぞれ独立に検出するために得られた値の平均値および中央値をプロットします。 </li></ol>

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	<li>Cerello, P., Pennazio, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+innovative+detector+concept+for+hybrid+4D-PET/MRI.">An innovative detector concept for hybrid 4D-PET/MRI.</a> Imaging. Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 702, 1-3 (2013).</li><li>Muehllerher, G., Karp, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positron+tomography+emission.">Positron tomography emission.</a> Phys. Med. Biol. 51, R117-R137 (2006).</li><li>Conti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=State+of+the+art+and+challenges+of+time+of+flight+PET.">State of the art and challenges of time of flight PET.</a> Physica Medica. 25 (1), 1-11 (2008).</li><li>Abreu, Y., Pi&#241;era, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulation+of+a+PET+system+and+study+of+some+geometry+parameters.">Simulation of a PET system and study of some geometry parameters.</a> AIP conference. 1032, 219-221 (2008).</li><li>Langner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Development of a parallel Computing optimized head movement correction method in PET. , (2003).</li><li>Budinger, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-of-flight+PET.">Time-of-flight PET.</a> J. Nucl Med. 28 (3), 73-78 (1983).</li><li>Leo, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments. , (1987).</li><li>Budinger, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Instrumentation+trends+in+nuclear+medicine.">Instrumentation trends in nuclear medicine.</a> Semin Nucl Med. 7 (4), 285-297 (1977).</li><li>Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Browner, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Positron+tomography+employing+a+one+dimension+BGO+scintillation+camera.">A Positron tomography employing a one dimension BGO scintillation camera.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 30 (1), 661-664 (1983).</li><li>Burnham, C., Bradshaw, J., Kaufmann, D., Chesler, D., Steams, C. W., Browner, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+a+cylindrical+shape+scintillation+camera+for+positron+tomographs.">Design of a cylindrical shape scintillation camera for positron tomographs.</a> IEEE Trans. Nucl. Sci. 32 (1), 889-893 (1985).</li></ol>

There are no competing financial interests.

このシステムの1つの重要な側面は、空間と時間解像度で非常に良好な制御を持つことです。 PETの空間分解能は、放射性崩壊と消滅の物理的特性によってだけでなく、一致登録（1.1および1.2ステップ）の技術的側面 ​​により、検査5時のような物体の動きなどのエラーの外部ソースによって制限されます。このように、測定された正確な位置はTOF差（ステップ2.4​​）に依存します?...

陽電子放出断層撮影法は、体の内部の組織および器官のデジタル画像を得るために使用される非侵襲性のイメージング技術です。様々な非侵襲的技術は、一つには、コンピュータ断層撮影（TAC）及び磁気共鳴イメージング（MRI）などの患者の内部の仕組みの画像情報を取得することを可能にするものが存在します。どちらも、良好な空間分解能が得られ、さらに解剖学的および生理学的研究における用途に使用されます。比較的PETは少ない空間分解能を与えるが、それは、目的のゾーンで発生する代謝に関するより多くの情報を提供しています。 PETは、広く、機能および形態学的情報を得るために使用されます。その主な臨床応用は、腫瘍学、神経学及び心臓学の分野です。また、PET画像は、医師がより良い診断を与えるのを助ける例えば、腫瘍治療計画を確立することができます。 PETシステムの基本的な動作原理は、二つのフォーの検出であります陽電子 - 電子消滅対からのトンまたはガンマ線の両方が共通のPMTに結合されたシンチレータ結晶で構成され、検出器に向かって反対方向に飛行。シンチレータ結晶は、光電プロセスを介して電気パルスを光信号に変換するPMTを移動する可視光の中にガンマ線を変換します。ダイノードと呼ばれるPMTの電子機器の内部読出しシステムに送信する前に、電荷の大きさを増加させる、存在しています。陽電子（正に帯電した電子は）体の血流に注入された同位体流体、によって放出されたときに、これらの2検出された光子が作成された、体内の電子と消滅。偶然のリードアウトシステム対策2つのバック・ツー・バックの光子の到着時間の時間基準に関して、それが違いを得るために、両方の時間を基質さらに。システムは、空間位置WHを計算するために、この時間差を使用して両方の光子を放出された放射線源をERE、従って、電子・陽電子の消滅が発生した場所。 PETシステムのいくつかの特徴は、画像の品質を最適化するために、空間及び時間分解能を高めるために定義されなければなりません。考慮すべき一つの特徴は、2つの光子が消滅過程の後に移動する距離として定義される応答の線（LOR）、です。考慮すべきもう一つの特徴は、飛行時間（TOF）です。画像の品質は、外部の特徴、主に身体の臓器や治療セッション1の間の患者の動きに依存します。 PETシステムで使用される同位体はベータ+エミッタと呼ばれています。これらの同位体は、（秒程度）の短い半減期を有します。安定した要素が核反応を引き起こして陽子や重陽子を衝突されたとき、彼らは、粒子加速器（サイクロトロン）で生産されています。このような反応は、とりわけ、このようなC-11、N-13、O-15、F-18のような不安定な同位体に安定した要素を変換2。 PETの2つのタイプがあります。 （1）従来：これは、消滅が発生し、それに沿ってラインを識別するためにのみ、TOF情報を使用していますが、それは2つの光子の原点の場所を決定することができません。それは、これを推定するために、追加の分析や反復再構成アルゴリズムを必要とします。 （2）TOF PETは：放出された陽電子の消滅位置を特定するためにTOF差を利用しています。時間分解能は、ローカリゼーション確率関数3のカーネルとして再構成アルゴリズムにおいて使用されます。 私たちの主な目的は、宇宙での放射線源の位置を特定するために使用され、PETの主な機能を実証することです。ここで提案されているPETシステムセットの主な範囲は、学術、公共のための基本的なPETの構築ガイドを提供するために、簡単な方法で、その主なプロパティで、説明することです。

<table><tbody><tr><td>Low threshold Discriminator</td><td>CAEN</td><td>N845</td><td></td></tr><tr><td>Logic Units</td><td>Lecroy</td><td>365AL</td><td></td></tr><tr><td>Time delay</td><td>CAEN</td><td>N108A</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Tektronic</td><td>TDS3014C</td><td></td></tr><tr><td>Quad Scaler and preset counter</td><td>CAEN</td><td>N1145</td><td></td></tr><tr><td>TDC</td><td>Lecroy</td><td>2228</td><td></td></tr><tr><td>PMT&amp;rsquo;s</td><td>Hamamatsu</td><td>H5783p</td><td></td></tr><tr><td>Power Chasis</td><td>Lecroy</td><td>1403</td><td></td></tr><tr><td>GPIB Interface</td><td>Lecroy</td><td>8901A</td><td></td></tr><tr><td>NIM Power Supply</td><td>Lecroy</td><td>1002B</td><td></td></tr><tr><td>CAMAC Crate</td><td>Borer-co</td><td>1902A</td><td></td></tr><tr><td>Scintillator Crystals</td><td>Bicron</td><td>408</td><td>1 cm x 2 cm x 5 cm</td></tr><tr><td>Power Supply</td><td>Agilent</td><td>E3631</td><td></td></tr><tr><td>Na 22 Radioactive Source</td><td></td><td></td><td>activity 2&amp;nbsp;&amp;mu;Ci</td></tr><tr><td>Software LabView 7.1</td><td>National intruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>lemo cables connectors</td><td></td><td></td><td>2&amp;nbsp;nsec, 3&amp;nbsp;nsec and 8&amp;nbsp;nsec</td></tr><tr><td>isolator film</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

a basic positron emission tomography system constructed to locate a radioactive source in a bi-dimensional space

単純なポジトロン放出断層撮影（PET）のプロトタイプは、完全に、その基本的な動作原理を特徴付けるように構成されています。 PETのプロトタイプがPETの幾何学的中心に配置された放射線源から放出された2つのガンマ線を検出するように対向する位置に配置されている光電子増倍管または​​PMTのにプラスチックシンチレータ結晶を結合することによって作成されたセット・アップします。プロトタイプは、直径20cmの円、中央の放射線源に幾何学的に配置された4つの検出器で構成されています。中心から放射線源のセンチメートルを移動させることにより、システムの一つは、この情報を使用して、システムは、グラフィカル・インターフェース内の仮想位置を算出することができる、任意の二つのPMTの間の飛行の差の時間を測定することによって変位を検出することができ、。この方法では、プロトタイプは、PETシステムの主要な原理を再生します。これはデの2行の4センチ間隔でソースの実際の位置を決定することが可能です2分未満を取るtection。

二つの主要な結果は、このPETシステムで達成されます。最初に：本当の放射性サンプルを動かす仮想放射線源の視覚効果との間の効率的な同期。このプログラムでは、ユーザーが取得時間のコントロールを持って、同じ位置に繰り返し数は、取得データの周りの間隔の変化量は、とりわけ、意味します。第二の二つの信号間の時間差を取得するために、一致ロジック?...

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A Basic Positron Emission Tomography System Constructed to Locate a Radioactive Source in a Bi-dimensional Space

We present a simple but well-constructed Positron Emission Tomography (PET) system and elucidate its basic working principles. The goal of this protocol is to guide the user in constructing and testing a simple PET system.

バイ次元空間での放射線源を見つけるために構築の基本的なポジトロン放出断層撮影システム

A simple Positron Emission Tomography (PET) prototype has been constructed to fully characterize its basic working principles. The PET prototype was ...

a-basic-positron-emission-tomography-system-constructed-to-locate

Research

JoVE Journal

Engineering

8.5K ビュー.  Centro de Investigacion y de Estudios Avanzados del IPN (Cinvestav). We present a simple but well-constructed Positron Emission Tomography (PET) system and elucidate its basic working principles. The goal of this protocol is to guide the user in constructing and testing a simple PET system.

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PET and MRI Guided Irradiation of a Glioblastoma Rat Model Using a Micro-irradiator

For decades, small animal radiation research was mostly performed using fairly crude experimental setups applying simple single-beam techniques without the ability to target a specific or well-delineated tumor volume. The delivery of radiation was achieved using fixed radiation sources or linear accelerators producing megavoltage (MV) X-rays. These devices are unable to achieve sub-millimeter precision required for small animals. Furthermore, the high doses delivered to healthy surrounding tissue hamper response assessment. To increase the translation between small animal studies and humans, our goal was to mimic the treatment of human glioblastoma in a rat model. To enable a more accurate irradiation in a preclinical setting, recently, precision image-guided small animal radiation research platforms were developed. Similar to human planning systems, treatment planning on these micro-irradiators is based on computed tomography (CT). However, low soft-tissue contrast on CT makes it very challenging to localize targets in certain tissues, such as the brain. Therefore, incorporating magnetic resonance imaging (MRI), which has excellent soft-tissue contrast compared to CT, would enable a more precise delineation of the target for irradiation. In the last decade also biological imaging techniques, such as positron emission tomography (PET) gained interest for radiation therapy treatment guidance. PET enables the visualization of e.g., glucose consumption, amino-acid transport, or hypoxia, present in the tumor. Targeting those highly proliferative or radio-resistant parts of the tumor with a higher dose could give a survival benefit. This hypothesis led to the introduction of the biological tumor volume (BTV), besides the conventional gross target volume (GTV), clinical target volume (CTV), and planned target volume (PTV).
At the preclinical imaging lab of Ghent University, a micro-irradiator, a small animal PET, and a 7 T small animal MRI are available. The goal was to incorporate MRI-guided irradiation and PET-guided sub-volume boosting in a glioblastoma rat model.

In the past, small animal irradiation was usually performed without the ability to target a well-delineated tumor volume. The goal was to mimic the treatment of human glioblastoma in rats. Using a small animal irradiation platform, we performed MRI-guided 3D conformal irradiation with PET-based sub-volume boosting in a preclinical setting.

PET や MRI 誘導照射ラットの神経膠芽腫モデルのマイクロ照射器を使用して

For decades, small animal radiation research was mostly performed using fairly crude experimental setups applying simple single-beam techniques without ...

がん研究

Visualization of Low-Level Gamma Radiation Sources Using a Low-Cost, High-Sensitivity, Omnidirectional Compton Camera

We present experimental protocols for visualizing various low-level gamma radiation sources in the ambient environment. Experiments were conducted by using a low-cost, high-sensitivity, omnidirectional, gamma-ray imaging Compton camera. In the laboratory, the position of a sub-MeV gamma radiation source such as 137Cs can easily be monitored via omnidirectional gamma-ray imaging obtained by the Compton camera. In contrast, a stationary, wall-mounted dose rate monitor cannot always successfully monitor such a source. Furthermore, we successfully demonstrated the possibility of visualizing the radioactivity movement in the environment, for example, the movement of a patient injected with 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) in a nuclear medicine facility. In the Fukushima field, we easily obtained omnidirectional gamma-ray images concerned with the distribution on the ground of low-level radioactive contamination by radioactive cesium released by the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident in 2011. We demonstrate clear advantages of using our procedure with this camera to visualize gamma-ray sources. Our protocols can further be used to discover low-level gamma radiation sources, in place of stationary dose rate monitors and/or portable survey meters used conventionally.

We present experimental protocols for visualizing various low-level gamma radiation sources in the ambient environment using a low-cost, high-sensitivity, omnidirectional, gamma-ray imaging Compton camera.

低コスト、高感度、全方向性コンプトンカメラによる低レベルガンマ線源の可視化

We present experimental protocols for visualizing various low-level gamma radiation sources in the ambient environment. Experiments were conducted by ...

環境学

Positron Emission Tomography-based Dose Painting Radiation Therapy in a Glioblastoma Rat Model using the Small Animal Radiation Research Platform

A rat glioblastoma model to mimic chemo-radiation treatment of human glioblastoma in the clinic was previously established. Similar to the clinical treatment, computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) were combined during the treatment-planning process. Positron emission tomography (PET) imaging was subsequently added to implement sub-volume boosting using a micro-irradiation system. However, combining three imaging modalities (CT, MRI, and PET) using a micro-irradiation system proved to be labor-intensive because multimodal imaging, treatment planning, and dose delivery have to be completed sequentially in the preclinical setting. This also results in a workflow that is more prone to human error. Therefore, a user-friendly algorithm to further optimize preclinical multimodal imaging-based radiation treatment planning was implemented. This software tool was used to evaluate the accuracy and efficiency of dose painting radiation therapy with micro-irradiation by using an in silico study design. The new methodology for dose painting radiation therapy is superior to the previously described method in terms of accuracy, time efficiency, and intra- and inter-user variability. It is also an important step towards the implementation of inverse treatment planning on micro-irradiators, where forward planning is still commonly used, in contrast to clinical systems.

Here we present a protocol to perform preclinical positron emission tomography-based radiotherapy in a rat glioblastoma model using algorithms developed in-house to optimize the accuracy and efficiency.

小動物放射線研究プラットフォームを用いたラット膠芽腫モデルにおける陽電子放射断層撮影に基づく線量塗装放射線療法

A rat glioblastoma model to mimic chemo-radiation treatment of human glioblastoma in the clinic was previously established. Similar to the clinical ...

Radiotracer Administration for High Temporal Resolution Positron Emission Tomography of the Human Brain: Application to FDG-fPET

Functional positron emission tomography (fPET) provides a method to track molecular targets in the human brain. With a radioactively-labelled glucose analogue, 18F-fluordeoxyglucose (FDG-fPET), it is now possible to measure the dynamics of glucose metabolism with temporal resolutions approaching those of functional magnetic resonance imaging (fMRI). This direct measure of glucose uptake has enormous potential for understanding normal and abnormal brain function and probing the effects of metabolic and neurodegenerative diseases. Further, new advances in hybrid MR-PET hardware make it possible to capture fluctuations in glucose and blood oxygenation simultaneously using fMRI and FDG-fPET.
The temporal resolution and signal-to-noise of the FDG-fPET images is critically dependent upon the administration of the radiotracer. This work presents two alternative continuous infusion protocols and compares them to a traditional bolus approach. It presents a method for acquiring blood samples, time-locking PET, MRI, experimental stimulus, and administering the non-traditional tracer delivery. Using a visual stimulus, the protocol results show cortical maps of the glucose-response to external stimuli on an individual level with a temporal resolution of 16 s.

This manuscript describes two radiotracer administration protocols for FDG-PET (constant infusion and bolus plus infusion) and compares them to bolus administration. Temporal resolutions of 16 s are achievable using these protocols.

ヒト脳の高時間分解能陽電子放射断層撮影のための放射線トレーサー投与:FDG-fPETへの応用

Functional positron emission tomography (fPET) provides a method to track molecular targets in the human brain. With a radioactively-labelled glucose ...

行動学

Positron Emission Tomography Imaging of Cell Trafficking: A Method of Cell Radiolabeling

Stem cell and chimeric antigen receptor (CAR) T-cell therapies are emerging as promising therapeutics for organ regeneration and as immunotherapy for various cancers. Despite significant progress having been made in these areas, there is still more to be learned to better understand the pharmacokinetics and pharmacodynamics of the administered therapeutic cells in the living system. For noninvasive, in vivo tracking of cells with positron emission tomography (PET), a novel [89Zr]Zr-p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine ([89Zr]Zr-DBN)-mediated cell radiolabeling method has been developed utilizing 89Zr (t1/2 78.4 h). The present protocol describes a [89Zr]Zr-DBN-mediated, ready-to-use, radiolabeling synthon for direct radiolabeling of variety of cells, including mesenchymal stem cells, lineage-guided cardiopoietic stem cells, liver regenerating hepatocytes, white blood cells, melanoma cells, and dendritic cells. The developed methodology enables noninvasive PET imaging of cell trafficking for up to 7 days post-administration without affecting the nature or the function of the radiolabeled cells. Additionally, this protocol describes a stepwise method for the radiosynthesis of [89Zr]Zr-DBN, biocompatible formulation of [89Zr]Zr-DBN, preparation of cells for radiolabeling, and finally the radiolabeling of cells with [89Zr]Zr-DBN, including all the intricate details needed for the successful radiolabeling of cells.

Presented here is a protocol to radiolabel cells with a positron emission tomography (PET) radioisotope, 89Zr (t1/2 78.4 h), using a ready-to-use radiolabeling synthon, [89Zr]Zr-p-isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine ([89Zr]Zr-DBN). Radiolabeling cells with [89Zr]Zr-DBN allows noninvasive tracking and imaging of administered radiolabeled cells in the body with PET for up to 7 days post-administration.

細胞輸送の陽電子放出断層撮影イメージング:細胞放射性標識法

Stem cell and chimeric antigen receptor (CAR) T-cell therapies are emerging as promising therapeutics for organ regeneration and as immunotherapy for ...

Radiosynthesis and PET/CT Imaging of 68Ga-Labelled Nanobody in Xenograft Models

Radiosynthesis, Quality Control, and Small Animal Positron Emission Tomography Imaging of 68Ga-Labelled Nano Molecules

Small animal Positron Emission Tomography (PET) and Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) imaging techniques are crucial in preclinical cancer research, necessitating meticulous attention to radiotracer synthesis, quality assurance, and in vivo injection protocols. This study presents a comprehensive workflow tailored to enhance the robustness and reproducibility of small animal PET experiments. The synthesis process in the radiochemistry laboratory using 68Ga is detailed, highlighting stringent quality control and assurance protocols for each radiotracer production. Parameters such as concentration, molar activity, pH, and purity are rigorously monitored, aligning with standards applicable to human studies. This methodology introduces streamlined syringe preparation and a custom-designed 30G cannula for precise intravenous injections into mice. Monitoring of animal health during scanning, including temperature and heart rate, ensures their well-being throughout the procedure. Dosages for PET and SPECT scans are predetermined to balance data acquisition with minimizing radiation exposure to animals and researchers. Similarly, CT scans employ pre-programmed settings to limit radiation exposure, especially pertinent in long-term studies assessing treatment effects. By optimizing these steps, the workflow aims to standardize procedures, reduce variability, and enhance the quality of small animal PET/SPECT/CT imaging. This resource provides valuable insights for researchers seeking to improve the accuracy and reliability of preclinical investigations in molecular imaging, ultimately advancing the field.

This paper describes the radiosynthesis, formulation, quality control of a new radiolabeled probe (i.e., 68Ga-labeled nanobody NM-02), and its use for small animal PET/CT imaging in a xenograft model.

Small animal Positron Emission Tomography (PET) and Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) imaging techniques are crucial in preclinical ...

Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal blood time-activity concentration also known as arterial input function (AIF) is a key point, especially for the characterization of animal disease models and the introduction of newly developed radiotracers. The knowledge of radiotracer availability in the blood helps to interpret PET/CT-derived data of tissue activity. For this purpose, online blood sampling during the PET/CT imaging is advisable to measure the AIF. In contrast to manual blood sampling and image-derived approaches, continuous online blood sampling has several advantages. Besides the minimized blood loss, there is an improved resolution and a superior accuracy for the blood activity measurement. However, the major drawback of online blood sampling is the costly and time-consuming preparation to catheterize the femoral vessels of the animal. Here, we describe an easy and complete workflow for catheterization and continuous blood sampling during small animal PET/CT imaging and compared it to manual blood sampling and an image-derived approach. Using this highly-standardized workflow, the determination of the fluorodeoxyglucose ([18F]FDG) AIF is demonstrated. Further, this procedure can be applied to any radiotracer in combination with different animal models to create fundamental knowledge of tracer kinetic and model characteristics. This allows a more precise evaluation of the behavior of pharmaceuticals, both for diagnostic and therapeutic approaches in the preclinical research of oncological, neurodegenerative and myocardial diseases.

Here a protocol for continuous blood sampling during PET/CT imaging of rats to measure the arterial input function (AIF) is described. The catheterization, the calibration and setup of the system and the data analysis of the blood radioactivity are demonstrated. The generated data provide input parameters for subsequent bio-kinetic modeling.

小動物陽電子放出断層撮影/コンピュータ断層撮影における連続的な血液サンプリングにより、動脈入力機能の測定が可能

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal ...

医学

A Whole Body Dosimetry Protocol for Peptide-Receptor Radionuclide Therapy (PRRT): 2D Planar Image and Hybrid 2D+3D SPECT/CT Image Methods

Peptide-receptor-radionuclide-therapy (PPRT) is a targeted therapy that combines a short-range energy radionuclide with a substrate with high specificity for cancer cell receptors. After injection, the radiotracer is distributed throughout the entire body, with a higher uptake in tissues where targeted receptors are overexpressed. The use of beta/gamma radionuclide emitters enables therapy imaging (beta-emission) and post-therapy imaging (gamma-emission) to be performed at the same time. Post-treatment sequential images permit absorbed dose calculation based on local uptake and wash-in/wash-out kinetics. We implemented a hybrid method that combines information derived from both 2D and 3D images. Serial whole-body images and blood samples are acquired to estimate the absorbed dose to different organs at risk and to lesions disseminated throughout the body. A single 3D-SPECT/CT image, limited to the abdominal region, overcomes projection overlap on planar images of different structures such as the intestines and kidneys. The hybrid 2D+3D-SPECT/CT method combines the effective half-life information derived from 2D planar images with the local uptake distribution derived from 3D images. We implemented this methodology to estimate the absorbed dose for patients undergoing PRRT with 177Lu-PSMA-617. The methodology could, however, be implemented with other beta-gamma radiotracers. To date, 10 patients have been enrolled into the dosimetry study with 177Lu-PSMA-617 combined with drug protectors for kidneys and salivary glands (mannitol and glutamate tablets, respectively). The median ratio between kidney uptake at 24 h evaluated on planar images and 3D-SPECT/CT is 0.45 (range:0.32-1.23). The comparison between hybrid and full 3D approach has been tested on one patient, resulting in a 1.6% underestimation with respect to full 3D (2D: 0.829 mGy/MBq, hybrid: 0.315 mGy/MBq, 3D: 0.320 mGy/MBq). Treatment safety has been confirmed, with a mean absorbed dose of 0.73 mGy/MBq (range:0.26-1.07) for kidneys, 0.56 mGy/MBq (0.33-2.63) for the parotid glands and 0.63 mGy/MBq (0.23-1.20) for submandibular glands, values in accordance with previously published data.

A Whole Body Dosimetry Protocol for Peptide-Receptor Radionuclide Therapy PRRT: 2D Planar Image and Hybrid 2D+3D SPECT/CT Image Methods

This method estimates the absorbed dose of different structures for peptide-receptor-radionuclide-therapy (PRRT) with the possibility of avoiding organ overlap on 2D-projections. Serial whole-body planar images permit estimation of mean absorbed doses along the whole body, while the hybrid approach, combining planar images and 3D-SPECT/CT image, overcomes the limitations of structure overlapping.

ペプチド受容体放射性核種療法のための全身線種測定プロトコル(PRRT):2D平面画像とハイブリッド2D+3D SPECT/CT画像法

Peptide-receptor-radionuclide-therapy (PPRT) is a targeted therapy that combines a short-range energy radionuclide with a substrate with high specificity ...

PET-CT Scanning for Multi-Tracer Study of Cerebral Oxygen and Glucose Metabolism

Multi-Tracer Studies of Brain Oxygen and Glucose Metabolism Using a Time-of-Flight Positron Emission Tomography-Computed Tomography Scanner

The authors have developed a paradigm using positron emission tomography (PET) with multiple radiopharmaceutical tracers that combines measurements of cerebral metabolic rate of glucose (CMRGlc), cerebral metabolic rate of oxygen (CMRO2), cerebral blood flow (CBF), and cerebral blood volume (CBV), culminating in estimates of brain aerobic glycolysis (AG). These in vivo estimates of oxidative and non-oxidative glucose metabolism are pertinent to the study of the human brain in health and disease. The latest positron emission tomography-computed tomography (PET-CT) scanners provide time-of-flight (TOF) imaging and critical improvements in spatial resolution and reduction of artifacts. This has led to significantly improved imaging with lower radiotracer doses.
Optimized methods for the latest PET-CT scanners involve administering a sequence of inhaled 15O-labeled carbon monoxide (CO) and oxygen (O2), intravenous 15O-labeled water (H2O), and 18F-deoxyglucose (FDG)-all within 2-h or 3-h scan sessions that yield high-resolution, quantitative measurements of CMRGlc, CMRO2, CBF, CBV, and AG. This methods paper describes practical aspects of scanning designed for quantifying brain metabolism with tracer kinetic models and arterial blood samples and provides examples of imaging measurements of human brain metabolism.

Quantitative measurements of oxygen and glucose metabolism by PET are established technologies, but details of practical protocols are sparsely described in the literature. This paper presents a practical protocol successfully implemented on a state-of-the-art positron emission tomography-computed tomography scanner.

The authors have developed a paradigm using positron emission tomography (PET) with multiple radiopharmaceutical tracers that combines measurements of ...

神経科学

Positron Emission Tomography

Positron emission tomography (PET) is a medical imaging technique involving radiopharmaceuticals &#8212; substances that emit short-lived radiation. Although the first PET scanner was introduced in 1961, it took 15 more years before radiopharmaceuticals were combined with the technique and revolutionized its potential.
One of the main requirements of a PET scan is a positron-emitting radioisotope, which is produced in a cyclotron and then attached to a substance used by the part of the body being investigated. This &#34;tagged&#34; compound, or radiotracer, is then put into the patient (injected via IV or breathed in as a gas), and how the tissue uses it reveals how that organ or other area of the body functions. For example, F-18 is produced by proton bombardment of 18O and incorporated into a glucose analog called fludeoxyglucose (FDG). How the body uses FDG provides critical diagnostic information. For example, since cancers use glucose differently than normal tissues, FDG can reveal cancers. The 18F emits positrons that interact with nearby electrons, producing a burst of gamma radiation. This energy is detected by the scanner and converted into a detailed, three-dimensional color image that shows how that part of the patient&#39;s body functions. Different levels of gamma radiation produce different amounts of brightness and colors in the image, which a radiologist can then interpret to reveal what is going on. For instance, a radioactive form of iodine can be used to monitor the thyroid and radioactive gallium can be used for cancer imaging.
The main advantage is that PET can illustrate the physiologic activity&#8212;including nutrient metabolism and blood flow&#8212;of the targeted organ or organs. In contrast, CT and MRI scans can only show static images. PET is widely used to diagnose a multitude of conditions, such as heart disease, the spread of cancer, certain forms of infection, brain abnormalities, bone disease, and thyroid disease. PET can also locate regions in the brain that become active when a person carries out specific activities, such as speaking, closing his or her eyes, etc. PET scans are now usually performed in conjunction with a computed tomography or magnetic resonance imaging scan for better data visualization and interpretation.
This content is derived from <a href="https://openstax.org/books/anatomy-and-physiology/pages/1-7-medical-imaging">Openstax, Anatomy and Physiology, Section 1.7: Medical Imaging</a> and <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/21-3-radioactive-decay">Openstax, Chemistry 2e, Section 21.3: Radioactive Decay</a> and <a href="https://openstax.org/books/physics/pages/22-5-medical-applications-of-radioactivity-diagnostic-imaging-and-radiation">Openstax, Physics, Section 22.5: Medical Applications of Radioactivity: Diagnostic Imaging and Radiation</a>

陽電子放出断層撮影法

Positron emission tomography (PET) is a medical imaging technique involving radiopharmaceuticals &#8212; substances that emit short-lived radiation. ...