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 설정 1. 준비 <ol><li> PMT의 플라스틱 신틸 레이터 조각과 결합을 준비합니다. PMT (크기, 광 음극의 형상)의 종류에 따라 PMT의 광 음극에 맞게 적절한 신틸 편을 구축. <ol><li> 검은 테이프와 신틸 레이터 조각을 감싸. 이 PMT 채광 결합되는 바와 같이 일측이 밝혀 떠난다. 참고 :이 부분은 ​​이전에 빛 누적 손실을 방지하기 위해 연마하는 것이 중요하다. </li></ol></li><li> 다음에 광 그리스와 신틸 레이터의 노출 된 얼굴을 적용 알코올 (70 %의 상업 알코올 농도)와 PMT 채광을 청소합니다. 신틸 레이터와 PMT의 얼굴을 결합하고 더 검은 테이프를 포장. <ol><li> (이 경우에는 14 V의 바이어스 바이어스 케이블마다 PMT에 포함되고, 제어 전압 0.5 V) 소스 전압 PMT를 연결한다. 연결하여 PMT에서 오는 신호를 식별표준 디지털 오실로스코프 채널 PMT 신호 케이블 (신호 케이블은 모든 PMT에 포함된다). / 실험실에서 빛 오프를 켤 때 빛 손실이 없는지 확인하기 위해, 신호의 진폭 변화를 관찰한다. 검출기는 신틸 레이터 플러스 PMT을 의미 곳에 네 개의 감지기, 각각에 대해이 단계를 반복합니다. </li></ol></li><li> 다른 검출기의 해당 부분 위에 하나의 검출기의 신틸 레이터 부분을 배치하여 우연의 일치 시스템을 구축 할 수 있습니다. 순이자 마진 상자에서 판별 및 로직 단위 모듈라는 두 순이자 마진 (핵 악기 모듈) 악기를 넣습니다. </li><li> 판별 모듈의 입력에 검출기의 출력 신호를 연결합니다. 논리 유닛 전면 패널이 논리 케이스를 선택하여, AND 모드 로직 유닛을 사용한다. 논리 단위의 입력에 두 개의 판별 출력을 연결합니다. 주 : 두 개의 정사각형 신호를 동시에 또는 우연에 도착할 때 선택 논리 연산이다. </li><li> 공동(두 검출기 우연에 타격 우주선에 의해 생성) 이벤트를 카운트하는 (디지털 신호를 카운트) 스케일러 모듈 로직 유닛 출력 신호를 nnect. </li></ol> 2. 애완 동물 신호 획득 <ol><li> 앞서 정의 된 사각형 영역의 대향하는 모서리에 모두 검출기를 배치하므로 대신 우주 광선을 사용하는, 서로 대향하고, 20cm 떨어져 있으며, 1.4, 1.5, 이번에 같은 운동을 (우주선이 역임 잠정 천연 방사성 소스), 나트륨-22 방사선 소스를 사용한다. <ol><li> 두 검출기의 중간 거리에서 방사성 소스를 놓고 스케일러 모듈을 통해 데이터 수집을합니다. 시스템 설정 및 일치를 얻기 위해 사용되는 논리 블록의 개략적 인 구성은도 1, 2 및 3에서 볼 수있다. </li></ol></li><li> 두 차별 PMT의 출력과 연결하여 신호의 도착 시간 차이를 측정오실로스코프에서 일치 출력. 3 개의 신호 각각 오실로스코프 입력으로 진행한다; 오실로스코프 화면에 세 개의 사각형 신호가있을 것입니다. 가로 크기 (시간 단위)로 차별 두 신호의 시간차를 측정한다. 주 : 사각형 사이 방사선원은 두 감지기 사이의 중간에 직접 경우가있을 것이다 거의 또는 전혀 분리 또는 시간 차이는 평균 신호를 구별하지 않으며, 방사성 소스 중심 벗어난 후 PMT 중 하나에 근접 할 때 평균 시간 차이가있을 것입니다. </li><li> CAMAC (컴퓨터 자동 측정 및 제어) 모듈 TDC (디지털 변환기 시간)의 8 채널 중 하나에 이러한 타이밍 신호를 보냅니다. 이렇게하려면 다음 감지기가 &quot;STOP&quot;이라고 TDC 입력에 출력을 구별 연결 &quot;시작&quot;전화 논리와 TDC 입력에 대한 출력을 연결합니다. 신호는 지연 MODU를 통해 지연 될 수 있습니다제작이 신호가 다른 두 STOP 신호 전에 도착하기 위해서는 몇 나노초하여 (도 4 참조). </li><li> 소프트웨어 프로그램을 통해 오실로스코프에 의해 보여 TDC 계산 단위 대 시간 (제 3 단계 참조) 교정. 각 위치의 평균 시간차 (단계 2.3), 방사성 소스 및 검출기 중 하나 사이의 거리를 분리하여 측정하여 보정을한다. 이 교정을 할 수있는 표준 버스 GPIB (범용 계측 버스)를 통해 다른 모듈과 컴퓨터 사이에 소프트웨어 통신을 설정합니다. </li></ol> 3. 가상 악기 인터페이스 구축 <ol><li> 다운로드하여 LabVIEW 소프트웨어 또는 유사한 소프트웨어를 사용합니다. 참고 : LabVIEW를 사용하려면, 그것은 &quot;G 프로그래밍 언어&quot;약간의 지식이 필요하다. 이 언어에는, 코드를 기입하는이 ​​없으며, 수행되는 모든 작업은 소프트웨어 도구 창백한에서 수행 할 수있다TTE. 실용적인 예제와 쉬운 가이드 도움말 도구에서 찾을 수 있습니다. </li><li> TDC의 출력 데이터를 저장하기 위해 전면 패널 도구 팔레트에서 배열 유틸리티 (프로그래밍 변수 컨테이너)를 선택합니다. 참고 : &quot;전면 패널은&quot;사용자와 &quot;블록 다이어그램&quot;에 가상 악기의 그래픽 인터페이스는 소프트웨어 프로그래밍을 위해 사용됩니다. </li><li> 플롯 메뉴 논리 악기를 선택하여 데이터 수집 (TDC로부터 시각 데이터)를 그린다. 소스의 모든 위치와 관련된 그래프 데이터를 식별합니다. 일부 센티미터 탐지기 라인에서 소스 거리를 변경하여이 작업을 수행합니다. </li><li> 수학적 툴 메뉴에서 통계 함수 (평균)를 사용하여 데이터의 평균을, 평균 값에 중심 간격을 선택한다. 그런 다음, 논리는 다음 프로그램에 따라,이 간격 외부 값으로 모든 데이터를 제거하기 위해 배열 메뉴에서 필요한 도구를 사용합니다. </li><li> 일에서 선택 지표전자 블록도 도구 팔레트는 각 어레이에 저장된 데이터의 수를 표시하고 저장된 데이터의 최대 수와 몇 컨테이너를 식별한다. </li><li> 단계 3.5에서 선택된 각 배열 데이터의 평균을 얻고,이 LabVIEW 블록 다이어그램 도구 팔레트하여 각 소스 위치에 대한 시간 간격 값들의 세트를 확립하기 위해이 정보를 사용한다. </li><li> 측정 시퀀스 단계 3.6에서 얻어진 평균값을 저장하는 전면 패널 도구 팔레트에서 표시기 어레이를 선택한다. </li><li> 단계 3.7에서 각각의 간격으로 각각의 위치를​​ 관련 블록 다이어그램 도구 팔레트에서 케이스 구조를 선택하고 전면 패널 도구 팔레트에서 배열에 LED 하나의 가상 각 간격을 연결합니다. </li><li> 각 신호는 TDC 채널에 도착하는 데 걸리는 시간을주의 : 방사성 소스가 하나의 검출기에 가까운 중간에서 이동할 때, LED의 프로그래밍 어레이 (도 5에 가상 원의 움직임을 관찰 </stroNG&gt;) 컴퓨터에서 오른쪽으로 이동. </li><li> 총 시간 획득을위한 전면 패널 도구 팔레트로부터의 제어 (가변 프로그래밍 소자)를 포함한다. 참고 : 위치의 효율성이 제어 시간 도구에 따라 달라집니다 : 인수 걸리는 시간은, 방사성 소스를 시뮬레이션 더 정확하게 가상 객체가 정확한 위치를 제공합니다. </li></ol> 4. 그래픽 결과 <ol><li> 캘리브레이션을 위해, 검출기에 결합 쌍 중 하나에 대한 중간 위치에서 상대 소스를 배치했다. 30 분 동안 측정을 수행하고, 데이터를 취득하여, 매 2 분 누적 값의 ​​평균값을 취. 다른 소스의 위치에 대해이 과정을 반복하고 모든 위치에서 각 검출기의 평균 값을 플롯합니다 (그림 6, 7). 검출기 값의 차이는도 8에 플롯된다. </li><li> 더 나은 resu를 얻으려면LTS, 유사한 데이터 값을 갖는 2 개의 검출기가 선택 커플을 형성한다. 이를 테스트하기 위해, 스케일러 입력 검출기 출력을 연결하여 일정 시간 스케일러 모듈 검출 이벤트의 수를 측정하는이 경우 0.5 V. 시작으로, 그 낮은 값 PMT 제어 전압을 넣어. 0.01 V로 전압을 높이고 다시 측정한다. 이 경우 0.9 V.에서, 제어 가능한 최대 값에 도달하기 위해이 과정을 반복 <ol><li> 반 로그 스케일에서 제어 전압 대 검출 된 이벤트의 수를 플롯 (도 9 참조). 커플 유사한 분포를 갖는 검출기의 쌍. </li></ol></li><li> 시스템의 감도를 테스트하려면, 다섯이있다이 경우 라인을 따라 몇 가지 동일한 간격의 중간 위치에있는 방사성 소스를 넣습니다. 각 위치에서 5 분 동안 데이터를 획득하고 (도 10 및도 11 참조)에 대해 각각 독립적 검출기 얻어진 값의 평균값과 중앙값을 플롯. </li></ol>

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There are no competing financial interests.

이 시스템의 한 가지 중요한 측면은 공간 및 시간 해상도를 통해 매우 좋은 제어를하는 것이다. PET의 공간 해상도는 시험 5시 방사성 붕괴와 소멸의 물리적 특성에 의해뿐만 아니라 우연의 일치 등록의 기술적 측면 (1.1 및 1.2 단계)에서와 같은 객체의 움직임과 같은 오류의 외부 소스에 의해 제한된다. 따라서, 측정 된 정확한 위치 TOF 차 (단계 2.4)에 의존 할 것이다. 하나의 기술은 양호한 ?...

양전자 방출 단층 촬영 장치는 본체의 내부 조직과 장기의 디지털 이미지를 얻기 위해 사용되는 비 침습적 영상 법이다. 다양한 비 침습적 방법은 그 하나는 축 컴퓨터 단층 촬영 (TAC) 및 자기 공명 영상 (MRI) 등의 환자의 내부 작동에 대한 이미지 정보를 획득 할 수 있도록 존재한다. 모두 좋은 공간 해상도를 제공하고 추가로 해부학 및 생리 학적 연구에 응용 프로그램에 사용됩니다. 비교적 PET 적은 공간 해상도를 제공하지만, 관심의 영역에서 발생하는 대사에 관한 더 많은 정보를 제공합니다. PET 널리 기능과 형태 학적 정보를 얻기 위해 사용된다 주요 임상 응용 프로그램은 종양학, 신경 및 심장의 분야에 있습니다. 또한, 애완 동물의 이미지는, 의사가 예를 들어, 더 나은 진단을 제공하는 데 도움 종양 치료 계획을 설정할 수 있습니다. PET 시스템의 기본 작동 원리는 두 포의 검출이며양전자 전자 소멸 쌍에서 오는 톤 또는 감마선은 모두 일반적으로의 PMT와 결합 신틸 레이터 결정으로 구성 감지기, 대한 반대 방향으로 비행. 신틸 레이터 결정 광전 프로세스를 통해 전기 펄스를 광 신호로 변환 PMT로 이동 가시광으로 감마 방사선을 변환. 판독 시스템에 전송하기 전에 전하의 크기를 증가라는 dynodes가 존재 PMT 전자 장치 내부. 신체의 혈관 내로 주입 된 유체의 동위 원소, 양전자 방출하여 (양으로 하전 전자)는, 본체에 전자와 전멸 때 두 검출 된 광자가 생성되었다. 우연에 판독 시스템 조치 개의 백투백 광자의 도착 시간 인 시간 기준에 대하여 그것이 차이를 획득하기 위해 두 번, 또한 기판들. 시스템은 공간 위치를 계산하는 WH이 시간차를 사용감수 방사원 두 광자를 방출하고, 따라서 전자 양전자 소멸이 발생한다. PET 시스템의 일부 기능은 이미지의 품질을 최적화하기 위해 공간적 및 시간 해상도를 증가하도록 정의되어야한다. 고려해야 할 하나의 특징은 두 개의 광자가 소멸 공정 후에 이동 거리로 정의 응답의 라인 (LOR)이다. 고려해야 할 또 다른 특징은 비행 (TOF)의 시간이다. 화상의 품질은 또한 외부 기능, 주로 신체 기관 및 치료 세션 동안 한 환자의 움직임에 의존한다. PET 시스템에서 사용되는 동위 원소는 베타 + 에미 불린다. 이 동위 원소 (초 정도) 짧은 반감기를 가지고있다. 안정적인 요소가 핵 반응을 일으키는 양성자 또는 deuterons 포격 때 그들은 입자 가속기 (사이클로트론)에서 생산됩니다. 이러한 반응은 C-11, N-13, O-15, F-18 다른 사람의 사이에서 불안정한 동위 원소로 안정적인 요소를 변환2. PET의 두 가지 유형이 있습니다. (1) 종래 :이 소멸이 발생한 따라 라인을 식별하는 데에만 TOF 정보를 사용하지만 개의 광자의 원점 위치를 결정할 수 없다. 그것은이를 추정하기 위해 추가 분석 또는 반복 재구성 알고리즘을 필요로한다. (2) TOF 애완 동물 : 방출되는 양전자의 소멸 위치를 찾을 수 TOF 차이를 이용한다. 시간 해상도를 파악 확률 함수 3 커널로 재구성 알고리즘에서 사용된다. 우리의 주요 목적은 공간에서 방사선 소스를 찾는 데 사용되는 PET의 주요 기능을 설명하는 것이다. 여기에 제안 된 애완 동물 시스템 설정의 주요 범위는 학술 대중을위한 기본 PET 건설 가이드를 제공하고, 간단한 방법, 주요 속성에서 설명하는 것입니다.

<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

간단한 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 프로토 타입은 완전히 기본적인 작동 원리를 특성화하기 위해 구성되었습니다. 애완 동물 프로토 타입이 애완 동물의 기하학적 중심에 배치되어있는 방사성 소스로부터 방출되는 두 개의 감마선을 검출하기 위해 반대 위치에 배치됩니다 광전자 증 배관 또는 PMT의에 플라스틱 신틸 레이터 결정을 결합하여 만든 셋업을. 프로토 타입은 네 20cm 직경의 원에 기하학적으로 배치 감지기, 중앙에 방사성 소스로 구성되어 있습니다. 중심으로부터 방사선 소스 cm 이동시킴으로써 시스템 중 하나는이 정보를 사용하여 시스템은 그래픽 인터페이스의 가상 위치를 계산할 수 있으며, 임의의 두 개의 PMT 년대 사이 비행 차의 시간을 측정함으로써 변위를 검출 할 수 있고. 이러한 방식으로, 프로토 타입 PET 시스템의 주요 원리를 재생한다. 그것은 드의 2 라인에 4cm 간격으로 소스의 실제 위치를 결정하도록 할 수있다tection 미만에서 2 분을 복용.

두 가지 주요 결과는이 PET 시스템으로 달성된다. 첫째, 가상 방사성 소스의 시각 효과 사이의 효율적인 동기화는 실제 방사성 샘플을 이동할 때. 이 프로그램을 통해 사용자가 획득 시간의 제어, 같은 위치에 반복 수, 데이터는 그 중에서도, 평균 획득 주위 간격의 변동이있다. 둘째 일치 로직 간단한 구조의 구성이 소스의 최종 위치를 계산하기 위해이 거리를 시간차를 변...

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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.

기본 양전자 방출 단층 촬영 시스템은 양방향 차원 공간에서 방사성 소스의 위치를​​ 구축

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

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Research

JoVE Journal

Engineering

8.5K 조회수.  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.

애완 동물 및 MRI 유도 세포종 쥐 모델의 방사선 마이크로 irradiator를 사용 하 여

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

연구

암 연구학

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.

저비용, 고감도, 무지향성 콤프턴 카메라를 사용하여 저수준 감마 방사선 소스 시각화

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

환경과학

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.

작은 동물 방사선 연구 플랫폼을 사용하여 교모 세포종 쥐 모델에서 양전자 방출 단층 촬영 기반 용량 페인팅 방사선 요법

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

Automation of a Positron-emission Tomography (PET) Radiotracer Synthesis Protocol for Clinical Production

The development of new positron-emission tomography (PET) tracers is enabling researchers and clinicians to image an increasingly wide array of biological targets and processes. However, the increasing number of different tracers creates challenges for their production at radiopharmacies. While historically it has been practical to dedicate a custom-configured radiosynthesizer and hot cell for the repeated production of each individual tracer, it is becoming necessary to change this workflow. Recent commercial radiosynthesizers based on disposable cassettes/kits for each tracer simplify the production of multiple tracers with one set of equipment by eliminating the need for custom tracer-specific modifications. Furthermore, some of these radiosynthesizers enable the operator to develop and optimize their own synthesis protocols in addition to purchasing commercially-available kits. In this protocol, we describe the general procedure for how the manual synthesis of a new PET tracer can be automated on one of these radiosynthesizers and validated for the production of clinical-grade tracers. As an example, we use the ELIXYS radiosynthesizer, a flexible cassette-based radiochemistry tool that can support both PET tracer development efforts, as well as routine clinical probe manufacturing on the same system, to produce [18F]Clofarabine ([18F]CFA), a PET tracer to measure in vivo deoxycytidine kinase (dCK) enzyme activity. Translating a manual synthesis involves breaking down the synthetic protocol into basic radiochemistry processes that are then translated into intuitive chemistry &#34;unit operations&#34; supported by the synthesizer software. These operations can then rapidly be converted into an automated synthesis program by assembling them using the drag-and-drop interface. After basic testing, the synthesis and purification procedure may require optimization to achieve the desired yield and purity. Once the desired performance is achieved, a validation of the synthesis is carried out to determine its suitability for the production of the radiotracer for clinical use.

Automation of a Positron-emission Tomography PET Radiotracer Synthesis Protocol for Clinical Production

Positron-emission tomography (PET) imaging sites that are involved in multiple early clinical research trials need robust and versatile radiotracer manufacturing capabilities. Using the radiotracer [18F]Clofarabine as an example, we illustrate how to automate the synthesis of a radiotracer using a flexible, cassette-based radiosynthesizer and validate the synthesis for clinical use.

양전자 방출 단층 촬영 (PET) Radiotracer 합성 프로토콜의 임상 생산을 위한 자동화

The development of new positron-emission tomography (PET) tracers is enabling researchers and clinicians to image an increasingly wide array of biological ...

화학

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.

작은 동물 양전자 방출 단층 촬영 / 컴퓨터 단층 촬영에서 지속적인 혈액 샘플링은 동맥 입력 기능의 측정을 가능하게

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

의학

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.

펩타이드 수용체 방사성 핵종 치료 (PRRT)에 대한 전신 Dosimetry 프로토콜 : 2D 평면 이미지 및 하이브리드 2D + 3D SPECT / CT 이미지 방법

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 ...

신경과학

Neutron Radiography and Computed Tomography of Biological Systems at the Oak Ridge National Laboratory's High Flux Isotope Reactor

Neutrons have historically been used for a broad range of biological applications employing techniques such as small-angle neutron scattering, neutron spin echo, diffraction, and inelastic scattering. Unlike neutron scattering techniques that obtain information in reciprocal space, attenuation-based neutron imaging measures a signal in real space that is resolved on the order of tens of micrometers. The principle of neutron imaging follows the Beer-Lambert law and is based on the measurement of the bulk neutron attenuation through a sample. Greater attenuation is exhibited by some light elements (most notably, hydrogen), which are major components of biological samples. Contrast agents such as deuterium, gadolinium, or lithium compounds can be used to enhance contrast in a similar fashion as it is done in medical imaging, including techniques such as optical imaging, magnetic resonance imaging, X-ray, and positron emission tomography. For biological systems, neutron radiography and computed tomography have increasingly been used to investigate the complexity of the underground plant root network, its interaction with soils, and the dynamics of water flux in situ. Moreover, efforts to understand contrast details in animal samples, such as soft tissues and bones, have been explored. This manuscript focuses on the advances in neutron bioimaging such as sample preparation, instrumentation, data acquisition strategy, and data analysis using the High Flux Isotope Reactor CG-1D neutron imaging beamline. The aforementioned capabilities will be illustrated using a selection of examples in plant physiology&#160;(herbaceous plant/root/soil system)&#160;and biomedical applications&#160;(rat femur and mouse lung).

This manuscript describes a protocol for neutron radiography and computed tomography of biological samples using a High Flux Isotope Reactor (HFIR) CG-1D beamline to measure a metal implant in a rat femur, a mouse lung, and an herbaceous plant root/soil system.

Oak Ridge National Laboratory의 High Flux Isotope Reactor에서 생물학적 시스템의 중성자 방사선 촬영 및 컴퓨터 단층 촬영

Neutrons have historically been used for a broad range of biological applications employing techniques such as small-angle neutron scattering, neutron ...

생물학

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>

양전자 방출 단층 촬영

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

기본 양전자 방출 단층 촬영 시스템은 양방향 차원 공간에서 방사성 소스의 위치를 구축

요약

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이 비디오의 챕터

애완 동물 및 MRI 유도 세포종 쥐 모델의 방사선 마이크로 irradiator를 사용 하 여

저비용, 고감도, 무지향성 콤프턴 카메라를 사용하여 저수준 감마 방사선 소스 시각화

작은 동물 방사선 연구 플랫폼을 사용하여 교모 세포종 쥐 모델에서 양전자 방출 단층 촬영 기반 용량 페인팅 방사선 요법

양전자 방출 단층 촬영 (PET) Radiotracer 합성 프로토콜의 임상 생산을 위한 자동화

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

작은 동물 양전자 방출 단층 촬영 / 컴퓨터 단층 촬영에서 지속적인 혈액 샘플링은 동맥 입력 기능의 측정을 가능하게

펩타이드 수용체 방사성 핵종 치료 (PRRT)에 대한 전신 Dosimetry 프로토콜 : 2D 평면 이미지 및 하이브리드 2D + 3D SPECT / CT 이미지 방법

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

Oak Ridge National Laboratory의 High Flux Isotope Reactor에서 생물학적 시스템의 중성자 방사선 촬영 및 컴퓨터 단층 촬영

양전자 방출 단층 촬영

기본 양전자 방출 단층 촬영 시스템은 양방향 차원 공간에서 방사성 소스의 위치를​​ 구축

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