pemindaian PET
| English | Bahasa Indonesia |
|---|---|
| tracer/ˈtreɪsə/ | pelacak |
| metabolism/məˈtæbəlɪzəm/ | metabolisme |
| positron emission tomography/ˈpɒzɪtrɒn ɪˈmɪʃn təˈmɒɡrəfi/ | peti pemancaran positron |
| positron/ˈpɒzɪtrɒn/ | positron |
| antiparticle/ˌæntɪˈpɑːtɪkl/ | antipartikel |
| annihilate/əˈnaɪəleɪt/ | annihilasi |
| energy/ˈenədʒi/ | tenaga |
| momentum/məʊˈmentəm/ | momentum |
| electron/ɪˈlektrɒn/ | elektron |
Dua foton, tepat berlawanan arah
- Pemindai PET tidak mengamati pelacak. Ia mengawasi dua foton gamma yang tiba di sisi berlawanan cincin pada saat yang sama.
- Pasangan itu pasti berasal dari satu titik di mana saja pada garis lurus yang menghubungkan kedua detektor. Satu kebetulan, satu garis.
- Kumpulkan jutaan garis seperti itu dari setiap sudut dan irisannya adalah peta tiga dimensi dari tempat pelacak pergi.
- Seluruh metode ini bergantung pada satu hukum kekekalan yang memaksa foton-foton tersebut berada berlawanan arah. Inilah alasannya.
Pelacak
- Tracer adalah zat yang mengandung inti radioaktif yang dimasukkan ke dalam tubuh, biasanya terikat pada molekul seperti glukosa, dan diserap oleh jaringan yang diteliti.
- Tumor memiliki metabolisme yang tinggi, sehingga menyerap lebih banyak tracer berlabel glukosa daripada jaringan di sekitarnya, dan muncul terang.
- Untuk positron emission tomography (PET), tracer harus merupakan pemancar beta-plus, sehingga memancarkan positron. Fluorine-18 pada analog glukosa adalah standar yang digunakan.
- Waktu paruh adalah kompromi: cukup pendek agar aktivitasnya tinggi selama pemindaian dan dosis pasien setelahnya kecil, tetapi tidak terlalu pendek hingga meluruh sebelum mencapai jaringan. Fluorine-18 memiliki $110$ menit, oxygen-15 hanya $2$, sehingga oxygen-15 dibuat secara langsung di tempat.
Pelacak PET adalah:
Ini adalah pemancar β$^{+}$ pada molekul (seperti glukosa) yang lebih banyak diserap oleh jaringan aktif.
Mengapa waktu paruh pelacak dipilih sebagai kompromi? Pilih semua yang berlaku.
Fluorine-18 memiliki 110 menit; oksigen-15 hanya 2 menit dan harus dibuat di tempat. Meninggalkan aktivitas di tubuh pasien setelahnya adalah hal yang harus dihindari, bukan ditargetkan.
Annihilasi
- Ketika sebuah partikel bertemu dengan antipartikelnya, mereka berannihilasi: massa mereka berubah menjadi energi elektromagnetik. Massa-energi dan momentum keduanya kekal.
- Penjelasan empat nilai: positron bergerak beberapa milimeter dan bertemu elektron di jaringan; pasangan tersebut berannihilasi, massa berubah menjadi energi; ini tampak sebagai dua foton sinar-gamma; karena momentum harus kekal dan pasangan tersebut hampir tidak memiliki momentum, foton-foton tersebut bergerak ke arah yang berlawanan dengan momentum yang sama besar.
- Satu foton saja tidak dapat mengawalkan momentum. Kalimat itulah yang dimaksud untuk poin keempat, dan inilah alasan mengapa seluruh teknik ini bekerja.
Satu peristiwa, satu garis lurus
jalur pemindaian PET
Ikuti emisi positron hingga cincin foton terdeteksi.
Ketika positron yang dipancarkan bertemu elektron, mereka:
Materi dan antimateri saling menghancurkan: massa mereka berubah menjadi dua foton.
Dua foton annihilasi bergerak ke arah berlawanan.
Pasangan hampir diam, jadi untuk melestarikan momentum, foton bergerak berlawanan arah.
Urutkan penjelasan empat poin tentang annihilasi dalam PET.
Langkah terakhir adalah yang mendapatkan poin keempat: foton tunggal tidak bisa melestarikan momentum, yang justru menjadi alasan teknik ini bekerja.
Energi setiap foton
- Kekekalan energi membagi energi diam pasangan antara dua foton yang identik:
- Jadi setiap foton membawa $m_e c^2 = 8.2\times10^{-14}\ \text{J} = 0.51\ \text{MeV} = 511\ \text{keV}$.
- Setiap foton PET memiliki energi yang sama ini, yang memungkinkan scanner menolak apa pun yang bukan $511\ \text{keV}$ sebagai hamburan atau latar belakang.
Setiap foton dari annihilasi elektron–positron memiliki energi (dalam keV):
Setiap foton membawa $m_e c^{2} \approx 0.511\ \text{MeV} = 511\ \text{keV}$.
Setiap foton annihilasi membawa energi ____ keV.
Itu adalah m_e c^2, energi diam SATU partikel. Total pasangan adalah 1,02 MeV. Menulis 2 m_e c^2 per foton adalah kesalahan standar.
Contoh soal: foton annihilasi
- Temukan total energi yang dilepaskan ketika positron dan elektron yang bergerak lambat berannihilasi, serta panjang gelombang setiap foton.
- Total: $E = 2m_e c^2 = 2(9.11\times10^{-31})(3.00\times10^{8})^2 = 1.64\times10^{-13}\ \text{J} = 1.02\ \text{MeV}$.
- Dibagi sama rata: $8.2\times10^{-14}\ \text{J}$ masing-masing.
- $\lambda = \dfrac{hc}{E} = \dfrac{(6.63\times10^{-34})(3.00\times10^{8})}{8.2\times10^{-14}} = 2.4\times10^{-12}\ \text{m}$, sebuah sinar-gamma.
- Jika partikel-partikel tersebut telah bergerak dengan $4.9\times10^{7}\ \text{m/s}$, masing-masing akan menambah hanya $1.1\times10^{-15}\ \text{J}$, sekitar $1\%$ dari energi diamnya. Energi diam mendominasi, yang menjelaskan mengapa setiap annihilasi menghasilkan hampir tepat $511\ \text{keV}$.
Sebuah foton annihilasi memiliki energi 8,2e-14 J. Berapakah panjang gelombangnya, dalam satuan 1e-12 m?
lambda = hc/E = 2,4e-12 m, jelas berada dalam rentang gamma. Setiap foton PET memiliki energi yang sama ini, yang memungkinkan pemindai menolak sinyal lain sebagai hamburan.
Mendeteksi suatu koinsiden
- Kedua foton meninggalkan tubuh ke arah yang berlawanan dan mengenai cincin detektor di sekitar pasien.
- Mencatat kedatangan serentak dua sinyal, sebuah koinsiden, menetapkan garis tempat annihilasi terjadi. Deteksi tunggal sendiri tidak memberikan informasi tentang posisi.
- Membandingkan kedua waktu kedatangan secara lebih presisi menyempitkan posisi sepanjang garis tersebut. Inilah PET waktu-tempat (time-of-flight).
- Foton-foton harus keluar dari tubuh untuk dideteksi sama sekali, itulah sebabnya sinar-gamma digunakan alih-alih positron itu sendiri: sebuah positron hanya bergerak beberapa milimeter sebelum ia berannihilasi.
Dua foton terdeteksi secara bersamaan — sebuah ____ — menentukan garis tempat annihilasi terjadi.
Banyak garis koincidensi seperti itu, dari berbagai sudut, memungkinkan komputer membuat peta 3-D pelacak.
Satu foton gamma terdeteksi cukup untuk melokalisasi peristiwa annihilasi.
Satu deteksi tidak memberikan posisi sama sekali. Diperlukan dua kedatangan serentak di sisi berlawanan, yaitu koincidensi, untuk menentukan garis tempat peristiwa itu terjadi.
Membangun gambar
- Banyak koinsiden, dari banyak sudut, memberikan banyak garis. Komputer menemukan di mana garis-garis tersebut konsentrasi, dan di situlah letak tracers.
- Hasilnya adalah peta tiga dimensi, bukan anatomi melainkan konsentrasi tracer, yang berarti aktivitas metabolik.
- Inilah perbedaan dari pemindaian CT yang perlu dicatat: CT menampilkan struktur, PET menampilkan fungsi. Pemindai modern sering melakukan keduanya dan menumpuknya.
Cocokkan setiap pemindaian dengan apa yang ditampilkan.
Koincidensi memberikan GARIS, bukan titik; titik berasal dari persilangan banyak garis. Pemindai modern sering menumpangkan kedua gambar tersebut.
⟦⟧ Nilai yang sering terlewat
- Kedua foton pergi ke arah yang berlawanan karena momentum harus kekal. Sebutkan hukum kekekalan, bukan hanya arahnya.
- Setiap foton adalah $511\ \text{keV}$, yang merupakan $m_e c^2$, bukan $2m_e c^2$. Total pasangan tersebut adalah $1.02\ \text{MeV}$.
- Tracer adalah pemancar beta-plus. Pemancar gamma tidak akan berannihilasi dan tidak dapat dilokalisasi dengan koinsiden.
- Waktu paruh adalah kompromi: pendek untuk dosis rendah, tetapi cukup lama untuk mencapai jaringan.
- Sebuah koinsiden memberikan garis, bukan titik. Titik berasal dari di mana banyak garis bersilangan.
Anda telah memahaminya
- a tracer adalah inti radioaktif yang dimasukkan ke dalam tubuh dan diserap oleh jaringan yang diteliti; PET memerlukan pemancar beta-plus seperti fluorine-18
- a positron berannihilasi dengan elektron, dan kekekalan momentum memaksa dua foton gamma ke arah yang berlawanan
- setiap foton membawa $m_e c^2 = 0.51\ \text{MeV}$, dengan panjang gelombang sekitar $2.4\times10^{-12}\ \text{m}$
- a coincidence at the detector ring fixes the line of the event, and many lines from many angles build a 3-D map of tracer concentration