Positroniemissiotomografia
Pirhonen, Jenni (2021)
Pirhonen, Jenni
2021
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-05-24
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105165042
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105165042
Tiivistelmä
Positroniemissiotomografia on kuvantamistekniikka, jossa hyödynnetään nopeasti hajoavia radioaktiivisia aineita muun muassa metabolisten prosessien ja muiden fysiologisten toimintojen visualisoimiseen ja mittaamiseen. Menetelmä on yleinen esimerkiksi lääketieteen diagnostisessa tutkimuksessa. Positroniemissiotomografia menetelmänä perustuu radioaktiivisten isotooppien hajoamiseen siten, että radionuklidi emittoi positronin ja neutriinon. Prosessissa radionuklidin massaluku säilyy ennallaan, vaikka järjestysluku pienenee ytimen protonin muuttuessa neutroniksi. Tällaista hajoamista kutsutaan positroniemissioksi. Emittoituneet positronit vuorovaikuttavat tutkittavan kudoksen elektronien kanssa. Positroni ja elektroni pariutuvat keskenään hiukkasena ja antihiukkasena, mikäli niillä on sopivat liikemäärät. Tällöin syntyy kaksi gammakvanttia. Gammakvantit ovat aalto-hiukkasdualismin periaatteen mukaisesti sähkömagneettista säteilyä, joka on gammasäteilyn aallonpituusalueella. Syntynyt gammasäteily voidaan havaita positroniemissiotomografiassa siinä käytettävän laitteiston ilmaisimien avulla. Ne havaitsevat annihilaatiossa syntyvät gammasäteet ja lähettävät niistä informaation tulkittavaksi ja prosessoitavaksi laitteistossa eteenpäin komponentilta toiselle. Gammasäteilyn informaation pohjalta voidaan muodostaa kolmiulotteinen kuva tutkittavasta kohteesta tulosten analysointia varten. Positroniemissiotomografia eli PET on siis hyvin vähäisesti invasiivinen kuvantamismenettely, jolla on laajasti erilaisia kliinisiä ja tutkimussovelluksia. PET mahdollistaa biologisen toiminnan tutkimuksen sekä tautien diagnostiikassa että terveillä tutkimuskohteilla.
Tämän työn tavoitteena on esitellä positroniemissiotomografia menetelmänä yleisesti ja mahdollisimman kattavasti. Työn painopisteenä on menetelmän periaatteiden läpikäyminen erityisesti fysiikan eri osa-alueiden näkökulmasta. Fysiikan aiheista työssä korostuu suurimmaksi osaksi hiukkas-, ydin- ja säteilyfysiikan osa-alueet. Työssä käsitellään menetelmään liittyvää teoriaa sekä käytännön järjestelyjä laajalti. Havainnollistamisen vuoksi työssä on myös laskennallinen osuus, joka käsittelee PET:n säteilyturvallisuuteen liittyviä kysymyksiä.
Työssä annetaan ensin yleiskatsaus PET-menetelmien taustalla oleviin fysiikan perusperiaatteista. Seuraavaksi esitellään menetelmässä käytettäviä radiolääkkeitä, käydään läpi niiden valmistamisen perusteita ja pohditaan niiden turvallisuutta laskennallisen esimerkin avulla. Tämän jälkeen perehdytään syvällisemmin positroniemissiotomografiassa käytettävään laitteistoon, sen toimintaan, sekä itse kuvantamisen tekniikkaan ja vaihtoehtoisiin kuvien rekonstruktiomenetelmiin. Viimeisimpänä työssä esitellään vielä menetelmän käytännön sovelluksia. Lopussa aiheista on vielä hieman pohdintaa PET-kuvantamisen eduista ja haitoista sekä lyhyt koonti käsitellyistä aihealueista.
Tämän työn tavoitteena on esitellä positroniemissiotomografia menetelmänä yleisesti ja mahdollisimman kattavasti. Työn painopisteenä on menetelmän periaatteiden läpikäyminen erityisesti fysiikan eri osa-alueiden näkökulmasta. Fysiikan aiheista työssä korostuu suurimmaksi osaksi hiukkas-, ydin- ja säteilyfysiikan osa-alueet. Työssä käsitellään menetelmään liittyvää teoriaa sekä käytännön järjestelyjä laajalti. Havainnollistamisen vuoksi työssä on myös laskennallinen osuus, joka käsittelee PET:n säteilyturvallisuuteen liittyviä kysymyksiä.
Työssä annetaan ensin yleiskatsaus PET-menetelmien taustalla oleviin fysiikan perusperiaatteista. Seuraavaksi esitellään menetelmässä käytettäviä radiolääkkeitä, käydään läpi niiden valmistamisen perusteita ja pohditaan niiden turvallisuutta laskennallisen esimerkin avulla. Tämän jälkeen perehdytään syvällisemmin positroniemissiotomografiassa käytettävään laitteistoon, sen toimintaan, sekä itse kuvantamisen tekniikkaan ja vaihtoehtoisiin kuvien rekonstruktiomenetelmiin. Viimeisimpänä työssä esitellään vielä menetelmän käytännön sovelluksia. Lopussa aiheista on vielä hieman pohdintaa PET-kuvantamisen eduista ja haitoista sekä lyhyt koonti käsitellyistä aihealueista.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [7052]