print logo

Ny kreftscanner halverer strålingen

Partikkelfysikere har utviklet ny medisinsk teknologi som kombinerer PET og MR i en jafs. Gevinst: Bedre bildekvalitet og mindre stråling.

FEMTI PROSENT MINDRE STRÅLING: Partikkelfysikerne Erlend Bolle, David Volgyes, Michael Rissi og Kim-Eigard Hines har utviklet helt ny teknologi som gjør det mulig å halvere strålingen fra en PET-scanner. PET-scanneren er dessuten konstruert så liten at den kan plasseres inne i en MR-maskin. Da kan MR- og PET-bildene tas samtidig. Foto: Yngve Vogt

Dagens undersøkelser av kreft avgir svært mye stråling. Partikkelfysikere ved UiO, med bakgrunn fra Big Bang-forskningen i CERN, har laget helt ny teknologi som kombinerer de medisinske bildeteknologiene PET og MR. Denne kombinasjonen avgir langt mindre stråling enn dagens teknologi.


PET står for positronemisjonstomografi og gir et romlig bilde av hvor kreftcellene er i kroppen. PET-undersøkelser er vanskeligere å tolke om man ikke kan sammenligne plasseringen av kreftceller i forhold til skjelett og bløtvev. Dette kan gjøres ved å sammenligne PET-bildet med et anatomisk bilde, slik som CT (computertomografi) eller MR (magnetresonanstomografi).


CT gir et tredimensjonalt røntgenbilde av kroppen. MR avfotograferer kroppen med radiobølger og et kraftig magnetfelt. MR gir langt bedre bilder av bløtvev enn CT. Minuset med MR er at undersøkelsen er dyrere og tar mye lengre tid. Fordelen er at MR ikke avgir ioniserende stråling.


Kombinasjonen PET og CT er den vanligste på sykehus i dag, men har en betydelig svakhet.


– Strålingen etter en slik undersøkelse er ti ganger høyere enn den gjennomsnittlige bakgrunnsstrålingen over et år. Mange kreftpasienter må igjennom undersøkelsen flere ganger for å teste om behandlingen virker. Da kan den samlete strålingen under behandlingen bli veldig høy, forteller forsker i partikkelfysikk, Erlend Bolle på Fysisk institutt ved UiO.


Dyrescanner for forskning

I dag finnes det to typer PET-teknologier, spesialtilpasset hver sin bruk. Den ene er tilpasset kliniske undersøkelser av pasienter. Den andre teknologien er optimalisert for at forskere kan finne frem til ny og bedre kreftbehandling ved å teste ut nye medisiner på dyr. Siemens og Philips har nylig lansert en ny PET/MR-kombinasjon for pasienter. Partikkelfysikerne ved UiO er de første i verden som har utviklet en spesiallaget PET/MR-løsning for dyrescanning.


– Den høye oppløsningen i PET-scanneren vår gir bedre bilder, og den høye sensitiviteten vil gjøre det mulig å bruke bare halvparten så mye radioaktivitet i undersøkelsene uten at det går ut over bildekvaliteten. Dette vil åpne for nye muligheter i forskningen, og kan også være med på å redusere strålingen i kliniske scannere, spesielt innen mammografi og hjernescanning. Vi håper derfor at Philips og Siemens fatter interesse for teknologien vår, sier Bolle.


Sammen med sine tre kollegaer har han konstruert PET-maskinen så liten at den kan plasseres inne i en MR-maskin. Da kan man ta begge bildene samtidig og slippe å korrigere feilene som oppstår når man slår sammen to bilder i etterkant.


Spiser opp alle fotonene

I en standard PET-undersøkelse blir radioaktive isotoper festet på sukkermolekyler og sprøytet inn i kroppen. PET-bildet tas en time senere, når sukkeret har fordelt seg i hele kroppen. Kreftcellene forbrenner sukker raskere enn friske celler gjør. Det vil derfor skje en opphopning av radioaktive gammapartikler i kreftcellene. Gammapartiklene sender ut to sett fotoner i diametralt motsatte retninger. Dette kalles parallelle fotoner.


For å kunne spore den radioaktive kilden, må PET-scanneren finne hvilke parallelle fotoner som henger sammen. Dette er en av de store utfordringene i dagens PET-scannere.


Så lenge fotonene treffer detektorene vinkelrett, er alt greit. Når de blir fanget opp, er det mulig å beregne hvilke to fotoner som hører sammen. Problemet oppstår når fotonene kolliderer skjevt med detektoren. Da er faren stor for unøyaktige målinger av kollisjonspunktene. Det forringer bildekvaliteten.


Bare halvparten av fotonene avsetter all energien ved første treff. De andre gangene avsettes bare deler av energien, før fotonene skifter retning og avsetter resten av energien i et annet punkt. Dagens detektorer har ingen dybdeinformasjon og kan derfor ikke rekonstruere posisjonen til disse fotonene.


– For å fange opp alle fotonene, måler vi posisjonen i tre dimensjoner i en femlags detektor, forteller Bolle.


For at fotonene skal treffe mest mulig vinkelrett i dagens maskiner, er det viktig at hele pasienten befinner seg nærmest mulig sentrum i maskinen. Det er derfor viktig med stor avstand mellom pasienten og detektoren. Løsningen har en stor svakhet.


– Når det er store åpninger på begge sider av scanneren, havner altfor mange fotoner på avveier. Dette forringer bildekvaliteten. Jo tettere pasienten ligger inntil detektoren, desto høyere blir sensitiviteten på bildet.


I den nye PET-scanneren ved UiO kan de få god bildekvalitet selv om forsøksdyret ligger helt inntil detektorene.


– Vi har klart å doble sensitiviteten. I praksis kan vi ta bildene dobbelt så raskt, eller bare bruke halvparten så stor radioaktiv dose for å få til den samme bildekvaliteten som før.


Nye krystaller

De nye detektorene er laget av helt nye krystaller og lysledere. I hvert av de fem lagene i detektorene er krystallpinnene plassert oppå et tverrgående lag med lysledere.


– Dette er en helt ny måte å måle gammapartikler på.


Detektorene er plassert slik at hulrommet i den nye scanneren blir firkantet.


– I dag står detektorene i en sirkel. Da er det en åpning mellom hver detektorblokk. Fotoner forsvinner gjennom åpningene. Nå har vi full dekning av krystaller på alle kanter. Vi klarer å fange opp flere millioner partikler i sekundet. Men dette skjer ikke i et jevnt tidsintervall. Vi måler hvert nanosekund. Hvis vi ikke måler raskt nok, kan vi få målefeil.
 

Tidlig digitalisering

Alle delene i PET-scanneren settes sammen som legoklosser. Systemet digitaliserer dataene tidligere enn i dagens PET-løsninger.  Dataene kan sendes til et vilkårlig antall
PC-er. Bildebehandlingen skjer parallelt med undersøkelsen.
 

– Selv om vi skal lage en dyrescanner, kan scanneren med letthet bygges om til sykehusbruk, forteller Bolle, som har hentet ideen fra det store Big Bang-eksperimentet i CERN, der enorme detektorer i verdens største fysikkeksperiment skal spore opp verdens minste partikler. Forskningsprosjektet er støttet av Forskningsrådet og Swiss
National Science Foundation.

Av Yngve Vogt
Publisert 20. aug. 2012 07:31 - Sist endret 23. aug. 2012 11:36