PET scanning · escaneamento PET
| English | Português |
|---|---|
| tracer/ˈtreɪsə/ | traçador |
| metabolism/məˈtæbəlɪzəm/ | metabolismo |
| positron emission tomography/ˈpɒzɪtrɒn ɪˈmɪʃn təˈmɒɡrəfi/ | tomografia por emissão de pósitrons |
| positron/ˈpɒzɪtrɒn/ | pósitron |
| antiparticle/ˌæntɪˈpɑːtɪkl/ | antipartícula |
| annihilate/əˈnaɪəleɪt/ | aniquilar |
| energy/ˈenədʒi/ | energia |
| momentum/məʊˈmentəm/ | momento |
| electron/ɪˈlektrɒn/ | elétron |
Two photons, exactly back to back
- A PET scanner does not watch the tracer. It watches for two gamma photons arriving at opposite sides of the ring at the same instant.
- That pair must have come from a single point somewhere on the straight line joining the two detectors. One coincidence, one line.
- Collect a few million of those lines from every angle and the intersection is a three-dimensional map of where the tracer went.
- The whole method rests on one conservation law forcing the photons to be back to back. This lesson is why.
Dois fótons, exatamente face a face
- Um scanner PET não observa o traçador. Ele observa dois fótons gama chegando aos lados opostos do anel ao mesmo tempo.
- Esse par deve ter vindo de um único ponto em algum lugar na linha reta que une os dois detectores. Uma coincidência, uma linha.
- Coletar milhões dessas linhas de todos os ângulos e a interseção é um mapa tridimensional de onde o traçador foi.
- Todo o método baseia-se em uma lei de conservação que força os fótons a estarem face a face. Esta lição explica o motivo.
The tracer
- A tracer 示踪剂 is a substance containing radioactive nuclei that is introduced into the body, usually bound to a molecule such as glucose, and is absorbed by the tissue being studied.
- A tumour has a high metabolism 代谢, so it takes up more glucose-tagged tracer than the tissue around it, and shows up bright.
- For positron emission tomography 正电子发射断层扫描 (PET) the tracer must be a beta-plus emitter, so that it gives out a positron 正电子. Fluorine-18 on a glucose analogue is the standard one.
- The half-life is a compromise: short enough that the activity is high during the scan and the patient's dose afterwards is small, but not so short that it decays before reaching the tissue. Fluorine-18 has $110$ minutes, oxygen-15 only $2$, so oxygen-15 is made on the spot.
O traçador
- Um traçador 示踪剂 é uma substância contendo núcleos radioativos que é introduzido no corpo, geralmente ligado a uma molécula como a glicose, e é absorvido pelo tecido sendo estudado.
- Um tumor tem alta metabolização 代谢, então absorve mais traçador marcado com glicose do que o tecido circundante e aparece brilhante.
- Para tomografia por emissão de pósitrons 正电子发射断层扫描 (PET), o traçador deve ser um emissor de beta-plus, para que libere um pósitron 正电子. Flúor-18 em um análogo de glicose é o padrão.
- A meia-vida é um compromisso: curta o suficiente para que a atividade seja alta durante o exame e a dose subsequente do paciente seja baixa, mas não tão curta que decaia antes de chegar ao tecido. Flúor-18 tem $110$ minutos, oxigênio-15 apenas $2$, então o oxigênio-15 é produzido no local.
A PET tracer is: · Um traçador PET é:
It is a β$^{+}$ emitter on a molecule (like glucose) that active tissue absorbs more of. · É um emissor β$^{+}$ ligado a uma molécula (como glicose) que tecido ativo absorve mais.
Why is a tracer's half-life chosen as a compromise? Select all · todos that apply. · Por que é que a meia-vida de um traçador é escolhida como compromisso? Selecione todos os aplicáveis.
Fluorine-18 has 110 minutes; oxygen-15 has only 2 and must be made on the spot. Leaving activity in the patient afterwards is the thing to avoid, not to aim for. · Flúor-18 tem 110 minutos; oxigénio-15 tem apenas 2 e deve ser produzido no local. Deixar atividade no paciente depois é o que se deve evitar, não almejar.
Annihilation
- When a particle meets its antiparticle 反粒子 they annihilate 湮灭: their mass becomes electromagnetic energy. Mass-energy and momentum are both conserved.
- The four-mark explanation: the positron travels a few millimetres and meets an electron 电子 in the tissue; the pair annihilates, mass converting to energy; this appears as two gamma-ray photons; because momentum 动量 must be conserved and the pair had almost none, the photons travel in opposite directions with equal momenta.
- A single photon could not conserve momentum. That sentence is what the fourth mark is for, and it is the reason the whole technique works.
One event, one straight line
Aniquilação
- Quando uma partícula encontra sua antipartícula 反粒子, elas aniquilam 湮灭: sua massa se transforma em energia eletromagnética. Energia-massa e momento são ambos conservados.
- A explicação de quatro pontos: o pósitron viaja alguns milímetros e encontra um elétron 电子 no tecido; o par aniquila, a massa converte-se em energia; isso aparece como dois fótons de raios-gama; como o momento 动量 deve ser conservado e o par tinha quase nenhum, os fótons viajam em direções opostas com momentos iguais.
- Um único fóton não poderia conservar o momento. Essa frase é o que o quarto ponto exige, e é a razão pela qual toda a técnica funciona.
Um evento, uma linha reta
PET scan route · Rota de escaneamento PET
Follow positron emission to a ring of detected photons. · Siga a emissão de positrões até a um anel de fotões detetados.
When the emitted positron meets an electron, they: · Quando o positrão emitido encontra um eletrão, eles:
Matter and antimatter annihilate: their mass turns into two photons. · Matéria e antimatéria aniquilam-se: a sua massa transforma-se em dois fotões.
The two annihilation photons travel in opposite directions. · Os dois fotões de aniquilação viajam em direções opostas.
The pair was almost at rest, so to conserve momentum the photons go back-to-back. · O par estava quase em repouso, logo para conservar o momento os fotões saem em sentidos opostos.
Put the four-mark explanation of annihilation in PET in order. · Organize a explicação de quatro pontos para a aniquilação em PET.
The last step is the one that earns the fourth mark: a single photon could not conserve momentum, which is exactly why the technique works. · O último passo é o que vale o quarto ponto: um único fotão não poderia conservar o momento, o que é exatamente por isso que a técnica funciona.
The energy of each photon
- Energy conservation shares the pair's rest energy 能量 between two identical photons:
- So each photon carries $m_e c^2 = 8.2\times10^{-14}\ \text{J} = 0.51\ \text{MeV} = 511\ \text{keV}$.
- Every PET photon has this same energy, which is what lets the scanner reject anything that is not $511\ \text{keV}$ as scatter or background.
A energia de cada fóton
- A conservação de energia compartilha a energia de repouso do par entre dois fótons idênticos:
- Cada fóton carrega $m_e c^2 = 8.2\times10^{-14}\ \text{J} = 0.51\ \text{MeV} = 511\ \text{keV}$.
- Todo fóton PET tem essa mesma energia, o que permite ao scanner rejeitar tudo que não for $511\ \text{keV}$ como dispersão ou fundo.
Each photon from electron–positron annihilation has an energy of (in keV): · Cada fotão resultante da aniquilação eletrão-positrão tem uma energia de (em keV):
Each carries $m_e c^{2} \approx 0.511\ \text{MeV} = 511\ \text{keV}$. · Cada um transporta $m_e c^{2} \approx 0.511\ \text{MeV} = 511\ \text{keV}$.
Each annihilation photon carries an energy of ____ keV. · Cada fotão de aniquilação transporta uma energia de ____ keV.
That is m_e c^2, the rest energy of ONE particle. The pair's total is 1.02 MeV. Writing 2 m_e c^2 per photon is the standard error. · Esse é m_e c^2, a energia de repouso de UMA partícula. O total do par é 1.02 MeV. Escrever 2 m_e c^2 por fóton é o erro padrão.
Worked example: the annihilation photons
- Find the total energy released when a slow-moving positron and electron annihilate, and the wavelength of each photon.
- Total: $E = 2m_e c^2 = 2(9.11\times10^{-31})(3.00\times10^{8})^2 = 1.64\times10^{-13}\ \text{J} = 1.02\ \text{MeV}$.
- Shared equally: $8.2\times10^{-14}\ \text{J}$ each.
- $\lambda = \dfrac{hc}{E} = \dfrac{(6.63\times10^{-34})(3.00\times10^{8})}{8.2\times10^{-14}} = 2.4\times10^{-12}\ \text{m}$, a gamma ray.
- If the particles had been moving at $4.9\times10^{7}\ \text{m/s}$, each would add only $1.1\times10^{-15}\ \text{J}$, about $1\%$ of its rest energy. The rest energy dominates, which is why every annihilation gives very nearly $511\ \text{keV}$.
Exemplo resolvido: os fótons de aniquilação
- Encontre a energia total liberada quando um pósitron e um elétron em movimento lento se aniquilam, e o comprimento de onda de cada fóton.
- Total: $E = 2m_e c^2 = 2(9.11\times10^{-31})(3.00\times10^{8})^2 = 1.64\times10^{-13}\ \text{J} = 1.02\ \text{MeV}$.
- Compartilhado igualmente: $8.2\times10^{-14}\ \text{J}$ cada.
- $\lambda = \dfrac{hc}{E} = \dfrac{(6.63\times10^{-34})(3.00\times10^{8})}{8.2\times10^{-14}} = 2.4\times10^{-12}\ \text{m}$, um raio gama.
- Se as partículas tivessem se movido a $4.9\times10^{7}\ \text{m/s}$, cada uma adicionaria apenas $1.1\times10^{-15}\ \text{J}$, cerca de $1\%$ de sua energia de repouso. A energia de repouso domina, que é por que toda aniquilação resulta muito próximo de $511\ \text{keV}$.
An annihilation photon has energy 8.2e-14 J. What is its wavelength, in units of 1e-12 m? · Um fóton de aniquilação possui energia 8.2e-14 J. Qual é o seu comprimento de onda, em unidades de 1e-12 m?
lambda = hc/E = 2.4e-12 m, firmly in the gamma range. Every PET photon has this same energy, which lets the scanner reject anything else as scatter. · λ = hc/E = 2.4e-12 m, firmemente na faixa gama. Cada fóton PET tem essa mesma energia, o que permite que o scanner rejeite qualquer outra coisa como dispersão.
Detecting a coincidence
- The two photons leave the body in opposite directions and strike a ring of detectors around the patient.
- Recording two simultaneous arrivals, a coincidence, fixes the line the annihilation lay on. A single detection on its own tells you nothing about position.
- Comparing the two arrival times more precisely narrows the position along that line. This is time-of-flight PET.
- The photons must escape the body to be detected at all, which is why gamma rays are used rather than the positron itself: a positron travels only a few millimetres before it annihilates.
Detectando uma coincidência
- Os dois fótons saem do corpo em direções opostas e atingem um anel de detectores ao redor do paciente.
- Registrar duas chegadas simultâneas, uma coincidência, fixa a linha na qual a aniquilação ocorreu. Uma única detecção por si só não diz nada sobre a posição.
- Comparar os tempos de chegada com mais precisão estreita a posição ao longo dessa linha. Isso é PET de tempo de voo.
- Os fótons devem escapar do corpo para serem detectados, que é por que raios gama são usados em vez do próprio pósitron: um pósitron viaja apenas alguns milímetros antes de se aniquilar.
Two photons detected at the same instant — a ____ — fix the line the annihilation happened on. · Dois fótons detectados no mesmo instante — uma ____ — fixam a linha onde ocorreu a aniquilação.
Many such coincidence lines, from many angles, let a computer build a 3-D map of the tracer. · Muitas dessas linhas de coincidência, vindas de muitos ângulos, permitem que um computador construa um mapa 3-D do rastreador.
A single detected gamma photon is enough to locate an annihilation event. · Um único fóton gama detectado é suficiente para localizar um evento de aniquilação.
One detection gives no position at all. It takes two simultaneous arrivals on opposite sides, a coincidence, to fix the line the event lay on. · Uma única detecção não fornece nenhuma posição. São necessárias duas chegadas simultâneas em lados opostos, uma coincidência, para fixar a linha sobre a qual o evento ocorreu.
Building the image
- Many coincidences, from many angles, give many lines. The computer finds where the lines concentrate, and that is where the tracer is.
- The result is a three-dimensional map, not of anatomy but of tracer concentration, which means of metabolic activity.
- That is the difference from a CT scan worth stating: CT shows structure, PET shows function. Modern scanners often do both and overlay them.
Construção da imagem
- Muitas coincidências, de muitos ângulos, fornecem muitas linhas. O computador encontra onde as linhas se concentram, e ali está o rastreador.
- O resultado é um mapa tridimensional, não de anatomia, mas de concentração de rastreador, que significa de atividade metabólica.
- Essa é a diferença importante em relação a uma tomografia: TC mostra estrutura, PET mostra função. Escâneres modernos frequentemente fazem ambos e sobrepõem as imagens.
Match each scan to what it shows. · Combine cada exame com o que ele mostra.
A coincidence gives a LINE, not a point; the point comes from where many lines cross. Modern scanners often overlay the two images. · Uma coincidência fornece uma LINHA, não um ponto; o ponto vem do cruzamento de muitas linhas. Scanners modernos frequentemente sobrepõem as duas imagens.
Marks that slip away
- The two photons go in opposite directions because momentum must be conserved. Say the conservation law, not just the direction.
- Each photon is $511\ \text{keV}$, which is $m_e c^2$, not $2m_e c^2$. The pair's total is $1.02\ \text{MeV}$.
- The tracer is a beta-plus emitter. A gamma emitter would not annihilate and could not be located by coincidence.
- The half-life is a compromise: short for a low dose, but long enough to reach the tissue.
- A coincidence gives a line, not a point. The point comes from where many lines cross.
Marcas que escapam
- Os dois fótons vão em direções opostas porque o momento deve ser conservado. Enuncie a lei de conservação, não apenas a direção.
- Cada fóton é $511\ \text{keV}$, que é $m_e c^2$, não $2m_e c^2$. O total do par é $1.02\ \text{MeV}$.
- O rastreador é um emissor beta-plus. Um emissor gama não se aniquilaria e não poderia ser localizado por coincidência.
- A meia-vida é um compromisso: curta para baixa dose, mas longa o suficiente para atingir o tecido.
- Uma coincidência dá uma linha, não um ponto. O ponto vem de onde muitas linhas se cruzam.
You've got it
- a tracer is radioactive nuclei introduced into the body and taken up by the tissue studied; PET needs a beta-plus emitter such as fluorine-18
- a positron annihilates with an electron, and momentum conservation forces two gamma photons in opposite directions
- each photon carries $m_e c^2 = 0.51\ \text{MeV}$, a wavelength of about $2.4\times10^{-12}\ \text{m}$
- 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
Entendeu?
- um rastreador são núcleos radioativos introduzidos no corpo e absorvidos pelo tecido estudado; PET precisa de um emissor beta-plus como flúor-18
- um pósitron aniquila-se com um elétron, e a conservação do momento força dois fótons gama em direções opostas
- cada fóton carrega $m_e c^2 = 0.51\ \text{MeV}$, um comprimento de onda de aproximadamente $2.4\times10^{-12}\ \text{m}$
- uma coincidência no anel de detectores fixa a linha do evento, e muitas linhas de muitos ângulos constroem um mapa 3-D de concentração de rastreador