cat aparat rumah sakit

CAT aparat di rumah sakit

Computed tomography aksial (CAT), dibantu komputer tomografi, computed tomography, CT, atau roentgenografi tubuh bagian adalah proses menggunakan pengolahan digital untuk menghasilkan gambar tiga dimensi dari internal dari sebuah objek dari serangkaian besar dua-dimensi X -ray gambar yang diambil sekitar sumbu tunggal rotasi. The X-ray data slice yang dihasilkan dengan menggunakan sumber X-ray yang berputar di sekitar objek, X-ray sensor ditempatkan di sisi berlawanan dari lingkaran dari sumber X-ray. Banyak data yang scan secara progresif diambil sebagai objek secara bertahap melewati gantry.

Kata "tomografi" berasal dari bahasa Yunani Tomos (slice) dan Graphia (menjelaskan).

Mesin baru dengan sistem komputer yang lebih cepat dan strategi perangkat lunak baru dapat memproses tidak hanya penampang individu tetapi terus berubah penampang sebagai gantry, dengan objek yang akan dicitrakan, perlahan-lahan dan lancar meluncur melalui lingkaran X-ray. Ini disebut spiral CT mesin. Sistem komputer mereka mengintegrasikan data dari irisan individu bergerak untuk menghasilkan tiga informasi volumetrik dimensi, pada gilirannya dapat dilihat dari beberapa perspektif yang berbeda pada monitor workstation CT terpasang.

EBT Mesin

Dalam mesin CT konvensional, tabung X-Ray kecil secara fisik diputar balik kain kafan melingkar (lihat gambar di atas kanan), dalam berkas elektron tomography (EBT) tabung jauh lebih besar, perhatikan bentuk corong internal di foto, dengan berongga penampang dan hanya arus elektron diputar.

Aliran data yang mewakili intensitas bervariasi radiografi merasakan mencapai detektor di sisi berlawanan dari lingkaran selama setiap derajat menyapu-360 dalam mesin konvensional, 220 derajat di EBT-kemudian diolah komputer untuk menghitung cross-sectional estimasi kepadatan radiografi, menyatakan dalam satuan Hounsfield.

CT digunakan dalam kedokteran sebagai alat diagnostik dan sebagai panduan untuk prosedur intervensi. Kadang-kadang kontras bahan seperti barium (diberikan secara oral atau rektal) atau kontras iodinasi intravena digunakan. Hal ini berguna untuk menyorot struktur seperti kapal atau usus yang lain akan sulit untuk menggambarkan dari lingkungan mereka. Menggunakan bahan kontras juga dapat membantu untuk memperoleh informasi fungsional tentang jaringan. Lihat penggunaan diagnostik CT scan untuk detail lebih lanjut.

Meskipun paling umum dalam perawatan kesehatan, CT juga digunakan dalam bidang lain, misalnya nondestructive bahan pengujian.

Sistem CT diciptakan pada tahun 1972 oleh Godfrey Newbold Hounsfield EMI Laboratorium Riset Tengah (sekarang Sensura [1] (http://www.sensaura.com/) yang dimiliki oleh Creative Technology Ltd) menggunakan sinar-X. Allan McLeod Cormack dari Tufts University secara independen menemukan proses yang sama dan mereka berbagi Hadiah Nobel di bidang kedokteran pada tahun 1979 (Lihat juga sejarah pencitraan otak). Pemindai pertama mengambil beberapa jam untuk memperoleh data mentah dan beberapa hari untuk menghasilkan gambar. Modern multi-detektor CT sistem dapat menyelesaikan scan dada dalam waktu kurang dari yang dibutuhkan untuk napas tunggal (berguna jika pasien tidak bisa menahan / nya napas) dan menampilkan gambar dihitung dalam beberapa detik.

Piksel dalam gambar yang diperoleh oleh scanning CT ditampilkan dalam hal radiodensity relatif. The pixel itu sendiri ditampilkan sesuai dengan pelemahan rata-rata jaringan yang sesuai dengan pada skala -1.024-3071 pada skala Hounsfield. Air memiliki redaman 0 unit Hounsfield (HU), sementara udara -1000 HU, tulang biasanya 400 HU atau lebih besar dan implan logam biasanya +1000 HU.

Perbaikan dalam teknologi CT berarti bahwa dosis radiasi keseluruhan mengalami penurunan, scan kali telah menurun dan kemampuan untuk menghitung ulang gambar (misalnya, untuk melihat lokasi yang sama dari sudut yang berbeda) telah meningkat dari waktu ke waktu. Namun, dosis radiasi dari CT scan adalah beberapa kali lebih tinggi daripada konvensional X-ray scan.

==================================================================================

Dinamis Spatial Reconstructor

Oleh Bryan Ronain SmithThe Gale Group Inc, Gale ... more »

TweetShare pada printShare pada email

Definisi

The reconstructor spasial dinamis (DSR) adalah computed tomography unik (CT) berbasis scanner berharga untuk pencitraan tiga dimensi dan visualisasi dari resolusi temporal tinggi tiga-dimensi siklus jantung. Dikembangkan pada 1970-an dan awal 1980-an, DSR adalah "multi-sumber, multi-detektor kecepatan tinggi sinkron 3D CT scanner untuk resolusi temporal dan spasial tinggi pemindaian dari jantung, paru-paru, dan sirkulasi" menurut Mayo Clinic, di mana scanner dikembangkan dan terletak. Hal ini dianggap sebagai prototipe penelitian dan tidak tersedia secara komersial.

Tujuan

DSR dikembangkan sebagai perangkat non-invasif diagnostik untuk mendeteksi kanker paru-paru dan penyakit jantung pada tahap awal mereka. Ini muncul sebagai jawaban atas tantangan yang luar biasa menggunakan CT untuk memberikan rekonstruksi 3D dari benda bergerak seperti gerakan siklik dari jantung berdetak. Karena kemanjurannya, telah menjadi standar dalam bidang tiga dimensi real-time pencitraan dimana non-invasif modalitas pencitraan yang diukur dalam efektivitas mereka untuk mencapai diagnosa berbagai.

Deskripsi

Hanya DSR tunggal ada, di situs Mayo Clinic (Rochester, Minnesota), karena biaya mahal dan ukuran. Mesin fisik terdiri dari:

gantry 15 ft (4,57 m) dengan diameter dan 20,5 ft (6,24 m) panjang, berat sekitar 17 ton AS

empat belas x-ray senjata ditampilkan dalam pengaturan hemicylindrical (sekitar pasien atau subjek over-kepala dan di sisi) dan ditargetkan pada layar neon yang berdekatan hemicylindrical

empat belas berputar kamera televisi dua dimensi dan delapan perekam disk video untuk merekam sinar-x

elektronik dan algoritma perangkat lunak untuk akuisisi citra

DSR secara teoritis mampu memperoleh data gambar hingga 240 bersebelahan 0,9 segmen tebal mm dalam periode waktu turun sejauh 1/60 per detik. Proses ini kemudian dapat diulang secepat 60 kali per detik. Karena faktor pembatas fisik mesin, bagaimanapun, nilai-nilai ini agak berkurang dalam praktek. The 14 kamera televisi berputar, memiliki 240 scan lines masing-masing, menerima x-ray foton dari 14 x-ray sumber titik tepat di seberang mereka pada frekuensi 1/60 detik, yang kebetulan frekuensi fisiologis sesuai untuk penyelidikan internal yang melibatkan bergerak organ seperti jantung.

Meskipun DSR mampu mendiagnosis segudang gangguan jantung dan paru-paru, biaya (dan dengan demikian kemampuan yang terbatas untuk layanan) telah mencegahnya dari menjadi alat diagnostik klinis rutin berguna. Namun demikian, selama bertahun-tahun sejak didirikan pada tahun 1983, DSR telah memungkinkan pengumpulan dan analisis yang unik, data penting yang telah terutama digunakan dalam penelitian dinamika jantung dan dalam menjamin legitimasi modalitas pencitraan lainnya.

Contoh penggunaan penelitian khas memperkirakan distribusi spatio-temporal kecepatan dinding ventrikel kiri dari data eksperimen yang diperoleh pada DSR. Pada dasarnya, sebuah medan kecepatan padat dapat dihitung dengan menggunakan teknik diferensial. Ini medan kecepatan diperoleh dengan matematis menerapkan tiga asumsi berikut untuk gambar: kekekalan massa, inkompresibilitas, dan kelancaran medan kecepatan. Dalam kasus studi ini, hasilnya dalam hal evolusi lapangan dari waktu ke waktu dan kecepatan maksimum, yang ditemukan dalam perjanjian baik dengan perilaku fisiologis diketahui jantung.

DSR bukan tanpa masalah, namun. Selain biaya yang sangat besar dan ukuran, kesulitan lain mengganggu mesin adalah bahwa gantry berputar hanya 1,5 ° per 1/60 detik, yang menghambat distribusi homogen dalam sudut orientasi gambar per periode waktu.

Dalam rangka untuk menjaga DSR lebih modern, beberapa perubahan telah dilakukan selama bertahun-tahun sejak diluncurkan, seperti mengubah kamera tua (image isocon) ke CCD (charge coupled device) kamera, lensa yang lebih besar, dan gambar digital menggunakan algoritma yang sesuai dengan . =================================================================================

Nuclear magnetic resonance

Resonansi magnet inti

Dari Wikipedia, ensiklopedia bebas

Langsung ke: navigasi, cari

Artikel ini adalah tentang fenomena fisik. Untuk penggunaannya sebagai metode dalam spektroskopi, lihat spektroskopi resonansi magnetik nuklir.

"NMR" beralih ke halaman ini. Untuk kegunaan lain, lihat NMR (disambiguasi).

900 MHz, 21,2 T NMR Magnet di HWB-NMR, Birmingham, Inggris

Resonansi magnetik nuklir (NMR) adalah fenomena fisik di mana inti dalam medan magnet menyerap dan kembali memancarkan radiasi elektromagnetik. Energi ini adalah pada frekuensi resonansi tertentu yang tergantung pada kekuatan medan magnet dan sifat magnetik dari isotop dari atom, dalam aplikasi praktis, frekuensi mirip dengan VHF dan siaran televisi UHF (60-1000 MHz). NMR memungkinkan pengamatan spesifik sifat mekanik kuantum magnetik dari inti atom. Banyak teknik-teknik ilmiah mengeksploitasi fenomena NMR untuk mempelajari fisika molekul, kristal, dan non-kristal bahan melalui spektroskopi NMR. NMR juga secara rutin digunakan dalam lanjutan teknik pencitraan medis, seperti dalam pencitraan resonansi magnetik (MRI).

Semua isotop yang mengandung ganjil proton dan / atau neutron (lihat Isotop) memiliki momen magnetik intrinsik dan momentum sudut, dengan kata lain spin nol, sementara semua nuklida dengan nomor bahkan keduanya memiliki spin total nol. Inti paling sering dipelajari adalah 1H dan 13C, meskipun inti dari isotop unsur lain (misalnya 2H, 6Li, 10B, 11B, 14N, 15N, 17O, 19F, 23Na, 29Si, 31p, 35Cl, 113Cd, 129Xe, 195Pt) telah dipelajari oleh tinggi-bidang spektroskopi NMR juga.

Fitur utama dari NMR adalah bahwa frekuensi resonansi dari suatu zat tertentu berbanding lurus dengan kekuatan medan magnet diterapkan. Ini adalah fitur yang dimanfaatkan dalam teknik pencitraan, jika sampel ditempatkan dalam bidang non-seragam magnet maka frekuensi resonansi dari inti sampel tergantung pada di mana di lapangan mereka berada. Karena resolusi teknik pencitraan tergantung pada besarnya gradien medan magnet, banyak usaha yang dilakukan untuk mengembangkan kekuatan medan meningkat, sering menggunakan superkonduktor. Efektivitas NMR juga dapat diperbaiki dengan menggunakan hyperpolarization, dan / atau menggunakan dua dimensi, tiga dimensi dan lebih tinggi-dimensi multi frekuensi teknik.

Prinsip NMR biasanya melibatkan dua langkah berurutan:

    Penyesuaian (polarisasi) dari spin nuklir magnet dalam medan, diterapkan magnet konstan H0.

    The gangguan ini keselarasan dari spin nuklir dengan menggunakan elektro-magnetik, biasanya frekuensi radio (RF) pulsa. Frekuensi perturbing yang dibutuhkan tergantung pada medan magnet statis (H0) dan inti dari pengamatan.

Dua bidang yang biasanya dipilih untuk menjadi tegak lurus satu sama lain karena hal ini memaksimalkan kekuatan sinyal NMR. Respon yang dihasilkan oleh magnetisasi total (M) dari spin nuklir adalah fenomena yang dimanfaatkan dalam NMR spektroskopi dan pencitraan resonansi magnetik. Kedua penggunaan intens medan magnet diterapkan (H0) dalam rangka mencapai dispersi dan stabilitas yang sangat tinggi untuk memberikan resolusi spektral, rincian yang dijelaskan oleh pergeseran kimia, efek Zeeman, dan pergeseran Knight (dalam logam).

Fenomena NMR juga digunakan dalam rendah lapangan NMR, spektroskopi NMR dan MRI di medan magnet bumi (disebut sebagai NMR medan bumi), dan beberapa jenis magnetometer.

Isi

    1 Sejarah

    2 Teori resonansi magnetik nuklir

        2.1 Nuklir spin dan magnet

        2.2 Nilai dari momentum sudut spin

            2.2.1 Putar perilaku dalam medan magnet

            2.2.2 Magnetic resonance oleh inti

            2.2.3 Nuklir perisai

        2,3 Relaksasi

    3 NMR spektroskopi

        3.1 kontinu gelombang (CW) spektroskopi

        3.2 Transformasi Fourier spektroskopi

        3.3 multi-dimensi NMR Spektroskopi

        3,4 Solid-state NMR spektroskopi

        3,5 Sensitivitas

        3,6 Isotop

    4 Aplikasi

        4,1 Kedokteran

        4.2 Kimia

        4.3 Non-destruktif pengujian

        4.4 Akuisisi informasi dinamis

        4,5 Data akuisisi di industri perminyakan

        4.6 Arus probe untuk spektroskopi NMR

        4.7 Proses kontrol

        4,8 NMR lapangan Bumi

        4,9 Quantum komputasi

        4.10 Magnetometer

    5 Pembuat peralatan NMR

    6 Lihat juga

    7 Catatan

    8 Referensi

    9 Pranala luar

        9.1 Tutorial

        9.2 Animasi dan Simulasi

        9,3 Video

Sejarah

Resonansi magnetik nuklir pertama kali dijelaskan dan diukur dalam balok molekul oleh Isidor Rabi pada tahun 1938, [1] dan pada tahun 1944, Rabi dianugerahi Hadiah Nobel di bidang fisika untuk pekerjaan ini. [2] Pada tahun 1946, Felix Bloch dan Edward Mills Purcell memperluas Teknik untuk digunakan pada cairan dan padatan, yang mereka berbagi Penghargaan Nobel dalam Fisika pada tahun 1952. [3] [4]

Purcell telah bekerja pada pengembangan radar selama Perang Dunia II di Massachusetts Institute of Technology Laboratorium Radiasi. Karyanya selama proyek itu pada produksi dan deteksi daya frekuensi radio dan penyerapan daya RF tersebut oleh materi meletakkan latar belakang untuk penemuan Rabi NMR.

Rabi, Bloch, dan Purcell menyadari bahwa inti magnetik, seperti 1H dan 31p, bisa menyerap energi RF ketika ditempatkan dalam medan magnet dan ketika RF adalah dari frekuensi khusus untuk identitas inti. Ketika penyerapan ini terjadi, inti digambarkan sebagai dalam resonansi. Berbeda atom inti dalam molekul beresonansi pada berbeda (radio) frekuensi untuk kekuatan medan magnet yang sama. Pengamatan seperti frekuensi resonansi magnetik inti hadir dalam molekul memungkinkan setiap pengguna dilatih untuk menemukan penting, informasi kimia dan struktural tentang molekul.

Perkembangan NMR sebagai teknik dalam bidang kimia analitik dan biokimia sejalan dengan perkembangan teknologi elektromagnetik dan elektronik canggih dan pengenalan mereka ke penggunaan sipil.

Teori resonansi magnetik nuklir

Nuklir spin dan magnet

Semua nukleon, yaitu neutron dan proton, menyusun setiap inti atom, memiliki properti kuantum intrinsik spin. Spin keseluruhan inti ditentukan dengan jumlah kuantum spin S. Jika jumlah kedua proton dan neutron dalam nuklida yang diberikan bahkan kemudian S = 0, yaitu tidak ada putaran keseluruhan. Kemudian, seperti elektron berpasangan dalam orbital atom, sehingga melakukan bahkan jumlah proton atau bahkan jumlah neutron (yang juga berputar-1/2 partikel dan karenanya fermion) berpasangan memberikan berputar keseluruhan nol.

Namun, proton dan neutron akan memiliki energi yang lebih rendah ketika mereka berputar sejajar, tidak anti-paralel, karena ini berputar keselarasan paralel tidak melanggar Prinsip Pengecualian Pauli, tetapi itu ada hubungannya dengan struktur quark dari dua nukleon. Oleh karena itu, tanah berputar negara untuk deuteron (inti deuterium, atau isotop hidrogen 2H)-yang hanya memiliki proton dan neutron-sesuai dengan nilai spin 1, bukan dari nol. The, tunggal deuteron terisolasi sehingga menunjukkan penyerapan NMR karakteristik spektrum inti quadrupolar spin 1, yang dalam keadaan "kaku" pada suhu yang sangat rendah merupakan karakteristik ('Pake') doublet, (bukan singlet sebagai untuk satu, terisolasi 1H, atau fermion terpencil lainnya atau inti dipole spin 1/2). Di sisi lain, karena Prinsip Pengecualian Pauli, isotop tritium hidrogen harus memiliki sepasang anti-paralel neutron spin (spin jumlah nol untuk pasangan neutron-spin), ditambah proton spin 1/2. Oleh karena itu, karakter inti tritium lagi dipole magnetik, tidak quadrupolar-seperti non-radioaktif tetangga-dan deuteron inti nilai tritium spin total lagi 1/2, seperti untuk isotop, hidrogen sederhana berlimpah, 1H inti ( proton). Penyerapan NMR (radio) frekuensi untuk tritium Namun sedikit lebih tinggi daripada 1H karena inti tritium memiliki rasio gyromagnetic sedikit lebih tinggi daripada 1H. Dalam kasus lain banyak non-radioaktif inti, spin keseluruhan juga non-nol. Misalnya, inti 27Al memiliki = nilai keseluruhan berputar S 5/2.

Sebuah berputar non-nol sehingga selalu dikaitkan dengan momen magnetik non-nol (μ) melalui hubungan μ = γS, di mana γ adalah rasio gyromagnetic. Ini adalah momen magnetik yang memungkinkan pengamatan spektrum NMR serapan yang disebabkan oleh transisi antara tingkat spin nuklir. Kebanyakan nuklida (dengan beberapa pengecualian langka) yang memiliki keduanya bahkan jumlah proton dan bahkan jumlah neutron, juga memiliki nol momen magnetik nuklir, dan mereka juga memiliki momen dipol nol dan quadrupole magnet. Oleh karena itu, nuklida tersebut tidak menunjukkan spektrum absorpsi NMR. Dengan demikian, 18O adalah contoh dari nuklida yang tidak memiliki penyerapan NMR, sedangkan 13C, 31p, 35Cl dan 37Cl adalah nuklida yang melakukan pameran NMR penyerapan. Inti Dua yang terakhir adalah inti quadrupolar sedangkan dua inti sebelumnya (13C dan 31p) adalah yang dipole.

Elektron resonansi spin (ESR) adalah teknik terkait di mana transisi antara tingkat spin elektronik terdeteksi daripada yang nuklir. Prinsip-prinsip dasar yang serupa tetapi instrumentasi, analisis data, dan teori rinci berbeda secara signifikan. Selain itu, ada sejumlah jauh lebih kecil dari molekul dan bahan dengan elektron berputar berpasangan yang menunjukkan ESR (atau resonansi paramagnetik elektron (EPR)) penyerapan dibandingkan mereka yang memiliki spektrum absorpsi NMR. ESR memiliki sensitivitas lebih tinggi daripada NMR tidak.

Nilai dari momentum sudut spin

Momentum sudut dikaitkan dengan spin nuklir terkuantisasi. Ini berarti baik bahwa besarnya momentum sudut terkuantisasi (yaitu S hanya dapat mengambil berbagai terbatas nilai), dan juga bahwa orientasi momentum sudut terkait terkuantisasi. Nomor yang terkait kuantum dikenal sebagai bilangan kuantum magnetik, m, dan dapat mengambil nilai dari + S-S, dalam langkah-langkah integer. Oleh karena itu untuk setiap inti tertentu, ada total 2S + 1 negara momentum sudut.

Z-komponen dari vektor momentum sudut (S) karena itu Sz = MH, di mana H adalah Planck berkurang konstan. Z-komponen dari momen magnetik hanya:

    \ Mu_ \ mathrm {z} = \ gamma s_ \ mathrm {z} = \ gamma m \ hbar.

Berputar perilaku dalam medan magnet

Memisahkan spin inti menyatakan dalam medan magnet eksternal

Model intuitif. Nuclei berperilaku seperti mereka memiliki momen magnetik sendiri (spin momen magnetik). Dengan sendirinya, tidak ada perbedaan yang energik untuk setiap orientasi tertentu (hanya satu energi negara, di sebelah kiri), tetapi dalam medan magnet luar ada tinggi negara-energi dan keadaan rendah energi tergantung pada orientasi relatif magnet untuk bidang eksternal, dan orientasi momen magnetik dapat presesi relatif untuk itu. Bidang eksternal dapat disediakan oleh sebuah magnet besar dan juga oleh inti lain di sekitarnya.

Pertimbangkan inti yang memiliki spin setengah, seperti 1H, 13C atau 19F. Inti memiliki dua negara spin kemungkinan: m = 1/2 atau m = -1 / 2 (juga disebut sebagai spin-up dan spin-down, atau kadang-kadang negara spin α dan β, masing-masing). Negara-negara yang merosot, yaitu mereka memiliki energi yang sama. Oleh karena itu jumlah atom di kedua negara akan kira-kira sama pada kesetimbangan termal.

Jika inti ditempatkan dalam medan magnet, bagaimanapun, interaksi antara momen magnetik nuklir dan medan magnet eksternal berarti dua negara tidak lagi memiliki energi yang sama. Energi dari μ momen magnetik ketika dalam medan magnet B0 diberikan oleh:

    E = - \ boldsymbol {\ mu} \ cdots \ mathbf {B} _0 = - \ mu_ \ mathrm {x} {B_ 0x} - \ mu_ \ mathrm {y} B_ {} 0y - \ mu_ \ mathrm {z} B_ {} 0z.

Biasanya sumbu z dipilih untuk menjadi bersama B0, dan ekspresi di atas tereduksi menjadi:

    E = - \ mu_ \ mathrm {z} B_0 \,

atau alternatifnya:

    E = - \ gamma m \ hbar B_0 \.

Akibatnya negara spin yang berbeda nuklir memiliki energi yang berbeda dalam bidang non-nol magnet. Dalam bahasa yang kurang formal, kita bisa bicara tentang dua negara spin spin 1/2 sebagai yang sejajar dengan atau terhadap medan magnet. Jika γ adalah positif (berlaku untuk sebagian besar isotop) maka m = 1/2 adalah keadaan energi yang lebih rendah.

Perbedaan energi antara dua negara adalah:

    \ Delta {E} = \ gamma \ hbar B_0 \,

dan perbedaan ini menghasilkan bias populasi kecil menuju keadaan energi yang lebih rendah.

Magnetic resonance oleh inti

Penyerapan resonansi dengan spin nuklir akan terjadi hanya bila radiasi elektromagnetik dari frekuensi yang benar (misalnya, menyamai tingkat Larmor presesi) sedang diterapkan untuk mencocokkan perbedaan energi antara tingkat spin nuklir dalam medan magnet konstan kekuatan yang sesuai. Energi dari foton diserap kemudian E = hν0, di mana ν0 adalah frekuensi radio resonansi yang sesuai (yaitu, ia harus sama dengan frekuensi presesi Larmor νL dari magnetisasi nuklir di medan magnet konstan B0). Oleh karena itu, penyerapan resonansi magnetik hanya akan terjadi ketika ΔE = hν0, yang adalah ketika ν0 = γB0 / (2π). Seperti frekuensi resonansi magnetik biasanya sesuai dengan frekuensi radio (RF atau) kisaran dari spektrum elektromagnetik untuk medan magnet sampai kira-kira 20 T. Ini adalah penyerapan resonansi magnetik yang terdeteksi di NMR. [Rujukan?]

Nuklir perisai

Ini mungkin muncul dari atas bahwa semua inti dari nuklida yang sama (dan karenanya γ yang sama) akan beresonansi pada frekuensi yang sama. Hal ini tidak terjadi. Yang paling penting dari gangguan frekuensi NMR untuk aplikasi NMR adalah "perisai" efek dari kerang sekitarnya elektron [5]. Elektron, mirip dengan inti, juga diisi dan memutar dengan spin berlawanan untuk menghasilkan medan magnet untuk medan magnet yang dihasilkan oleh inti. Secara umum, ini melindungi elektronik mengurangi medan magnet pada inti (yang adalah apa yang menentukan frekuensi NMR).

Akibatnya kesenjangan energi berkurang, dan frekuensi yang diperlukan untuk mencapai resonansi juga berkurang. Pergeseran frekuensi NMR karena kopling orbital elektronik molekuler untuk medan magnet eksternal disebut pergeseran kimia, dan itu menjelaskan mengapa NMR mampu menyelidiki struktur kimia molekul, yang tergantung pada distribusi kerapatan elektron di orbital molekul yang sesuai . Jika inti dalam kelompok kimia tertentu terlindung ke tingkat yang lebih tinggi oleh kerapatan elektron lebih tinggi dari orbital molekul sekitarnya, maka frekuensi NMR yang akan bergeser "ke tepi lapangan" (yaitu, pergeseran kimia yang lebih rendah), sedangkan jika kurang terlindung oleh kerapatan elektron tersebut sekitarnya, maka frekuensi NMR yang akan bergeser "downfield" (yaitu, pergeseran kimia yang lebih tinggi).

Kecuali simetri lokal orbital molekul tersebut sangat tinggi (yang mengarah ke pergeseran "isotropik"), efek perisai akan tergantung pada orientasi molekul sehubungan dengan bidang eksternal (B0). Dalam solid-state NMR spektroskopi, sihir sudut berputar diperlukan untuk rata-rata keluar ini ketergantungan orientasi untuk mendapatkan nilai dekat dengan rata-rata pergeseran kimia. Hal ini tidak diperlukan dalam penyelidikan NMR konvensional molekul, karena cepat "molekul jatuh" rata-rata keluar anisotropi pergeseran kimia (CSA). Dalam hal ini, istilah "rata-rata" pergeseran kimia (ACS) digunakan.

Relaksasi

Untuk detail lebih lanjut tentang topik ini, lihat Relaxation (NMR).

Proses yang disebut relaksasi penduduk mengacu pada inti yang kembali ke negara termodinamika magnet. Proses ini juga disebut T1, "spin-kisi" atau "membujur magnet" relaksasi, di mana T1 mengacu pada waktu rata-rata untuk sebuah inti individu untuk kembali ke keadaan kesetimbangan termal dari spin. Setelah populasi spin nuklir santai, maka bisa dideteksi lagi, karena di negara, awal (campuran) ekuilibrium.

Inti precessing juga dapat jatuh dari keselarasan satu sama lain (mengembalikan vektor magnetisasi bersih untuk bidang non-precessing) dan berhenti memproduksi sinyal. Ini disebut relaksasi T2 atau melintang. Karena perbedaan dalam mekanisme relaksasi aktual yang terlibat (misalnya, antar-molekul vs intra-molekul magnet interaksi dipol-dipol), T1 biasanya (kecuali dalam kasus yang jarang terjadi) lebih lama dari T2 (yaitu, lebih lambat berputar-kisi relaksasi , misalnya karena kecil dipol-dipol efek interaksi). Dalam prakteknya, nilai T ^ * _2 yang merupakan waktu peluruhan benar-benar diamati dari sinyal NMR diamati, atau pembusukan induksi bebas, (untuk 1 / e dari amplitudo awal segera setelah pulsa RF resonansi) - juga tergantung pada statis inhomogeneity medan magnet, yang cukup signifikan. (Ada juga kontribusi yang kecil tapi signifikan terhadap shortening FID diamati dari inhomogeneity RF dari pulsa resonansi). Dalam sesuai FT-NMR spektrum yang berarti Transformasi Fourier dari peluruhan induksi bebas - T ^ * _2 waktu berbanding terbalik dengan lebar sinyal NMR dalam satuan frekuensi. Dengan demikian, inti dengan waktu relaksasi T2 yang lama menimbulkan puncak NMR sangat tajam dalam spektrum FT-NMR untuk bidang ("baik-shimmed") sangat homogen magnet statis, sedangkan inti dengan nilai T2 pendek menimbulkan FT luas -NMR puncak bahkan ketika magnet yang shimmed dengan baik. Baik T1 dan T2 tergantung pada tingkat gerakan molekul serta rasio gyromagnetic dari kedua beresonansi dan berinteraksi kuat mereka, berikutnya tetangga inti yang tidak di resonansi.

Sebuah Hahn gema percobaan peluruhan dapat digunakan untuk mengukur waktu dephasing, seperti yang ditunjukkan dalam animasi di bawah ini. Ukuran gema dicatat untuk jarak yang berbeda dari dua pulsa. Ini mengungkapkan decoherence yang tidak memfokuskan kembali oleh \ pi pulsa. Dalam kasus sederhana, peluruhan eksponensial diukur yang dijelaskan oleh waktu T_2.

GWM HahnEchoDecay.gif

NMR spektroskopi

Artikel utama: NMR spektroskopi

Bruker 700 MHz. Nuklir Magnetic Resonance (NMR) spektrometer

NMR spektroskopi adalah salah satu teknik utama yang digunakan untuk memperoleh fisik, informasi kimia, elektronik dan struktural tentang molekul karena baik pergeseran kimia, efek Zeeman, atau efek pergeseran Knight, atau kombinasi keduanya, pada frekuensi resonansi dari inti atom hadir dalam sampel. Ini adalah teknik yang kuat yang dapat memberikan informasi rinci tentang topologi, dinamika dan tiga-dimensi struktur molekul dalam larutan dan solid state. Dengan demikian, informasi struktural dan dinamis ini didapat (dengan atau tanpa berputar "angle ajaib" (MAS)) dari studi NMR inti quadrupolar (yaitu orang inti dengan spin S> 1/2) bahkan di hadapan magnet "dipol- dipol "interaksi memperluas (atau hanya, memperluas dipole) yang selalu jauh lebih kecil daripada kekuatan interaksi quadrupolar karena merupakan magnet vs efek interaksi listrik.

Informasi struktural dan kimia tambahan dapat diperoleh dengan melakukan double-kuantum eksperimen NMR untuk inti quadrupolar seperti 2H. Juga, resonansi magnetik nuklir adalah salah satu teknik yang telah digunakan untuk merancang automata kuantum, dan juga membangun komputer kuantum dasar. [6] [7]

Gelombang kontinu (CW) spektroskopi

Pada dekade pertama sedikit, spektrometer resonansi magnetik nuklir menggunakan teknik yang dikenal sebagai gelombang kontinu spektroskopi (CW spektroskopi). Meskipun spektrum NMR bisa, dan telah, diperoleh dengan menggunakan medan magnet tetap dan menyapu frekuensi dari radiasi elektromagnetik, ini lebih biasanya melibatkan menggunakan sumber frekuensi tetap dan memvariasikan saat ini (dan karenanya medan magnet) dalam elektromagnet untuk mengamati resonansi penyerapan sinyal. Ini adalah asal berlawanan dengan intuisi, tapi masih umum, "lapangan tinggi" dan "rendah bidang" terminologi untuk frekuensi rendah dan tinggi masing-masing daerah frekuensi spektrum NMR.

CW spektroskopi tidak efisien dibandingkan dengan teknik analisis Fourier (lihat di bawah) karena probe respon NMR pada frekuensi individu dalam suksesi. Karena sinyal NMR secara intrinsik lemah, spektrum yang diamati menderita rasio signal-to-noise miskin. Hal ini dapat diatasi dengan menambahkan rata-rata yaitu sinyal spektrum dari pengukuran ulang. Sementara sinyal NMR adalah konstan antara scan dan sebagainya menambah linear, kebisingan acak menambahkan lebih lambat - sebanding dengan akar kuadrat-dari jumlah spektrum (lihat random walk). Oleh karena itu rasio signal-to-noise keseluruhan meningkat sebagai akar kuadrat-dari jumlah spektrum diukur.

Transformasi Fourier spektroskopi

Kebanyakan aplikasi NMR melibatkan spektrum NMR penuh, yaitu, intensitas sinyal NMR sebagai fungsi dari frekuensi. Awal upaya untuk memperoleh spektrum NMR lebih efisien daripada metode CW sederhana terlibat menerangi target secara bersamaan dengan lebih dari satu frekuensi. Sebuah revolusi dalam NMR terjadi ketika pulsa pendek dari radiasi frekuensi radio mulai digunakan - berpusat di tengah spektrum NMR. Dalam terminologi sederhana, sebuah pulsa persegi singkat dari frekuensi yang diberikan "pembawa" "berisi" rentang frekuensi berpusat tentang frekuensi pembawa, dengan kisaran eksitasi (bandwidth) yang berbanding terbalik dengan durasi pulsa. Transformasi Fourier dari gelombang persegi berisi sekitar kontribusi dari semua frekuensi di lingkungan dari frekuensi utama. Kisaran terbatas frekuensi NMR membuatnya relatif mudah untuk menggunakan singkat (milidetik untuk mikrodetik) pulsa frekuensi radio untuk merangsang spektrum NMR keseluruhan. [Rujukan?]

Menerapkan seperti pulsa untuk satu set nuklir berputar bersamaan menggairahkan semua single-kuantum transisi NMR. Dalam hal vektor magnetisasi bersih, hal ini sesuai dengan memiringkan vektor magnetisasi jauh dari posisi kesetimbangan (sejajar sepanjang medan magnet eksternal). Vektor magnetisasi out-of-keseimbangan precesses tentang vektor medan magnet eksternal pada frekuensi NMR dari spin. Ini vektor magnetisasi osilasi menginduksi arus dalam sebuah pickup koil terdekat, menciptakan sinyal listrik berosilasi pada frekuensi NMR. Sinyal ini dikenal sebagai peluruhan induksi bebas (FID), dan mengandung penjumlahan vektor tanggapan NMR dari semua berputar bersemangat. Dalam rangka untuk mendapatkan spektrum frekuensi-domain NMR (NMR penyerapan intensitas vs frekuensi NMR) ini sinyal waktu-domain (intensitas vs waktu) harus Fourier berubah. Untungnya pengembangan Fourier Transform NMR bertepatan dengan pengembangan komputer digital dan digital Cepat Fourier Transform. Metode Fourier dapat diterapkan untuk berbagai jenis spektroskopi. (Lihat artikel lengkap di Transformasi Fourier spektroskopi.)

Richard R. Ernst adalah salah satu pelopor pulsa NMR, dan dia memenangkan Hadiah Nobel di bidang kimia pada tahun 1991 untuk karyanya pada Fourier Transform NMR dan pembangunan multi-dimensi NMR (lihat di bawah).

Multi-dimensi NMR Spektroskopi

Penggunaan pulsa bentuk yang berbeda, frekuensi dan durasi dalam pola khusus dirancang atau urutan pulsa memungkinkan spectroscopist untuk mengekstrak berbagai jenis informasi tentang molekul. Multi-dimensi spektroskopi resonansi magnetik nuklir adalah semacam FT NMR di mana setidaknya ada dua pulsa dan, sebagai percobaan diulang, urutan pulsa secara sistematis bervariasi. Dalam resonansi magnetik nuklir multidimensi akan ada urutan pulsa dan, setidaknya, satu periode waktu yang variabel. Dalam tiga dimensi, dua urutan waktu akan bervariasi. Dalam empat dimensi, tiga akan bervariasi.

Ada percobaan seperti itu. Dalam satu, ini interval waktu memungkinkan (antara lain) transfer magnetisasi antara inti dan, oleh karena itu, deteksi jenis nuklir nuklir interaksi yang memungkinkan untuk transfer magnetisasi. Interaksi yang dapat dideteksi biasanya diklasifikasikan menjadi dua jenis. Ada-melalui ikatan interaksi dan melalui-ruang interaksi, yang terakhir biasanya menjadi konsekuensi dari efek Overhauser nuklir. Percobaan dari berbagai Overhauser nuklir dapat digunakan untuk menetapkan jarak antara atom, seperti misalnya dengan 2D-FT NMR molekul dalam larutan.

Meskipun konsep dasar 2D-NMR FT diusulkan oleh Jean Jeener dari Free University of Brussels pada Konferensi Internasional, ide ini sebagian besar dikembangkan oleh Richard Ernst yang memenangkan hadiah Nobel tahun 1991 dalam Kimia untuk karyanya di FT NMR, termasuk multi -dimensi FT NMR, dan terutama 2D-FT NMR molekul kecil. [8] multi-dimensi FT NMR percobaan kemudian dikembangkan lebih lanjut menjadi metodologi yang kuat untuk mempelajari biomolekul dalam larutan, khususnya untuk penentuan struktur biopolimer seperti protein atau asam nukleat bahkan kecil [9].

Pada tahun 2002 Kurt Wüthrich berbagi Penghargaan Nobel dalam Kimia (dengan John Bennett Fenn dan Koichi Tanaka) untuk karyanya dengan NMR protein FT dalam larutan.

Solid-state NMR spektroskopi

Artikel utama: Solid-state resonansi magnetik nuklir

Teknik ini melengkapi X-ray kristalografi di bahwa itu sering berlaku untuk molekul dalam fase kristal cair atau cair, sedangkan kristalografi, seperti namanya, dilakukan pada molekul dalam fase padat. Meskipun resonansi magnetik nuklir digunakan untuk mempelajari padatan, luas atom-tingkat detail struktural molekul sangat menantang untuk mendapatkan dalam keadaan padat. Ada sedikit sinyal rata-rata oleh gerak termal dalam keadaan padat, di mana molekul paling hanya bisa menjalani getaran terbatas dan rotasi pada suhu kamar, masing-masing dalam lingkungan elektronik yang sedikit berbeda, sehingga menunjukkan puncak NMR penyerapan yang berbeda. Seperti variasi dalam lingkungan elektronik dari hasil inti beresonansi dalam kabur dari spektrum yang diamati-sering hanya luas Gaussian band untuk non-quadrupolar berputar di solid-sehingga membuat penafsiran pergeseran kimia seperti "dipole" dan " anisotropi "(CSA) memperluas spektrum baik sangat sulit atau tidak mungkin.

Profesor Raymond Andrew di Nottingham University di Inggris mempelopori pengembangan resolusi tinggi solid-state resonansi magnetik nuklir. Dia adalah orang pertama yang melaporkan pengenalan MAS (sampel sudut ajaib berputar, MASS) teknik yang memungkinkan dia untuk mencapai resolusi spektral dalam padatan yang cukup untuk membedakan antara kelompok kimia dengan baik pergeseran kimia yang berbeda atau pergeseran ksatria yang berbeda. Dalam MASSA, sampel berputar di beberapa kilohertz sekitar sebuah sumbu yang membuat apa yang disebut sihir θm sudut (yang ~ 54,74 °, di mana cos2θm = 1/3) sehubungan dengan arah medan magnet statis B0; sebagai hasil sampel berputar ajaib sudut tersebut, band pergeseran kimia anisotropi yang rata-rata rata-rata berhubungan (isotropik) kimia pergeseran nilai. Ekspresi di atas melibatkan cos2θm berawal pada perhitungan yang memprediksi efek interaksi magnet dipole untuk membatalkan keluar untuk nilai tertentu dari θm disebut sudut ajaib. Satu mencatat bahwa keselarasan yang benar dari sumbu rotasi sampel sedekat mungkin untuk θm sangat penting untuk membatalkan keluar interaksi dipole yang kekuatannya untuk sudut yang cukup jauh dari θm biasanya lebih besar dari 10 kHz ~ untuk obligasi CH dalam padatan, misalnya, dan demikian besar dari nilai CSA mereka.

Ada sudut yang berbeda untuk sampel berputar relatif terhadap medan listrik untuk rata-rata dari interaksi quadrupole dan interaksi paramagnetik, Sejalan ~ 30,6 ° dan 70,1 ° ~

Sebuah konsep yang dikembangkan oleh Sven Hartmann dan Erwin Hahn digunakan dalam mentransfer magnetisasi dari proton ke inti kurang sensitif (dikenal sebagai cross-polarisasi) oleh MG Gibby, Alex Pines dan John S. Waugh. Kemudian, Jake Schaefer dan Ed Stejskal menunjukkan juga penggunaan kuat lintas-polarisasi dalam kondisi MASSA yang sekarang secara rutin digunakan untuk mendeteksi inti rendah kelimpahan dan rendah sensitivitas.

Kepekaan

Karena intensitas sinyal resonansi magnetik nuklir dan, karenanya, sensitivitas teknik tergantung pada kekuatan medan magnet teknik juga telah maju selama beberapa dekade dengan pengembangan magnet yang lebih kuat. Kemajuan yang dibuat dalam teknologi audio-visual juga telah meningkatkan kemampuan sinyal-generasi dan pengolahan instrumen baru.

Seperti disebutkan di atas, sensitivitas sinyal resonansi magnetik nuklir juga tergantung pada kehadiran nuklida magnetis rentan dan, karena itu, baik pada kelimpahan alami nuklida tersebut atau pada kemampuan eksperimentalis untuk artifisial memperkaya molekul, yang diteliti, dengan nuklida tersebut. Isotop alami yang paling melimpah dari hidrogen dan fosfor (misalnya) keduanya magnetis rentan dan mudah berguna untuk spektroskopi resonansi magnetik nuklir. Sebaliknya, karbon dan nitrogen memiliki isotop berguna tetapi yang terjadi hanya dalam kelimpahan alami sangat rendah.

Keterbatasan lain pada sensitivitas timbul dari sifat kuantum mekanik fenomena tersebut. Untuk keadaan kuantum dipisahkan oleh energi yang setara dengan frekuensi radio, energi panas dari lingkungan menyebabkan populasi negara untuk menjadi dekat dengan sama. Karena radiasi yang masuk sama mungkin menyebabkan emisi terstimulasi (transisi dari atas ke negara lebih rendah) sebagai penyerapan, efek NMR tergantung pada kelebihan inti di negara-negara yang lebih rendah. Beberapa faktor dapat mengurangi sensitivitas, termasuk

    Peningkatan temperatur, yang seimbang keluar penduduk negara. Sebaliknya, NMR suhu rendah kadang-kadang dapat menghasilkan hasil yang lebih baik daripada ruang-suhu NMR, memberikan sampel tetap cair.

    Kejenuhan sampel dengan energi frekuensi radio diterapkan pada resonansi. Hal ini memanifestasikan di kedua CW dan berdenyut NMR, dalam kasus pertama (CW) ini terjadi dengan menggunakan terlalu banyak daya terus menerus yang membuat tingkat berputar atas benar-benar dihuni, dalam kasus kedua (berdenyut), pulsa masing-masing (yang setidaknya 90 ° pulsa) meninggalkan sampel jenuh, dan empat sampai lima kali (longitudinal) waktu relaksasi (5 T1) harus lulus sebelum pulsa berikutnya atau urutan pulsa dapat diterapkan. Untuk percobaan pulsa tunggal, pulsa RF pendek yang ujung magnetisasi dengan kurang dari 90 ° dapat digunakan, yang kehilangan beberapa intensitas sinyal, tetapi memungkinkan untuk penundaan daur ulang lebih pendek. Ada optimum disebut sudut Ernst, setelah pemenang Nobel. Terutama di NMR padat, atau dalam sampel dengan inti sangat sedikit dengan spin> 0, (diamond dengan 1% alami Karbon-13 sangat merepotkan di sini) waktu relaksasi longitudinal yang dapat berada di kisaran jam, sedangkan untuk proton- NMR mereka lebih pada kisaran satu detik.

    Non-magnetik efek, seperti listrik-quadrupole kopling spin-spin-1 dan 3/2 inti dengan lingkungan lokal mereka, yang memperluas dan melemahkan puncak penyerapan. 14N, sebuah inti spin-1 yang melimpah, sulit untuk belajar untuk alasan ini. Resolusi tinggi NMR bukan probe molekul menggunakan isotop langka 15N, yang memiliki spin-1/2.

Isotop

Unsur kimia yang dapat digunakan untuk analisis NMR. [10]

Umumnya digunakan inti:

    1H, spin paling umum digunakan ½ inti di NMR penyelidikan, telah dipelajari dengan menggunakan berbagai bentuk NMR. Hidrogen sangat berlimpah, terutama dalam sistem biologi. Ini adalah inti yang paling sensitif terhadap sinyal NMR (terlepas dari 3H yang tidak umum digunakan karena ketidakstabilan dan radioaktivitas). Proton NMR menghasilkan pergeseran kimia sempit dengan sinyal yang tajam. Akuisisi cepat hasil kuantitatif (integral puncak dalam rasio stoikiometrik) adalah mungkin karena waktu relaksasi singkat. Sinyal 1H telah menjadi inti diagnostik satunya digunakan untuk pencitraan resonansi magnetik klinis.

    2H, spin 1 inti umumnya digunakan sebagai sinyal bebas menengah dalam bentuk pelarut deuterated selama proton NMR, untuk menghindari gangguan sinyal dari hidrogen yang mengandung pelarut dalam pengukuran 1H zat terlarut. Juga digunakan dalam menentukan perilaku lipid di membran lipid dan padatan lain atau kristal cair karena merupakan relatif non-perturbing label yang selektif dapat menggantikan 1H. Atau, 2H dapat dideteksi di media khusus berlabel dengan 2H. Resonansi Deuterium umumnya digunakan dalam resolusi tinggi NMR spektroskopi untuk memantau melayang dalam kekuatan medan magnet (kunci) dan untuk meningkatkan homogenitas dari medan magnet eksternal.

    3He, sangat sensitif terhadap NMR. Ada persentase yang sangat rendah dalam helium alami, dan kemudian harus dimurnikan dari 4He. Hal ini digunakan terutama dalam studi fullerenes endohedral, di mana inertness kimia yang bermanfaat untuk memastikan struktur fullerene penjebakan.

    11B, lebih sensitif dari 10B, menghasilkan sinyal yang lebih tajam. Tabung kuarsa harus digunakan sebagai kaca borosilikat mengganggu pengukuran.

    Spin-1 13C / 2, digunakan secara luas, meskipun kekurangan relatif dalam alami karbon (sekitar 1%). Hal ini stabil terhadap peluruhan nuklir. Karena ada persentase rendah karbon alami, spektrum akuisisi pada sampel yang belum diperkaya eksperimental di 13C memakan waktu lama. Sering digunakan untuk pelabelan senyawa dalam studi sintetis dan metabolisme. Memiliki sensitivitas rendah dan pergeseran kimia yang luas, menghasilkan sinyal yang tajam. Rendahnya persentase membuatnya berguna dengan mencegah spin-kopling berputar dan membuat spektrum tampak kurang ramai. Relaksasi lambat berarti bahwa spektrum tidak integrable kecuali waktu akuisisi panjang yang digunakan.

    14N, spin-1, sensitivitas inti menengah dengan pergeseran kimia yang luas. Saat kuadrupol yang besar mencampuri akuisisi spektrum resolusi tinggi, membatasi kegunaan untuk molekul yang lebih kecil dan kelompok-kelompok fungsional dengan tingkat tinggi simetri seperti headgroups lipid.

    15N, spin-1/2, relatif umum digunakan. Dapat digunakan untuk pelabelan senyawa. Nucleus sangat sensitif tapi menghasilkan sinyal yang tajam. Rendahnya persentase dalam nitrogen alami bersama-sama dengan sensitivitas rendah memerlukan konsentrasi tinggi atau pengayaan isotop mahal.

    17O, spin-5/2, sensitivitas rendah dan kelimpahan alami sangat rendah (0.037%), kimia lebar pergeseran rentang (hingga 2000 ppm). Saat quadrupole menyebabkan garis memperluas. Digunakan dalam studi metabolisme dan biokimia dalam studi tentang kesetimbangan kimia.

    19F, spin-1/2, relatif umum diukur. Sensitif, hasil sinyal yang tajam, memiliki pergeseran kimia yang luas.

    31p, spin-1/2, 100% fosfor alami. Sedang sensitivitas, kimia rentang pergeseran yang luas, menghasilkan garis tajam. Spectra cenderung memiliki jumlah moderat kebisingan. Digunakan dalam penelitian biokimia dan dalam kimia koordinasi mana fosfor ligan yang mengandung terlibat.

    35Cl dan 37Cl sinyal, luas. 35Cl signifikan lebih sensitif, lebih disukai 37Cl meskipun sinyal yang sedikit lebih luas. Klorida organik menghasilkan sinyal yang sangat luas, penggunaannya terbatas pada klorida anorganik dan ion dan molekul organik yang sangat kecil.

    43Ca, digunakan dalam biokimia untuk mempelajari kalsium mengikat DNA, protein, dll Cukup sensitif, kelimpahan alami sangat rendah.

    195Pt, digunakan dalam studi katalis dan kompleks.

Lain inti (biasanya digunakan dalam studi kompleks dan mengikat kimia, atau untuk mendeteksi keberadaan elemen):

    6Li, 7Li

    9BE

    19F

    21Ne

    23Na

    25mg

    27Al

    29Si

    31p

    33S

    39K, 40K, 41K

    45Sc

    47Ti, 49Ti

    50V, 51V

    53Cr

    55Mn

    57Fe

    59Co

    61Ni

    63Cu, 65Cu

    67Zn

    69Ga, 71Ga

    73Ge

    75As

    77Se

    81Br

    87Rb

    87Sr

    95Mo

    109Ag

    113Cd

    119Sn

    125Te

    127I

    133Cs

    135Ba, 137Ba

    139La

    183W

    199Hg

Aplikasi

Obat

Medis MRI

Lihat juga: Magnetic Resonance Imaging

Penerapan resonansi magnetik nuklir paling dikenal masyarakat umum adalah magnetic resonance imaging untuk diagnosis medis dan mikroskop resonansi magnetik dalam pengaturan penelitian, namun juga banyak digunakan dalam studi kimia, terutama dalam spektroskopi NMR seperti proton NMR, karbon-13 NMR, NMR deuterium dan fosfor-31 NMR. Informasi biokimia juga dapat diperoleh dari jaringan hidup (misalnya tumor otak manusia) dengan teknik yang dikenal sebagai spektroskopi resonansi di vivo magnetik atau kimia Microscopy pergeseran NMR.

Studi ini dimungkinkan karena inti yang dikelilingi oleh elektron mengorbit, yang partikel bermuatan yang menghasilkan kecil, medan magnet lokal yang menambah atau mengurangi dari medan magnet luar, sehingga sebagian akan melindungi inti. Jumlah perisai tergantung pada lingkungan lokal yang tepat. Misalnya, hidrogen terikat pada oksigen akan terlindung berbeda dari hidrogen terikat pada atom karbon. Selain itu, dua inti hidrogen dapat berinteraksi melalui proses yang dikenal sebagai spin-spin kopling, jika mereka berada di molekul yang sama, yang akan membagi garis spektrum dengan cara dikenali.

Sebagai salah satu dari dua teknik spektroskopi utama yang digunakan dalam metabolomik, NMR digunakan untuk menghasilkan sidik jari metabolisme dari cairan biologis untuk mendapatkan informasi tentang keadaan penyakit atau penghinaan beracun.

Kimia

Dengan mempelajari puncak spektrum resonansi magnetik nuklir, ahli kimia dapat menentukan struktur senyawa banyak. Ini bisa menjadi teknik yang sangat selektif, membedakan antara banyak atom dalam molekul atau kumpulan molekul dari jenis yang sama tetapi yang berbeda hanya dalam hal lingkungan kimia lokal mereka. NMR spektroskopi digunakan untuk tegas mengidentifikasi dikenal dan novel senyawa, dan dengan demikian, biasanya dibutuhkan oleh jurnal ilmiah untuk konfirmasi identitas senyawa baru disintesis. Lihat artikel pada karbon-13 NMR dan NMR proton untuk diskusi rinci.

Dengan mempelajari informasi T2, ahli kimia dapat menentukan identitas senyawa dengan membandingkan nuklir frekuensi yang diamati dengan frekuensi presesi dikenal. Data struktur selanjutnya dapat dijelaskan dengan mengamati berputar-berputar kopling, suatu proses dimana frekuensi presesi inti dapat dipengaruhi oleh transfer magnetisasi dari inti kimia terikat di dekatnya. Spin-spin kopling yang diamati dalam NMR hidrogen-1 (1H NMR), karena alam melimpah hampir 100%, pengayaan isotop diperlukan untuk elemen lainnya kebanyakan.

Karena skala waktu resonansi magnetik agak lambat, dibandingkan dengan metode spektroskopi lainnya, mengubah suhu percobaan * T2 juga dapat memberikan informasi tentang reaksi cepat, seperti penataan ulang Cope atau tentang dinamika struktural, seperti cincin-flipping dalam sikloheksana. Pada suhu cukup rendah, perbedaan dapat dibuat antara hidrogen aksial dan ekuatorial dalam sikloheksana.

Sebuah contoh resonansi magnetik nuklir yang digunakan dalam penentuan struktur adalah bahwa dari buckminsterfullerene (sering disebut "bulky balls", komposisi C60). Bentuk sekarang terkenal karbon memiliki atom karbon 60 membentuk sebuah bola. Atom-atom karbon semua dalam lingkungan yang sama dan sehingga harus melihat bidang internal yang sama H. Sayangnya, tidak ada buckminsterfullerene mengandung hidrogen dan begitu 13C resonansi magnetik nuklir harus digunakan. Spektrum 13C membutuhkan waktu lebih lama karena akuisisi karbon-13 tidak isotop karbon umum (seperti hidrogen, di mana 1H adalah isotop umum). Namun, pada tahun 1990 spektrum diperoleh oleh R. Taylor dan rekan kerja di Universitas Sussex dan ditemukan mengandung puncak tunggal, membenarkan struktur yang tidak biasa buckminsterfullerene. [11]

Non-destruktif pengujian

Resonansi magnetik nuklir sangat berguna untuk menganalisis sampel non-destruktif. Gelombang radio dan medan magnet statis dengan mudah menembus berbagai jenis materi dan segala sesuatu yang tidak inheren feromagnetik. Misalnya, berbagai sampel biologis mahal, seperti asam nukleat, termasuk RNA dan DNA, atau protein, dapat dipelajari dengan menggunakan resonansi magnetik nuklir selama beberapa minggu atau bulan sebelum menggunakan percobaan biokimia destruktif. Hal ini juga membuat resonansi magnetik nuklir pilihan yang baik untuk menganalisis sampel yang berbahaya.

Akuisisi informasi dinamis

Selain memberikan informasi statis pada molekul dengan menentukan struktur 3D mereka dalam larutan, salah satu keuntungan yang luar biasa dari NMR melalui X-ray kristalografi adalah bahwa hal itu dapat digunakan untuk memperoleh informasi dinamis penting termasuk gerakan frekuensi rendah kolektif dalam protein dan DNA , misalnya dalam sistem +-kalmodulin Ca2 [12]. Gerakan frekuensi rendah internal dalam biomakromolekul dan fungsi biologis yang telah dibahas oleh Chou. [13]

Data akuisisi di industri perminyakan

Artikel utama: NMR di media berpori

Lain digunakan untuk resonansi magnetik nuklir adalah data akuisisi dalam industri perminyakan untuk minyak dan eksplorasi gas alam dan pemulihan. Sebuah lubang yang dibor ke rock dan strata sedimen di mana resonansi magnetik peralatan logging diturunkan. Resonansi magnetik analisis dari lubang bor yang digunakan untuk mengukur porositas batuan, perkiraan permeabilitas dari distribusi ukuran pori dan mengidentifikasi cairan pori (air, minyak dan gas). Instrumen ini biasanya spektrometer NMR medan rendah.

Arus probe untuk spektroskopi NMR

Baru-baru ini, aplikasi real-time dari NMR dalam media cair telah dikembangkan dengan menggunakan probe aliran dirancang khusus (aliran majelis sel) yang dapat menggantikan probe tabung standar. Hal ini memiliki teknik enabled yang dapat menggabungkan penggunaan kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC) atau perangkat sampel aliran pengenalan terus menerus [14].

Proses kontrol

NMR kini telah memasuki arena real-time pengendalian proses dan optimasi proses di kilang minyak dan pabrik petrokimia. Dua jenis analisis NMR yang digunakan untuk memberikan analisis real time feed dan produk untuk mengontrol dan mengoptimalkan unit operasi. Waktu-domain NMR (TD-NMR) spektrometer beroperasi pada medan rendah (2-20 MHz untuk 1H) menghasilkan data peluruhan induksi gratis yang dapat digunakan untuk menentukan nilai kandungan hidrogen mutlak, informasi rheologi, dan komposisi komponen. Spektrometer ini digunakan dalam pertambangan, produksi polimer, kosmetik dan manufaktur makanan serta analisis batubara. Resolusi tinggi FT-NMR spektrometer beroperasi di kisaran 60 MHz dengan terlindung sistem magnet permanen menghasilkan resolusi spektrum 1H NMR tinggi dari aliran kilang dan petrokimia. Variasi diamati pada spektrum ini dengan mengubah sifat fisik dan kimia dimodelkan menggunakan kemometrika untuk menghasilkan prediksi pada sampel tidak diketahui. Hasil prediksi disediakan untuk mengontrol sistem melalui output analog atau digital dari spektrometer.

Bumi lapangan NMR

Artikel utama: Bumi lapangan NMR

Dalam medan magnet bumi, frekuensi NMR berada dalam rentang frekuensi audio, atau frekuensi yang sangat rendah dan pita frekuensi ultra rendah dari spektrum frekuensi radio. Bumi lapangan NMR (EFNMR) biasanya dirangsang dengan menggunakan pulsa dc bidang yang relatif kuat magnetik untuk sampel dan, setelah berakhirnya pulsa, menganalisis frekuensi rendah yang dihasilkan bolak medan magnet yang terjadi pada medan magnet bumi karena pembusukan induksi bebas (FID). Efek ini dieksploitasi dalam beberapa jenis magnetometer, spektrometer EFNMR, dan pencitra MRI. Sifat murah portabel mereka membuat instrumen berharga untuk penggunaan lapangan dan untuk mengajarkan prinsip-prinsip NMR dan MRI.

Sebuah fitur penting dari spektrometri EFNMR dibandingkan dengan tinggi lapangan NMR adalah bahwa beberapa aspek dari struktur molekul dapat diamati lebih jelas di bidang rendah dan frekuensi rendah, sedangkan aspek-aspek lain diamati pada bidang tinggi tidak teramati di bidang rendah. Hal ini karena:

    Elektron-dimediasi heteronuklir J-kopling (spin-spin kopling) adalah bidang yang independen, kelompok memproduksi dua atau lebih frekuensi dipisahkan oleh beberapa Hz, yang lebih mudah diamati dalam resonansi dasar sekitar 2 kHz. "Memang tampak bahwa resolusi ditingkatkan dimungkinkan karena waktu relaksasi spin panjang dan homogenitas lapangan tinggi yang berlaku di EFNMR." [15]

    Kimia bergeser dari beberapa ppm jelas terpisah dalam spektrum NMR lapangan tinggi, tetapi memiliki pemisahan hanya beberapa millihertz pada frekuensi EFNMR proton, sehingga biasanya hilang dalam kebisingan dll

Quantum komputasi

Artikel utama: Nuklir resonansi komputer kuantum magnetik

NMR komputasi kuantum menggunakan negara spin dari molekul sebagai qubit. NMR berbeda dari implementasi lain dari komputer kuantum karena menggunakan sebuah ensemble dari sistem, dalam hal ini molekul kasus.

Magnetometer

Artikel utama: Magnetometer

Berbagai magnetometer menggunakan efek NMR untuk mengukur medan magnet, termasuk proton presesi magnetometer (PPM) (juga dikenal sebagai magnetometer proton), dan magnetometer Overhauser. Lihat juga NMR lapangan Bumi

Baru! Klik kata di atas untuk mengedit dan melihat terjemahan alternatif. Tutup

=================================================================================

Positron emission tomography

Dari Wikipedia, ensiklopedia bebas

Langsung ke: navigasi, cari

Positron Emission Tomography

Intervensi

ICD-10-PCS C? 3

ICD-9-CM 92,0-92,1

MESH D049268

OPS-301 Kode: 3-74

MedlinePlus 003.827

Gambar dari positron emisi fasilitas khas tomography (PET)

PET / CT-System dengan 16-slice CT, langit-langit dipasang perangkat merupakan pompa injeksi untuk agen kontras CT

Seluruh tubuh PET scan menggunakan 18F-FDG

Tomografi emisi positron (PET) [1] adalah teknik pencitraan medis nuklir yang menghasilkan gambar tiga dimensi atau gambar proses fungsional dalam tubuh. Sistem mendeteksi pasang sinar gamma yang dipancarkan secara tidak langsung oleh positron-emitting radionuklida (pelacak), yang diperkenalkan ke dalam tubuh pada molekul biologis aktif. Gambar tiga dimensi konsentrasi pelacak dalam tubuh kemudian dibangun oleh analisis komputer. Dalam scanner modern, tiga dimensi pencitraan sering dicapai dengan bantuan dari CT X-ray scan yang dilakukan pada pasien selama sesi yang sama, di mesin yang sama.

Jika molekul biologis aktif dipilih untuk PET adalah FGD, analog glukosa, konsentrasi tracer dicitrakan kemudian memberikan aktivitas metabolik jaringan, dalam hal penyerapan glukosa daerah. Penggunaan pelacak ini untuk mengeksplorasi kemungkinan kanker metastasis (yaitu, menyebar ke situs lain) adalah jenis yang paling umum dari PET scan dalam perawatan medis standar (90% dari scan saat ini). Namun, secara minoritas, radiotracers lainnya banyak digunakan dalam PET untuk gambar konsentrasi jaringan jenis lain dari molekul yang menarik.

Isi

    1 Sejarah

    2 Deskripsi

        2.1 Operasi

        2,2 Lokalisasi acara pemusnahan positron

        Gambar 2.3 rekonstruksi menggunakan statistik kebetulan

        2.4 Kombinasi PET dengan CT atau MRI

        2,5 Radionuklida dan radiotracers

        2.6 Keterbatasan

        Gambar 2.7 rekonstruksi

    3 Aplikasi

        3,1 Onkologi

        3,2 Neuroimaging

        3,3 Kardiologi

        3,4 Farmakologi

        3,5 pencitraan Kecil hewan

        3,6 Musculo-skeletal pencitraan

    4 Keselamatan

    5 Lihat juga

    6 Referensi

    7 Pranala luar

Sejarah

Konsep tomografi emisi dan transmisi diperkenalkan oleh David E. Kuhl, Lukas Chapman dan Roy Edwards di akhir 1950-an. Pekerjaan mereka kemudian menyebabkan desain dan konstruksi dari instrumen tomografi beberapa di University of Pennsylvania. Pencitraan tomografi teknik yang dikembangkan lebih lanjut oleh Michel Ter-Pogossian, Michael E. Phelps dan lain-lain di Washington University School of Medicine [2] [3].

Bekerja dengan Gordon Brownell, Charles Burnham dan rekan-rekan mereka di awal Rumah Sakit Umum Massachusetts pada tahun 1950 memberikan kontribusi signifikan terhadap perkembangan teknologi PET dan termasuk demonstrasi pertama dari radiasi pemusnahan untuk pencitraan medis [4]. Inovasi mereka, termasuk penggunaan cahaya pipa dan analisis volumetrik, telah penting dalam penyebaran pencitraan PET. Pada tahun 1961, James Robertson dan rekan-rekannya di Brookhaven National Laboratory membangun scan tunggal-pesawat pertama PET, julukan [5] "kepala-Shrinker."

Salah satu faktor yang paling bertanggung jawab atas penerimaan pencitraan positron adalah pengembangan radiofarmasi. Secara khusus, pengembangan berlabel 2-fluorodeoxy-D-glukosa (2FDG) oleh kelompok Brookhaven bawah arahan Al Wolf dan Joanna Fowler merupakan faktor utama dalam memperluas lingkup pencitraan PET [6] Senyawa ini pertama kali diberikan. dua sukarelawan manusia normal oleh Abass Alavi pada bulan Agustus 1976 di University of Pennsylvania. Otak gambar yang diperoleh dengan scanner biasa (non-PET) nuklir menunjukkan konsentrasi FDG dalam organ itu. Kemudian, zat ini digunakan dalam positron tomografi khusus scanner, untuk menghasilkan prosedur modern.

Perpanjangan logis dari instrumentasi positron adalah desain menggunakan dua 2-dimensi array. PC-I adalah instrumen pertama menggunakan konsep ini dan dirancang pada tahun 1968, selesai pada tahun 1969 dan dilaporkan pada tahun 1972. Aplikasi pertama PC-I dalam modus tomografi yang dibedakan dari modus tomografi dihitung dilaporkan pada tahun 1970. [7] Segera menjadi jelas bagi banyak dari mereka yang terlibat dalam pembangunan PET bahwa array melingkar atau silinder detektor adalah langkah logis berikutnya dalam instrumentasi PET. Meskipun banyak peneliti mengambil pendekatan ini, James Robertson [8] dan ZH Cho [9] adalah yang pertama untuk mengusulkan suatu sistem cincin yang telah menjadi prototipe dari bentuk saat PET.

Pemindai PET / CT, dikaitkan dengan Dr David Townsend dan Dr Nutt disebut oleh majalah TIME sebagai penemuan medis tahun pada tahun 2000. [10]

Deskripsi

Skema pandangan blok detektor dan cincin scanner PET

Operasi

Untuk melakukan scan, berumur pendek radioaktif isotop pelacak disuntikkan ke dalam subjek hidup (biasanya dalam sirkulasi darah). Pelacak secara kimia dimasukkan ke dalam molekul biologis aktif. Ada masa tunggu sementara molekul aktif menjadi terkonsentrasi di jaringan kepentingan; maka subjek ditempatkan dalam pemindai pencitraan. Molekul yang paling umum digunakan untuk tujuan ini adalah fluorodeoxyglucose (FGD), gula, yang masa tunggu biasanya satu jam. Selama scan rekor konsentrasi jaringan dibuat sebagai meluruh tracer.

Skema dari proses akuisisi PET

Sebagai radioisotop mengalami pembusukan emisi positron (juga dikenal sebagai peluruhan beta positif), itu memancarkan positron, sebuah anti-partikel dari elektron dengan muatan yang berlawanan. The positron dipancarkan perjalanan dalam jaringan untuk jarak pendek (biasanya kurang dari 1 mm, namun tergantung pada isotop [11]), selama waktu itu kehilangan energi kinetik, sampai berkurang kecepatannya ke titik di mana ia dapat berinteraksi dengan elektron. [ 12] Pertemuan tersebut annihilates baik elektron dan positron, menghasilkan sepasang pemusnahan (gamma) foton bergerak dalam arah berlawanan sekitar. Ini terdeteksi ketika mereka mencapai sintilator dalam alat scan, menciptakan ledakan cahaya yang dideteksi oleh tabung photomultiplier atau longsoran silikon dioda (Si APD). Teknik ini tergantung pada deteksi simultan atau bersamaan dari sepasang foton bergerak ke arah berlawanan sekitar (itu akan justru sebaliknya di tengah mereka bingkai massal, tapi scanner tidak memiliki cara untuk mengetahui hal ini, sehingga memiliki arah built-in sedikit -toleransi kesalahan). Foton yang tidak tiba di temporal "pasang" (yaitu dalam jendela waktu-dari beberapa nanodetik) diabaikan.

Lokalisasi acara pemusnahan positron

Fraksi yang paling signifikan dari elektron-positron hasil meluruh dalam dua foton gamma 511 keV yang dipancarkan di hampir 180 derajat satu sama lain, maka, adalah mungkin untuk melokalisasi sumber mereka di sepanjang garis lurus dari kebetulan (juga disebut garis respon, atau LOR). Dalam prakteknya, LOR memiliki lebar terbatas sebagai foton dipancarkan tidak benar-benar 180 derajat terpisah. Jika saat pemecahan detektor kurang dari 500 picoseconds daripada sekitar 10 nanodetik, adalah mungkin untuk melokalisasi acara ke segmen dari akord, yang panjangnya ditentukan oleh resolusi waktu detektor. Sebagai resolusi waktu membaik, rasio signal-to-noise (SNR) dari gambar akan meningkatkan, membutuhkan kegiatan yang lebih sedikit untuk mencapai kualitas gambar yang sama. Teknologi ini belum umum, tetapi tersedia di beberapa sistem baru. [13]

Rekonstruksi citra menggunakan statistik kebetulan

Sebuah teknik mirip rekonstruksi computed tomography (CT) dan single-photon emisi computed tomography (SPECT) data lebih umum digunakan, meskipun kumpulan data dikumpulkan dalam PET jauh lebih miskin dari CT, sehingga teknik rekonstruksi lebih sulit (lihat Gambar rekonstruksi PET).

Menggunakan statistik yang dikumpulkan dari puluhan ribu peristiwa kebetulan, satu set persamaan simultan untuk kegiatan total setiap paket jaringan di sepanjang LORs banyak dapat diselesaikan oleh sejumlah teknik, dan, dengan demikian, peta radioaktivitas sebagai fungsi dari lokasi untuk paket atau bit jaringan (juga disebut voxel) dapat dibangun dan diplot. Peta yang dihasilkan menunjukkan jaringan di mana pelacak molekul telah menjadi terkonsentrasi, dan dapat diinterpretasikan oleh dokter kedokteran nuklir atau radiologi dalam konteks diagnosis pasien dan rencana perawatan.

Sebuah badan PET / CT lengkap Fusion gambar

Sebuah PET Brain / gambar MRI Fusion

Kombinasi PET dengan CT atau MRI

Artikel utama: PET-CT dan PET / MRI

PET scan semakin dibaca bersama CT atau Magnetic Resonance Imaging (MRI) scan, dengan kombinasi (disebut "co-pendaftaran") memberikan informasi baik anatomi dan metabolik (misalnya, apa struktur tersebut, dan apa yang dilakukannya biokimia). Karena pencitraan PET yang paling berguna dalam kombinasi dengan pencitraan anatomi, seperti CT, PET scanner modern sekarang tersedia dengan terpadu high-end multi-detektor-baris CT scanner (disebut "PET / CT"). Karena dua scan dapat dilakukan dalam urutan langsung selama sesi yang sama, dengan pasien tidak mengubah posisi antara dua jenis scan, dua set gambar lebih-tepatnya terdaftar, sehingga daerah kelainan pada pencitraan PET dapat lebih sempurna berkorelasi dengan anatomi pada gambar CT. Hal ini sangat berguna untuk menunjukkan pandangan detil dari organ atau struktur bergerak dengan variasi anatomi yang lebih tinggi, yang lebih umum di luar otak.

Di Institut Jülich ilmu saraf dan Biofisika, PET terbesar di dunia / perangkat MRI mulai beroperasi pada bulan April 2009: 9,4-tesla resonansi magnetik tomograph (MRT) yang dikombinasikan dengan tomograph emisi positron (PET). Saat ini, hanya kepala dan otak dapat dicitrakan pada saat-kekuatan medan magnet yang tinggi [14].

Radionuklida dan radiotracers

Artikel utama: fludeoxyglucose

Radionuklida yang digunakan dalam pemindaian PET biasanya isotop dengan kehidupan setengah-pendek seperti karbon-11 (~ 20 menit), nitrogen-13 (~ 10 menit), oksigen-15 (~ 2 menit), fluor-18 (~ 110 min) , atau. rubidum-82 (~ 1.27 min). Ini radionuklida digabungkan baik menjadi senyawa biasanya digunakan oleh tubuh seperti glukosa (atau analog glukosa), air, atau amonia, atau menjadi molekul yang mengikat reseptor atau situs lain kerja obat. Senyawa bertanda tersebut dikenal sebagai radiotracers. PET teknologi dapat digunakan untuk melacak jalur biologis dari setiap senyawa pada manusia hidup (dan banyak spesies lain juga), asalkan dapat radiolabeled dengan isotop PET. Dengan demikian, proses spesifik yang dapat diperiksa dengan PET yang hampir tak terbatas, dan radiotracers untuk molekul target baru dan proses terus disintesis, seperti tulisan ini sudah ada puluhan dalam penggunaan klinis dan ratusan diterapkan dalam penelitian. Saat ini, bagaimanapun, sejauh radiotracer paling umum digunakan dalam PET scan klinis fluorodeoxyglucose (juga disebut FDG atau fludeoxyglucose), analog glukosa yang bertuliskan fluor-18. Radiotracer ini digunakan di dasarnya semua scan untuk onkologi dan scan yang paling dalam neurologi, dan dengan demikian membentuk sebagian besar dari semua radiotracer (> 95%) digunakan dalam PET dan PET / CT scan.

Karena kehidupan setengah-pendek sebagian besar positron-emitting radioisotop, para radiotracers secara tradisional telah diproduksi menggunakan siklotron di dekat fasilitas pencitraan PET. Waktu paruh fluor-18 cukup panjang sehingga radiotracers berlabel dengan fluor-18 dapat diproduksi secara komersial di lokasi offsite dan dikirim ke pusat-pusat pencitraan. Baru-baru ini rubidium-82 generator telah menjadi tersedia secara komersial [15]. Ini berisi strontium-82, yang meluruh dengan menangkap elektron positron-emitting rubidium-82.

Keterbatasan

Meminimalkan dosis radiasi terhadap subjek adalah fitur menarik dari penggunaan berumur pendek radionuklida. Selain perannya didirikan sebagai teknik diagnostik, PET memiliki peran memperluas sebagai metode untuk menilai respon terhadap terapi, khususnya, terapi kanker, [16] di mana risiko untuk pasien dari kurangnya pengetahuan tentang perkembangan penyakit jauh lebih besar daripada risiko dari radiasi pengujian.

Keterbatasan meluasnya penggunaan PET timbul dari tingginya biaya cyclotron dibutuhkan untuk menghasilkan radionuklida berumur pendek untuk pemindaian PET dan kebutuhan khusus disesuaikan di tempat aparat sintesis kimia untuk menghasilkan radiofarmasi setelah pembuatan radioisotop. Organik radiotracer molekul yang akan berisi radioisotop positron-emitting tidak dapat disintesis pertama dan kemudian radioisotop disiapkan dalam diri mereka, karena pemboman dengan siklotron untuk mempersiapkan radioisotop menghancurkan semua operator organik untuk itu. Sebaliknya, isotop harus dipersiapkan terlebih dahulu, kemudian sesudahnya, kimia untuk mempersiapkan setiap radiotracer organik (seperti FGD) dilakukan dengan sangat cepat, dalam waktu singkat sebelum meluruh isotop. Beberapa rumah sakit dan universitas mampu mempertahankan sistem seperti ini, dan PET paling klinis didukung oleh pihak ketiga pemasok radiotracers yang dapat menyediakan banyak situs secara bersamaan. Keterbatasan ini membatasi PET klinis terutama untuk penggunaan pelacak berlabel dengan fluorin-18, yang memiliki paruh 110 menit dan dapat diangkut jarak yang wajar sebelum digunakan, atau rubidium-82 (digunakan sebagai rubidium-82 klorida) dengan setengah-ife dari 1,27 menit, yang dibuat dalam sebuah generator portabel dan digunakan untuk studi perfusi miokard. Namun demikian, dalam beberapa tahun terakhir di tempat beberapa cyclotron terintegrasi dengan perisai dan "laboratorium hot" (laboratorium kimia otomatis yang mampu bekerja dengan radioisotop) telah mulai untuk menemani unit PET untuk rumah sakit terpencil. Kehadiran si kecil di tempat siklotron menjanjikan untuk berkembang di masa depan sebagai cyclotron menyusut dalam menanggapi tingginya biaya transportasi isotop untuk mesin PET jarak jauh [17]

Karena paruh fluor-18 adalah sekitar dua jam, dosis disiapkan dari radiofarmaka bantalan ini radionuklida akan menjalani beberapa setengah-kehidupan pembusukan selama hari kerja. Hal ini membutuhkan kalibrasi ulang sering dosis yang tersisa (penentuan aktivitas per satuan volume) dan perencanaan yang cermat sehubungan dengan penjadwalan pasien.

Rekonstruksi citra

Data mentah yang dikumpulkan oleh scanner PET adalah daftar 'peristiwa kebetulan' mewakili hampir bersamaan deteksi (biasanya, dalam jendela dari 6 sampai 12 nanodetik satu sama lain) dari foton pemusnahan oleh sepasang detektor. Setiap acara kebetulan mewakili garis dalam ruang yang menghubungkan dua detektor sepanjang yang emisi positron terjadi (yaitu, garis respon (LOR)). Sistem modern dengan resolusi waktu yang tinggi (sekitar 3 nanodetik) juga menggunakan teknik (disebut "Time-of-flight") di mana mereka lebih tepat menentukan perbedaan waktu antara deteksi dua foton dan dengan demikian dapat melokalisasi titik asal dari peristiwa pemusnahan antara dua detektor ke dalam 10 cm.

Peristiwa kebetulan dapat dikelompokkan menjadi gambar proyeksi, yang disebut sinograms. Para sinograms diurutkan menurut sudut pandang masing-masing dan tilt (untuk gambar 3D). Gambar sinogram yang analog dengan proyeksi ditangkap oleh dihitung (CT) scanner tomografi, dan dapat direkonstruksi dengan cara yang sama. Namun, statistik dari data yang jauh lebih buruk daripada yang diperoleh melalui tomografi transmisi. Sebuah PET set data normal memiliki jumlah jutaan untuk akuisisi keseluruhan, sedangkan CT dapat mencapai satu miliar hitungan beberapa. Dengan demikian, data PET menderita menyebar dan peristiwa acak jauh lebih dramatis daripada CT Data tidak.

Dalam prakteknya, cukup pra-pengolahan data diperlukan koreksi untuk kebetulan acak, estimasi dan pengurangan foton tersebar, detektor mati-waktu koreksi (setelah deteksi foton, detektor harus "mendinginkan" lagi) dan detektor- sensitivitas koreksi (untuk kedua sensitivitas detektor yang melekat dan perubahan sensitifitas akibat sudut insiden).

Disaring kembali proyeksi (FBP) telah sering digunakan untuk merekonstruksi gambar dari proyeksi. Algoritma ini memiliki keuntungan yang sederhana sementara memiliki persyaratan rendah untuk sumber daya komputasi. Namun, tembakan kebisingan di data mentah yang menonjol dalam gambar direkonstruksi dan daerah serapan tracer tinggi cenderung membentuk garis-garis di gambar. Juga, FBP memperlakukan data deterministik-hal tidak memperhitungkan keacakan yang melekat terkait dengan data PET, sehingga membutuhkan semua pra-rekonstruksi koreksi dijelaskan di atas.

Iteratif harapan-maksimisasi algoritma sekarang pilihan metode rekonstruksi. Algoritma ini menghitung perkiraan distribusi kemungkinan peristiwa pemusnahan yang menyebabkan data yang diukur, berdasarkan prinsip-prinsip statistik. Keuntungannya adalah profil suara yang lebih baik dan resistensi terhadap artefak streak umum dengan FBP, namun merugikan adalah persyaratan komputer yang lebih tinggi sumber daya. [18]

Penelitian terbaru menunjukkan bahwa metode Bayesian yang melibatkan fungsi Poisson kemungkinan dan sebelum yang sesuai (misalnya, smoothing sebelum mengarah ke regularisasi total variasi atau Laplacian sebelum mengarah ke \ ell_1 berbasis regularisasi dalam wavelet atau domain lainnya) dapat menghasilkan kinerja yang unggul dengan harapan-maksimalisasi berbasis metode yang melibatkan fungsi likelihood Poisson tetapi tidak melibatkan seperti sebelumnya [19]. [20] [21]

Koreksi atenuasi: Atenuasi terjadi ketika foton yang dipancarkan oleh radiotracer dalam tubuh diserap oleh intervensi jaringan antara detektor dan emisi foton. Sebagai LORs yang berbeda harus melintasi ketebalan yang berbeda jaringan, foton yang dilemahkan secara diferensial. Hasilnya adalah bahwa struktur jauh di dalam tubuh yang direkonstruksi sebagai memiliki serapan tracer palsu rendah. Scanner kontemporer dapat memperkirakan pelemahan menggunakan terintegrasi x-ray CT peralatan, peralatan Namun sebelumnya menawarkan bentuk mentah dari CT menggunakan sinar gamma (memancarkan positron) sumber dan detektor PET.

Sementara pelemahan-gambar dikoreksi umumnya representasi lebih setia, proses koreksi itu sendiri rentan terhadap artefak yang signifikan. Akibatnya, kedua gambar dikoreksi dan dikoreksi selalu direkonstruksi dan membaca bersama-sama.

Rekonstruksi 2D/3D: scanner PET awal hanya cincin tunggal detektor, maka akuisisi data dan rekonstruksi selanjutnya dibatasi untuk bidang transversal tunggal. Scanner lebih modern sekarang termasuk cincin ganda, pada dasarnya membentuk silinder detektor.

Ada dua pendekatan untuk merekonstruksi data dari seperti scanner: 1) memperlakukan cincin masing-masing sebagai entitas yang terpisah, sehingga kebetulan hanya dalam cincin terdeteksi, gambar dari masing-masing cincin kemudian dapat direkonstruksi secara individual (rekonstruksi 2D), atau 2) memungkinkan kebetulan untuk dideteksi antara cincin serta dalam cincin, kemudian merekonstruksi seluruh volume bersama-sama (3D).

Teknik 3D memiliki kepekaan yang lebih baik (karena kebetulan lebih banyak terdeteksi dan digunakan) dan kebisingan karena itu kurang, tetapi lebih sensitif terhadap efek kebetulan tersebar dan acak, serta memerlukan sumber daya komputer Sejalan besar. Munculnya sub-nanodetik detektor waktu resolusi affords penolakan kebetulan acak yang lebih baik, sehingga mendukung rekonstruksi citra 3D.

Aplikasi

PET adalah suatu alat medis dan penelitian. Hal ini banyak digunakan di klinik onkologi (pencitraan medis tumor dan mencari metastasis), dan untuk diagnosis klinis penyakit tertentu otak difus seperti yang menyebabkan berbagai jenis demensia. PET juga merupakan alat penelitian yang penting untuk memetakan otak manusia normal dan fungsi jantung.

PET juga digunakan dalam studi pra-klinis menggunakan hewan, di mana memungkinkan penyelidikan diulang ke dalam mata pelajaran yang sama. Ini sangat berharga dalam penelitian kanker, karena menghasilkan peningkatan kualitas statistik dari data (subjek dapat bertindak sebagai kontrol mereka sendiri) dan secara substansial mengurangi jumlah hewan yang diperlukan untuk studi tertentu.

Metode alternatif pemindaian termasuk x-ray computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI) dan pencitraan resonansi magnetik fungsional (fMRI), USG dan single-photon emisi computed tomography (SPECT).

Sementara pencitraan beberapa scan seperti CT dan MRI mengisolasi perubahan anatomi organik dalam tubuh, PET dan SPECT mampu mendeteksi daerah detail biologi molekuler (bahkan sebelum perubahan anatomi). PET scanning hal ini menggunakan probe molekuler radiolabelled yang memiliki tingkat yang berbeda dari penyerapan tergantung pada jenis dan fungsi jaringan yang terlibat. Perubahan aliran darah regional di berbagai struktur anatomi (sebagai ukuran dari emitor positron disuntikkan) dapat divisualisasikan dan relatif diukur dengan PET scan.

PET pencitraan yang terbaik dilakukan dengan menggunakan scanner PET khusus. Namun, adalah mungkin untuk mendapatkan gambar PET menggunakan kamera dual-kepala gamma konvensional dilengkapi dengan detektor kebetulan. Kualitas kamera gamma-PET sangat rendah, dan akuisisi lebih lambat. Namun, bagi lembaga dengan rendahnya permintaan PET, ini memungkinkan di tempat pencitraan, bukannya merujuk pasien ke pusat lain, atau mengandalkan kunjungan oleh scanner mobile.

PET adalah teknik berharga untuk beberapa penyakit dan gangguan, karena mungkin untuk menargetkan radio-bahan kimia yang digunakan untuk fungsi tubuh tertentu.

Onkologi

Onkologi: pemindaian PET dengan pelacak fluorin-18 (F-18) fluorodeoxyglucose (FGD), yang disebut FDG-PET, secara luas digunakan dalam onkologi klinis. Pelacak ini adalah analog glukosa yang diambil oleh glukosa menggunakan sel dan terfosforilasi oleh heksokinase (yang mitokondria bentuk yang sangat meningkat pada berkembang pesat tumor ganas). Dosis khas FDG digunakan dalam scan oncological adalah 200-400 MBq untuk manusia dewasa. Karena atom oksigen yang digantikan oleh F-18 untuk menghasilkan FDG diperlukan untuk langkah berikutnya dalam metabolisme glukosa di semua sel, tidak ada reaksi lebih lanjut terjadi di FDG. Selain itu, sebagian besar jaringan (dengan pengecualian dari hati dan ginjal) tidak dapat menghapus fosfat ditambahkan oleh heksokinase. Ini berarti bahwa FDG terjebak dalam setiap sel yang membawa itu, sampai meluruh, karena gula terfosforilasi, karena muatan ionik mereka, tidak bisa keluar dari sel. Hal ini menyebabkan radiolabeling intens jaringan dengan penyerapan glukosa yang tinggi, seperti otak, hati, dan kanker yang paling. Akibatnya, FDG-PET dapat digunakan untuk diagnosis, pementasan, dan pemantauan pengobatan kanker, khususnya limfoma Hodgkin, limfoma non-Hodgkin, dan kanker paru-paru. Berbagai jenis tumor padat akan ditemukan sangat tinggi label pada kasus-per kasus-fakta yang menjadi sangat berguna dalam mencari metastasis tumor, atau untuk kekambuhan setelah tumor primer yang dikenal sangat aktif akan dihapus. Karena scan PET individu lebih mahal daripada pencitraan "konvensional" dengan computed tomography (CT) dan magnetic resonance imaging (MRI), perluasan FDG-PET dalam biaya-kendala pelayanan kesehatan akan tergantung pada penilaian teknologi kesehatan yang layak, masalah ini adalah sulit satu karena pencitraan struktural dan fungsional sering tidak bisa langsung dibandingkan, karena mereka memberikan informasi yang berbeda. Onkologi scan menggunakan FDG membuat lebih dari 90% dari semua scan PET dalam praktek saat ini.

Sebuah isotop lain dan radiotracers perlahan-lahan mulai diperkenalkan ke onkologi untuk tujuan tertentu. Misalnya, 11C-Metomidate telah digunakan untuk mendeteksi tumor asal adrenocortical [22]. [23] Juga, FDOPA PET / CT, di pusat-pusat yang menawarkan itu, telah terbukti menjadi alternatif yang lebih sensitif untuk menemukan, dan juga lokalisasi pheochromocytoma daripada scan MIBG [24]. [25] [26]

Neuroimaging

Artikel utama: Otak positron emission tomography

    PET scan otak manusia.

    Neurologi: neuroimaging PET didasarkan pada asumsi bahwa daerah radioaktivitas tinggi berhubungan dengan aktivitas otak. Apa yang sebenarnya diukur secara tidak langsung adalah aliran darah ke berbagai bagian otak, yang, secara umum, diyakini berkorelasi, dan telah diukur dengan menggunakan pelacak oksigen-15. Namun, karena 2 menit paruh nya, O-15 harus disalurkan langsung dari siklotron medis untuk keperluan tersebut, yang sulit. Dalam prakteknya, karena otak biasanya pengguna cepat glukosa, dan karena patologi otak seperti penyakit Alzheimer sangat mengurangi metabolisme otak dari kedua glukosa dan oksigen bersama-sama, standar FDG-PET dari otak, yang mengukur penggunaan glukosa daerah, mungkin juga berhasil digunakan untuk membedakan penyakit Alzheimer dari proses dementing lainnya, dan juga untuk membuat diagnosis awal penyakit Alzheimer. Keuntungan dari FDG-PET untuk menggunakan ini jauh ketersediaan yang lebih luas. PET imaging dengan FDG juga dapat digunakan untuk lokalisasi fokus kejang: Fokus kejang akan muncul sebagai hypometabolic selama scan interiktal. Radiotracers beberapa (yaitu radioligands) telah dikembangkan untuk PET yang ligan untuk subtipe neuroreceptor tertentu seperti [11C] raclopride dan [18F] fallypride untuk dopamin reseptor D2/D3, [11C] MCN 5652 dan [11C] DASB untuk transporter serotonin, atau enzim substrat (misalnya 6-FDOPA untuk enzim AADC). Agen-agen ini memungkinkan visualisasi dari kolam neuroreceptor dalam konteks pluralitas penyakit neuropsikiatri dan neurologis. Perkembangan sejumlah probe baru untuk noninvasif, dalam pencitraan PET vivo neuroaggregate di otak manusia telah membawa pencitraan amiloid ke ambang pintu penggunaan klinis. Probe amiloid awal pencitraan termasuk 2 - (1 - 6 {- [(2 - [18F] fluoroethyl) (metil) amino]-2-naftil} ethylidene) malononitrile ([18F] FDDNP) [27] dikembangkan di University of California, Los Angeles, dan N-metil-[11C] 2 - (4'-methylaminophenyl)-6-hydroxybenzothiazole [28] (disebut Pittsburgh Senyawa B) dikembangkan di University of Pittsburgh. Probe amiloid pencitraan ini memungkinkan visualisasi plak amiloid di otak pasien Alzheimer dan bisa membantu dokter dalam membuat diagnosis klinis positif dari AD pra-mortem dan bantuan dalam pengembangan novel anti-amyloid terapi. [11C] PMP (N-[11C] methylpiperidin-4-il propionat) adalah radiofarmaka baru yang digunakan dalam pencitraan PET untuk menentukan aktivitas sistem neurotransmitter acetylcholinergic dengan bertindak sebagai substrat untuk acetylcholinesterase. Post-mortem pemeriksaan pasien AD telah menunjukkan penurunan tingkat acetylcholinesterase. [11C] PMP digunakan untuk memetakan aktivitas acetylcholinesterase di otak, yang dapat memungkinkan untuk pre-mortem diagnosis AD dan membantu untuk memantau pengobatan AD. [29] radiofarmasi Avid dari Philadelphia telah mengembangkan senyawa yang disebut 18F-AV-45 yang menggunakan fluor-18 lagi-tahan radionuklida untuk mendeteksi plak amiloid menggunakan scan PET [30].

    Neuropsikologi / kognitif neuroscience: Untuk menguji hubungan antara proses psikologis tertentu atau gangguan dan aktivitas otak.

    Psikiatri: Banyak senyawa yang mengikat selektif untuk neuroreceptors kepentingan dalam psikiatri biologi telah radiolabeled dengan C-11 atau F-18. Radioligands yang mengikat reseptor dopamin (D1, [31] D2, reuptake transporter), serotonin reseptor (5HT1A, 5HT2A, reuptake transporter) reseptor opioid (mu) dan situs lainnya telah berhasil digunakan dalam studi dengan subyek manusia. Studi telah dilakukan memeriksa keadaan reseptor pada pasien dibandingkan dengan kontrol yang sehat dalam skizofrenia, penyalahgunaan zat, gangguan mood dan kondisi kejiwaan lainnya.

Kardiologi

Artikel utama: PET Jantung

Kardiologi, aterosklerosis dan penyakit pembuluh darah studi: Dalam kardiologi klinis, FDG-PET dapat mengidentifikasi apa yang disebut "hibernate miokardium", namun biaya-efektivitas dalam peran ini dibandingkan SPECT tidak jelas. Baru-baru ini, peran telah disarankan untuk FDG-PET pencitraan aterosklerosis untuk mendeteksi pasien yang beresiko stroke [32].

Ilmu farmasi

Farmakologi: Dalam pra-uji klinis, adalah mungkin untuk radiolabel obat baru dan menyuntikkan ke hewan. Scan tersebut disebut sebagai studi biodistribusi. Penyerapan obat, jaringan di mana ia berkonsentrasi, dan eliminasi akhirnya nya, dapat dipantau jauh lebih cepat dan biaya efektif daripada teknik yang lebih tua dari membunuh dan membedah hewan untuk menemukan informasi yang sama. Jauh lebih umum, namun, obat hunian di lokasi yang diklaim sebagai tindakan dapat disimpulkan secara tidak langsung oleh penelitian persaingan antara obat berlabel dan senyawa radiolabeled diketahui apriori untuk mengikat dengan kekhususan ke situs. Sebuah radioligand tunggal dapat digunakan cara ini untuk menguji banyak kandidat obat yang potensial untuk target yang sama. Sebuah teknik terkait melibatkan pemindaian dengan radioligands yang bersaing dengan endogen (alami) substansi pada reseptor tertentu untuk menunjukkan bahwa obat menyebabkan pelepasan bahan alami.

Berikut ini adalah kutipan dari sebuah artikel oleh Universitas Harvard staf penulis Peter Reuell, ditampilkan dalam HarvardScience, bagian dari versi online surat kabar Gazette Harvard, yang membahas penelitian oleh tim Profesor Harvard Associate Kimia Organik dan Kimia Biologi Tobias Ritter: "Sebuah proses kimia baru ... dapat meningkatkan utilitas dari positron emission tomography (PET) dalam menciptakan real-time gambar 3-D dari aktivitas kimia yang terjadi dalam tubuh ini pekerjaan baru .... mengulurkan kemungkinan menggiurkan menggunakan PET scan untuk mengintip ke sejumlah fungsi dalam hewan dan manusia dengan menyederhanakan proses menggunakan "tracer" molekul untuk menciptakan gambar 3-D. " (Dengan membuat reagen fluorinasi baru elektrofilik sebagai molekul menengah; penelitian dapat digunakan dalam pengembangan obat). [33]

Kecil hewan pencitraan

Teknologi PET untuk pencitraan hewan kecil: A PE miniatur tomograph telah dibangun yang cukup kecil untuk tikus sepenuhnya sadar dan mobile untuk dikenakan di kepalanya sambil berjalan di sekitar [34] ini RatCAP (Rat PET Hewan Sadar) memungkinkan hewan yang akan dipindai. tanpa efek perancu anestesi. Scanner PET yang dirancang khusus untuk tikus pencitraan atau primata kecil yang dipasarkan untuk penelitian akademik dan farmasi.

Musculo-skeletal pencitraan

Muskulo-Skeletal Imaging: PET telah terbukti menjadi teknik layak untuk mempelajari otot rangka selama latihan seperti berjalan [35] Salah satu keuntungan utama menggunakan PET adalah bahwa hal itu juga dapat menyediakan data aktivasi otot sekitar otot berbohong lebih dalam seperti. vastus intermedialis dan gluteus minimus, dibandingkan dengan otot lainnya mempelajari teknik seperti electromyography, yang dapat digunakan hanya pada otot dangkal (yaitu, langsung di bawah kulit). Kerugian yang jelas, bagaimanapun, adalah bahwa PET tidak memberikan informasi waktu tentang aktivasi otot, karena itu harus diukur setelah latihan selesai. Hal ini disebabkan waktu yang diperlukan untuk FDG menumpuk di otot diaktifkan.

Keselamatan

PET scan adalah non-invasif, tetapi tidak melibatkan paparan radiasi pengion. Dosis total radiasi yang signifikan, biasanya sekitar 5-7 mSv. Namun, dalam praktek modern, PET / CT scan gabungan hampir selalu dilakukan, dan untuk PET / CT scan, paparan radiasi substansial mungkin sekitar 23-26 mSv-(untuk dosis orang-70 kg cenderung lebih tinggi untuk tubuh yang lebih tinggi bobot). [36] Bila dibandingkan dengan tingkat klasifikasi untuk pekerja radiasi di Inggris dari 6 mSv, dapat dilihat bahwa penggunaan PET scan membutuhkan pembenaran yang tepat. [rujukan?] Hal ini juga dapat dibandingkan dengan 2,2 mSv rata-rata radiasi latar belakang tahunan di Inggris, 0,02 mSv untuk x-ray dada dan 6,5-8 mSv untuk CT scan dada, menurut jurnal Chest dan ICRP [37]. [38] Sebuah perubahan kebijakan yang disarankan oleh IFALPA

===============================================================================

Single-photon computed tomography emisi

Dari Wikipedia, ensiklopedia bebas

  (Dialihkan dari emisi foton tunggal computed tomography)

Langsung ke: navigasi, cari

Single-photon computed tomography emisi

Intervensi

Sebuah SPECT sepotong distribusi teknesium exametazime dalam otak pasien.

ICD-9-CM 92,0-92,1

MESH D015899

OPS-301 Kode: 3-72

Single-photon emisi computed tomography (SPECT, atau kurang umum, SPET) adalah kedokteran nuklir tomografi [1] teknik pencitraan menggunakan sinar gamma. Hal ini sangat mirip dengan konvensional pencitraan kedokteran nuklir planar menggunakan kamera gamma. Namun, ia mampu memberikan informasi yang benar 3D. Informasi ini biasanya disajikan sebagai cross-sectional melalui iris pasien, tetapi dapat secara bebas diformat ulang atau dimanipulasi sesuai kebutuhan.

Teknik dasar membutuhkan pengiriman radioisotop gamma-emitting (disebut radionuklida) ke pasien, biasanya melalui suntikan ke dalam aliran darah. Pada kesempatan, radioisotop adalah ion terlarut sederhana larut, seperti radioisotop gallium (III), yang kebetulan juga memiliki sifat kimia yang memungkinkan untuk berkonsentrasi dengan cara yang menarik medis untuk mendeteksi penyakit. Namun, sebagian besar waktu di SPECT, radioisotop penanda, yang merupakan kepentingan hanya untuk sifat radioaktif, telah melekat pada ligan tertentu untuk membuat radioligand, yang menarik untuk sifat kimianya mengikat jenis tertentu dari jaringan. Pernikahan ini memungkinkan kombinasi ligan dan radioisotop (radiofarmaka) untuk dibawa dan terikat ke tempat yang menarik di tubuh, yang kemudian (karena emisi gamma-isotop) memungkinkan konsentrasi ligan untuk dilihat oleh gamma yang -kamera.

Isi

    1 Prinsip

    2 Aplikasi

        2,1 pencitraan perfusi miokard

        2,2 pencitraan Fungsional otak

    3 Rekonstruksi

    4 Khas SPECT akuisisi protokol

    5 SPECT / CT

    6 Lihat juga

    7 Referensi

    8 Bacaan lebih lanjut

    9 Pranala luar

Prinsip

SPECT Siemens merek. Ini terdiri dari dua kamera gamma.

Dengan cara yang sama bahwa polos X-ray adalah 2-dimensi (2-D) pandangan struktur 3-dimensi, gambar yang diperoleh oleh kamera gamma adalah pandangan 2-D distribusi 3-D dari radionuklida.

SPECT pencitraan dilakukan dengan menggunakan kamera gamma untuk mendapatkan gambar 2-D multiple (juga disebut proyeksi), dari berbagai sudut. Sebuah komputer kemudian digunakan untuk menerapkan algoritma rekonstruksi tomografi dengan proyeksi ganda, menghasilkan dataset 3-D. Dataset ini kemudian dapat dimanipulasi untuk menunjukkan irisan tipis sepanjang sumbu yang  dipilih dari tubuh, serupa dengan yang diperoleh dari teknik tomografi lainnya, seperti MRI, CT, dan PET.

SPECT mirip dengan PET dalam penggunaan bahan perunut radioaktif dan deteksi sinar gamma. Berbeda dengan PET, bagaimanapun, pelacak yang digunakan dalam SPECT memancarkan radiasi gamma yang diukur secara langsung, sedangkan PET pelacak memancarkan positron yang memusnahkan dengan elektron sampai beberapa milimeter, menyebabkan dua foton gamma yang dipancarkan dalam arah yang berlawanan. Sebuah scanner PET mendeteksi "bertepatan" emisi dalam waktu, yang menyediakan radiasi informasi acara lokalisasi lebih dan, dengan demikian, gambar resolusi tinggi dari SPECT (yang memiliki sekitar 1 cm resolusi). Scan SPECT, bagaimanapun, secara signifikan lebih murah daripada scan PET, sebagian karena mereka dapat menggunakan lebih lama-hidup radioisotop mudah-memperoleh lebih dari PET.

Karena akuisisi SPECT sangat mirip dengan pencitraan kamera gamma planar, yang radiofarmasi yang sama dapat digunakan. Jika seorang pasien diperiksa dalam jenis lain scan kedokteran nuklir, tetapi gambar yang non-diagnostik, dimungkinkan untuk melanjutkan langsung ke SPECT dengan memindahkan pasien ke instrumen SPECT, atau bahkan hanya dengan konfigurasi ulang kamera untuk akuisisi gambar SPECT sementara pasien tetap di atas meja.

Mesin SPECT melakukan scan tubuh tulang total. Pasien terletak di atas meja yang dapat digeser melalui mesin, sementara sepasang kamera gamma berputar di sekelilingnya.

Untuk mendapatkan gambar SPECT, kamera gamma diputar di sekitar pasien. Proyeksi tersebut diperoleh pada titik-titik yang ditentukan selama rotasi, biasanya setiap 3-6 derajat. Dalam kebanyakan kasus, rotasi 360 derajat penuh digunakan untuk mendapatkan rekonstruksi yang optimal. Waktu yang dibutuhkan untuk memperoleh proyeksi masing-masing juga bervariasi, namun 15-20 detik khas. Ini memberikan waktu scan total 15-20 menit.

Multi-berkepala kamera gamma dapat memberikan akuisisi dipercepat. Misalnya, kamera ganda berkepala dapat digunakan dengan kepala spasi 180 derajat terpisah, memungkinkan 2 proyeksi yang akan diperoleh secara bersamaan, dengan masing-masing kepala membutuhkan 180 derajat rotasi. Triple-kepala kamera dengan 120 derajat jarak juga digunakan.

Akuisisi gated jantung yang mungkin dengan SPECT, seperti dengan teknik pencitraan planar seperti MUGA. Dipicu oleh Elektrokardiogram (EKG) untuk mendapatkan informasi tentang diferensial jantung di berbagai bagian siklus, gated SPECT miokard dapat digunakan untuk memperoleh informasi kuantitatif tentang perfusi miokard, ketebalan, dan kontraktilitas miokardium selama berbagai bagian dari siklus jantung, dan juga untuk memungkinkan perhitungan ejeksi ventrikel kiri fraksi, stroke volume, dan cardiac output.

Aplikasi

SPECT dapat digunakan untuk melengkapi berbagai studi gamma pencitraan, di mana representasi 3D yang benar dapat membantu, skintigrafi misalnya, pencitraan tumor, infeksi (leukosit) pencitraan, pencitraan tiroid atau tulang.

Karena SPECT memungkinkan lokalisasi akurat dalam ruang 3D, dapat digunakan untuk memberikan informasi tentang fungsi lokal pada organ dalam, seperti pencitraan jantung atau otak fungsional.

Myocardial perfusi pencitraan

Artikel utama: pencitraan perfusi miokard

Perfusi pencitraan miokard (MPI) adalah bentuk pencitraan jantung fungsional, yang digunakan untuk diagnosis penyakit jantung iskemik. Prinsip yang mendasarinya adalah bahwa dalam kondisi stres, sakit miokardium menerima aliran darah kurang dari miokardium normal. MPI adalah salah satu dari beberapa jenis stress test jantung.

Sebuah radiofarmaka spesifik jantung diberikan, misalnya, 99mTc-tetrofosmin (Myoview, GE kesehatan), 99mTc-Sestamibi (Cardiolite, Bristol-Myers Squibb). Setelah ini, denyut jantung dinaikkan untuk menginduksi stres miokard, baik oleh latihan atau farmakologi dengan adenosine, dobutamin, atau dipyridamole (aminofilin dapat digunakan untuk membalikkan efek dipyridamole).

Pencitraan SPECT dilakukan setelah stres mengungkapkan distribusi radiofarmaka, dan oleh karena itu aliran darah relatif terhadap wilayah yang berbeda dari miokardium. Diagnosa dibuat dengan membandingkan gambar stres untuk satu set lebih lanjut dari gambar yang diperoleh pada saat istirahat. Sebagai mendistribusikan radionuklida lambat, biasanya tidak mungkin untuk melakukan kedua set gambar pada hari yang sama, dengan demikian kehadiran kedua diperlukan 1-7 hari kemudian (meskipun, dengan studi-201 Tl perfusi miokard dengan dipyridamole, gambar sisanya dapat diperoleh sesedikit dua jam pasca-stres). Namun, jika pencitraan stres adalah normal, maka tidak perlu untuk melakukan pencitraan istirahat, karena juga akan menjadi normal, dengan demikian, pencitraan stres biasanya dilakukan pertama.

MPI telah terbukti memiliki akurasi keseluruhan sekitar 83% (sensitivitas: 85%; spesifisitas: 72%), [2] dan sebanding dengan (atau lebih baik daripada) non-invasif tes untuk penyakit jantung iskemik.

Fungsional pencitraan otak

Artikel utama: Neuroimaging

Biasanya, para pelacak gamma-emitting digunakan dalam pencitraan otak fungsional 99mTc-HMPAO (hexamethylpropylene amina oksim). 99mTc adalah isomer nuklir metastabil yang memancarkan sinar gamma yang dapat dideteksi oleh kamera gamma. Melampirkan ke HMPAO memungkinkan 99mTc yang akan diambil oleh jaringan otak secara proporsional dengan aliran darah otak, pada gilirannya memungkinkan aliran darah otak yang akan dinilai dengan kamera gamma nuklir.

Karena aliran darah di otak erat digabungkan dengan metabolisme otak lokal dan penggunaan energi, 99mTc-HMPAO pelacak (serta 99mTc-EC mirip pelacak) digunakan untuk menilai metabolisme otak regional, dalam upaya untuk mendiagnosa dan membedakan yang berbeda kausal patologi demensia. Meta-analisis studi melaporkan banyak menunjukkan bahwa SPECT dengan pelacak ini adalah sekitar 74% sensitif di mendiagnosis penyakit Alzheimer vs sensitivitas 81% untuk ujian klinis (kognitif pengujian, dll). Penelitian lebih baru menunjukkan ketepatan SPECT dalam diagnosis Alzheimer mungkin setinggi 88%. [3] Dalam analisis meta, SPECT lebih unggul ujian klinis dan kriteria klinis (91% vs 70%) untuk dapat membedakan Alzheimer penyakit dari demensia vaskular [4]. Kemampuan ini yang terakhir berhubungan dengan pencitraan SPECT yang metabolisme lokal otak, di mana hilangnya merata metabolisme kortikal terlihat pada stroke beberapa berbeda jelas dari kerugian yang lebih bahkan atau "halus" non-oksipital korteks otak khas penyakit Alzheimer fungsi.

99mTc-HMPAO SPECT pemindaian bersaing dengan fludeoxyglucose (FGD) PET scan otak, yang bekerja untuk menilai metabolisme otak glukosa daerah, untuk memberikan informasi yang sangat mirip tentang kerusakan otak lokal dari banyak proses. SPECT lebih banyak tersedia, karena radioisotop yang digunakan adalah tahan lama dan jauh lebih murah di SPECT, dan peralatan scanning gamma kurang mahal juga. Sementara 99mTc diekstrak dari relatif sederhana teknesium-99m generator, yang dikirim ke rumah sakit dan pusat-pusat pemindaian mingguan untuk memasok radioisotop segar, FDG PET bergantung pada FDG, yang dibuat dalam siklotron medis mahal dan "hot-lab" (otomatis laboratorium kimia untuk pembuatan radiofarmaka), dan kemudian dikirim segera untuk pemindaian situs karena pendek alami 110 menit paruh Fluorin-18.

Rekonstruksi

Kode aperture masker untuk kamera gamma

Gambar direkonstruksi biasanya memiliki resolusi 64 × 64 atau 128 × 128 piksel, dengan ukuran pixel mulai dari 3-6 mm. Jumlah proyeksi diakuisisi dipilih untuk menjadi kira-kira sama dengan lebar dari gambar yang dihasilkan. Secara umum, gambar yang dihasilkan akan direkonstruksi dari resolusi lebih rendah, telah meningkatkan noise dari gambar planar, dan menjadi rentan terhadap artefak.

Pemindaian memakan waktu, dan sangat penting bahwa tidak ada gerakan pasien selama waktu scan. Gerakan dapat menyebabkan degradasi yang signifikan dari gambar direkonstruksi, meskipun teknik kompensasi gerakan rekonstruksi dapat membantu dengan ini. Sebuah distribusi yang sangat tidak merata radiofarmaka juga memiliki potensi untuk menyebabkan artefak. Sebuah daerah yang sangat intens aktivitas (misalnya, kandung kemih) dapat menyebabkan melesat luas gambar dan daerah tetangga jelas kegiatan. (Ini adalah keterbatasan algoritma proyeksi rekonstruksi disaring kembali. Iteratif rekonstruksi algoritma alternatif yang semakin penting, karena kurang sensitif terhadap artefak dan juga dapat mengoreksi redaman dan kabur tergantung kedalaman).

Atenuasi sinar gamma dalam pasien dapat menyebabkan meremehkan signifikan dari aktivitas di jaringan dalam, dibandingkan dengan jaringan dangkal. Perkiraan koreksi mungkin, berdasarkan posisi relatif kegiatan. Namun, koreksi yang optimal diperoleh dengan nilai atenuasi terukur. Modern peralatan SPECT tersedia dengan scanner X-ray terintegrasi CT. Sebagai X-ray CT gambar adalah peta redaman dari jaringan, data ini dapat dimasukkan ke dalam rekonstruksi SPECT untuk mengoreksi redaman. Hal ini juga memberikan citra CT tepatnya terdaftar, yang dapat memberikan informasi anatomi tambahan.

Khas SPECT akuisisi protokol

Studi Radioisotop Emisi energi (keV) Half-life Kegiatan Radiofarmaka (MBq) Rotasi (derajat) Proyeksi Resolusi gambar Waktu per proyeksi (s)

Bone scan teknesium-99m 140 6 jam fosfonat / Bifosfonat 800 360 120 128 x 128 30

Myocardial perfusi memindai teknesium-99m 140 6 jam tetrofosmin, Sestamibi 700 180 60 64 x 64 25

Sestamibi paratiroid memindai teknesium-99m 140 6 jam Sestamibi

Scan otak teknesium-99m 140 6 jam HMPAO, ECD 555-1.110 360 64 128 x 128 30

Memindai tumor neuroendokrin atau neurologis iodine-123 atau yodium-131 ​​159 13 jam atau 8 hari MIBG 400 360 60 64 x 64 30

Putih sel memindai indium-111 & teknesium-99m 171 & 245 67 jam in vitro berlabel leukosit 18 360 60 64 x 64 30

SPECT / CT

Dalam beberapa kasus scanner gamma SPECT dapat dibangun untuk beroperasi dengan CT scanner konvensional, dengan coregistration gambar. Seperti di PET / CT, ini memungkinkan lokasi tumor atau jaringan yang dapat dilihat pada SPECT skintigrafi, tetapi sulit untuk tepat menemukan berkenaan dengan struktur anatomi lainnya. Scan tersebut paling berguna untuk jaringan luar otak, di mana lokasi jaringan mungkin jauh lebih bervariasi. Misalnya, SPECT / CT dapat digunakan dalam Sestamibi aplikasi pindai paratiroid, di mana teknik ini berguna dalam mencari ademomas parahyroid ektopik yang tidak mungkin berada di lokasi biasa mereka dalam kelenjar tiroid. [5]

================================================================================

The Justice Otomatis Sistem Informasi Daerah (ARJIS) diciptakan sebagai agen kekuatan gabungan (JPA) untuk berbagi informasi antar badan-badan peradilan di seluruh San Diego County dan Imperial, California. ARJIS telah berkembang menjadi sebuah jaringan perusahaan yang kompleks peradilan pidana yang digunakan oleh 71 negara setempat, dan agen-agen federal di dua kabupaten yang berbatasan California Mexico. The ARJISnet aman intranet mengintegrasikan lebih dari 6.000 workstation sepanjang 4.265 mil persegi dari San Diego County. Ada lebih dari 11.000 pengguna yang berwenang menghasilkan lebih dari 35.000 transaksi sehari-hari.

ARJIS digunakan untuk analisis taktis, penyelidikan, informasi statistik, dan analisis kejahatan. Struktur tata kelola ARJIS mempromosikan berbagi data dan kerjasama di semua tingkatan untuk lembaga anggota, dari kepala ke petugas untuk staf teknis. ARJIS sekarang sebuah divisi dari SANDAG (San Diego Asosiasi Pemerintah).

ARJIS bertanggung jawab atas inisiatif utama keselamatan publik, termasuk akses nirkabel ke foto, waran, dan data penting lainnya dalam kejahatan, lapangan dan pemetaan seks pelaku, kejahatan analisis evaluasi alat, dan sistem perusahaan dari aplikasi yang membantu pengguna mengatasi kejahatan dan mengidentifikasi pelaku . ARJIS juga berfungsi sebagai pusat informasi daerah untuk pemberitahuan petugas, berbagi informasi, dan pertukaran, validasi, dan real-time upload berbagai jenis data keselamatan publik.