pet y spet
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PET y SPET
Myriam
Guadalupe Del
Río P.
Neida Yadira
Del Río P.
"Cuando se es muy joven y se sabe un poco, las montañasson montañas, el agua es agua y los árboles son árboles.Cuando se ha estudiado y se ha leído, las montañas ya noson montañas, el agua ya no es agua y los árboles ya no sonárboles. Cuando se es sabio, nuevamente las montañas sonmontañas, el agua es agua y los árboles son árboles“.
-Antiguo refrán del budismo zen.
Especialidad médica que emplea los isótopos radiactivos para el diagnóstico clínico, la terapéutica, la cirugía radiodirigida y la investigación médica.
Positron Emission Tomography
Single Photon Emission Tomography
Una RM nos muestra que
tenemos cerebro
PET nos muestra que lo usamos
la radioactividad es
descubierta por Henri
Becquerel.
Los esposos Curie Descubren
dos nuevos elementos
Radiactivos: Radio y Polonio.
EErnest Lawrence
construyó el primer
acelerador de partículas capaz
de producir en forma artificial
el físico experimental CD.
Anderson, demostró la
existencia de partículas con la
masa de un electrón pero con
1932
Brownell y Sweet construyeron el
primer equipo En el hospital general
de Massachusetts , crearon un escáner
simple de positrones con dos
detectores opuestos de yoduro de
1950
Constaba dos filas de nueve
detectores que coincidía con tres
detectores en la fila opuesta.El montaje del detector se movía en una
dirección, de manera que se formaba una
imagen bidimensional.
El escáner había sido diseñado
específicamente para imágenes del
cerebro y sirvió para ese fin en un
Fue el primer equipo en usar 2
dimensiones Se le incorporÓ rotación
y translación de los 2 bancos de
1968
Fue desarrollada la
versión comercial por
la compaÑía “Cyclotron
1971 - 1976
1979
década de los 80
FÍSICA DEL PET Y SPECT
La medicina nuclear es un área especializada de la
radiología que utiliza cantidades muy pequeñas de sustancias radioactivas,
o radiofármacos, para examinar la función y
estructura de un órgano.
La energía utilizada en la medicina nuclear (PET y SPECT) es la radiación gamma.
La radiación gamma y/o rayos gamma es un tipo de radiación electromagnética, y por tanto formada por
fotones, producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la
aniquilación de un par positrón-electrón.
Los rayos gamma se producen en la desexcitación de un nucleon de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos.
Radiación ionizante ( rayos gama). Este término es utilizado para describir estas ondas puesto que ellas provocan, en el material que atraviesan, la formación de partículas cargadas eléctricamente, llamadas "iones“ dando cierta fluorescencia al material penetrado.
La generación de imágenes en la medicina nuclear es una combinación de muchas
disciplinas diferentes, entre ellas la química, la física, las matemáticas, la tecnología
informática y la medicina.
FÍSICA Y OBTENCIÓN DE LA IMAGEN EN LA PET
PRINCIPIOS
La tomografía por emisión de positrones implica obtener imágenes a partir de radionucleidos emisores de positrones, ya que la técnica requiere la detección simultánea de dos fotones gama (cada uno de 511 keV).
Por tanto, la PET puede ser considerado como una tomografía por emisión de fotón doble en contraste con la tomografía por emisión monofotónica(SPECT).
Conceptos:
Electrón: partícula subatómica elemental de carga negativa y que en un átomo rodean el núcleo, forma parte de la materia ordinaria.
Positrón: es la antipartícula correspondiente al electrón, por lo que posee su misma masa, pero con carga eléctrica negativa, además de no pertenece a la materia ordinaria.
Isótopo: es una de las variedades de un átomo, que tiene el mismo número atómico, constituyendo el mismo elemento, pero que difieren en su número de masa.
Radioisótopos: son isótopos inestables, o radiactivos, y emiten radiación espontáneamente, (rayos gama).
Radiotrazador
Agua
Amoniaco
Glucosa
Isotopo radioactivo:
Carbono-11 (20min)
Nitrogeno-13 (10min)
Oxigeno-15 (2min)
Fluor-18 (2 hrs)
Positrón (+) Electrón (-)
fotón fotónRadiación gamma.
18F-desoxi-glucosa
En cada aniquilacion se generan 2 fotones gamma de alta energia.
Las células con mayor avidez o con mayormetabolismo de glucosa, como las células tumorales,aparecen con mayor contraste en laimagen que los tejidos normales.
El anillo que rodea al paciente detecta dos fotones prácticamente a la vez, y uniendo ambos impactos con una línea imaginaria tenemos las posibles localizaciones del positrón responsable.
Como los átomos están desintegrándose todo el tiempo, los anillos recogen pares de fotones continuamente, y cruzando las líneas imaginarias que unen cada par de fotones pueden calcular no ya una línea, sino un punto.
Cada par de líneas que se cruce (o casi se cruce) identifica células emisoras de positrones, es decir, células “marcadas” con la sustancia inestable.
A partir de la información de los sinogramas y por medio de la reconstrucción tomográfica se puede obtener la distribución del elemento emisor de positrones, que se corresponderá con la distribución del radiofármaco.
Cada línea de detección viene determinada porunas coordenadas de muestreo angular (θ) y radial (ρ), esto permite almacenar los sucesos coincidentes en matrices o sinogramas.
Cada línea de detección viene determinada porunas coordenadas de muestreo angular (θ) y radial (ρ), Esto permite almacenar los sucesos coincidentesen matrices o sinogramas.
Cuantos más positrones hayan sido emitidos en un lugar determinado (es decir, cuantos más pares de fotones hayan definido líneas rectas que se corten en ese lugar) más cantidad de sustancia marcadora ha sido absorbida por esas células.
PET de un cerebro normal, a la izquierda, y uno con Alzheimer, a la derecha.
Al final se representa la intensidad de emisión de positrones en cada punto con una graduación de colores.
La emisión de positrones es mínima en el color azul y máxima en el color rojo.
El objetivo del PET es detectar qué zonas del cuerpo absorben determinados compuestos.
Metabolismo….FUNCIÓN
hipocaptantes
hipercaptantes
La obtención de imágenes clínicas detomografía por emisión de positrones y de tomografíacomputarizada alineadas con precisión, en un mismotomógrafo; permitiendo correlacionar la informaciónfuncional del PET con la anatómica del CT.
La solución al diseño de un equipo PET/CT fue ladisposición de un tomógrafo CT en tándem con un tomógrafo PET.
Tomógrafo PET/CT (Biograph 2 de Siemens) instaladoen la Clínica Universidad de Navarra. En las dos primerasimágenes, que corresponden a la fase de montaje, seobserva la disposición en tándem del PET y del CT.
FÍSICA Y OBTENCIÓN DE IMAGEN EN LA SPECT
La SPECT, utiliza la emisión de un solo fotón (200 keV) para producir radiación gamma y así poder obtener una imagen, esto a partir de un radionucleotido.
Los radionúclidos que se utilizan son los mismos emisores gamma que se usan en los estudios convencionales de Medicina Nuclear con gammacámarasplanares.
Como en una radiografía, cada uno de las imágenes que se obtienen es bidimensional, pero pueden combinarse muchas imágenes tomadas desde distintas posiciones alrededor del paciente para obtener una imagen tridimensional.
Sobre esta imagen tridimensional se obtienen los cortes tomográficos en los tres planos del espacio.
Cabezales rotatorios
El procedimiento es similar a la (PET), pero en la SPECT es el isótopo el que produce directamente el rayo gamma.
Xenón 133 y 127 (133Xe, 127Xe), Tecnecio 99 (99mTc), Yodo 123 (123I) y Talio 201(201Tl).
Se administra al paciente vía intravenosa o inhalatoria.
Se le pide al paciente despojarse de material que intervenga con el procedimiento.
El paciente se coloca en posición supino dorsal y se le pide no moverse durante las proyecciones.
La selección del colimador suele limitarse a la que proporciona el fabricante del sistema.
Los colimadores con conductos mas largos tienen una mayor resolución, esto es importante porque en el SPECT participan muy pocos fotones.
Colimadores en haz cónico y haz en abanico permitirán que se utilice una mayor superficie de cristal con esto se capta mejor la radiación y se amplia la imagen a observar.
Se debe confirmar que el eje de rotación corresponda al centro de la matriz en el ordenador.
La órbita ideal mantiene el cabezal tan cerca al órgano, como sea posible.
Aspectos de la adquisición de imágenes por SPECT:
•Comprobación del centro de rotación•Orbita•Tamaño de la matriz•Rotación de 180 vs 360
•Tiempo de cada proyección
•Tiempo total de exploración
•Factores del paciente
•Algoritmo de reconstrucción (software)
Un colimador de alta resolución requiere una matriz de 128 x128.
Si se utiliza un colimador de baja resolución la matriz es de 64 x 64.
Proyección de 15-30 seg.
Tiempo de examen 20-40 min.
Determinar la posición en la que ha sido detectado el fotón.
Convertir la señal analógica en digital. (pixel)
Una ventaja del SPECT es que se recoge un volumen de datos de
imagen de una vez.
Esto permite la adquisición de múltiples cortes tomográficos de
forma simultánea.
La imágenes se puede observar con de colores.
Al obtener imágenes calientes o de alta perfusión (como la corteza) e imágenes frías o de baja perfusión (como los ventrículos), permitirá detectar zonas infartadas o zonas isquémicas o de penumbra. SPECT con corte axial de un infarto extenso del territorio de la arteria cerebral media
derecha. Obsérvese la ausencia de perfusión en dicho territorio.
Los puntos calientes se asocian con valores elevados de cuentas en los rayos proyectados, que se cruzan en su localización correspondiente.
Los puntos fríos no contribuyen a las cuentas en las proyecciones de los rayos individuales.
Hipoperfusion
HIiperperfusion
La detección de coincidencia permite al menos un aumento de 100 veces la sensibilidad de la PET , respecto a las técnicas de imagen convencionales de medicina nuclear.
Ello explica la mayor calidad de imágenes con respecto a la SPECT.
La diferencia radica en que el PET es una prueba que detecta la disminución o aumento del metabolismo (función) y el SPECT detecta el aumento o disminución del flujo (perfusión).
Medicina Nuclear
PET
Detección del metabolismo
Hipercaptante
Hipocaptante
SPECT
Detección del flujo
Hiperperfusión
hipoperfusión
Radiofarmacos
Sustancia química de naturaleza orgánica o inorgánica que dentro de su estructura contiene
átomos radiactivos, los cuales presentan desintegración espontánea con emisión de
fotones o partículas nucleares y que se utiliza con fines de diagnóstico y/o terapia al ser
administrado a seres humanos.
Radiofármaco:
Radiofarmacos
Radiofármaco
Radionucleido Fármaco
RadiofarmacosEl radionucleido utilizado al formular un radiofármaco se elige de acuerdo a sus características físicas:
1. Período de semidesintegración
• SPECT → 80-400 KeV
• PET → 511 KeV (positrón)
2. Energía de emisión
3. Tipo de emisión
Radiofarmacos
Radiofármacos emisores de positrones
Radiofármaco Aplicación
(18F) FDG Metabolismo glicídico
(11C) acetato
Metabolismode ácidos grasos
(11C) palmitato
Ácido (18F) fluorotioheptadecanoico
3-(18F) fluoro-α-metiltirosina
Síntesis de proteínas y transporte de
aminoácidosL-(metil-11C) metionina
(11C) timidina Marcadores de proliferación(18F) fluorotimidina
PET
Radiofarmacos
Radiofármacos emisores de positrones
Radiofármaco Aplicación
(11C) cocaína y análogos
Ligandos de receptores
(11C) flumazenil
(11C) hidroxiefedrina
(11C) raclopride
(11C) SCH 23390
N-(18F) fluoroetilespiperona
(11C) deprenilo Sustratos de enzimas
(13N) amoníacoMedida de flujo sanguíneo
(15O) agua
(18F) fluorohidroximetilbutilguanina
Sustratospara la visualización in
vivo de la expresión génica
PET
Radiofarmacos
Radioisótopo
99mTc123I131I
111In
SPET
Radiofarmacos
Es la fracción química de naturaleza orgánica o inorgánica que forma parte del radiofármaco y
que determina su biodistribución, es decir, es el portador del radionucleido al lugar de interés
dentro del organismo.
Fármaco o droga:
Radiofarmacos
1. Localización en el organismo y participación en los procesos fisiológicos
2. Vías de eliminación
3. Posibilidad de ser marcado sin alterar las propiedades biológicas de la molécula
4. No ser tóxico en la concentración que se utiliza
El fármaco se elige de acuerdo a las siguientes características:
Radiofarmacos
Características principales del radiofármaco:
• 1. Presentar las características básicas de todo compuesto inyectable en seres humanos
• 2. Emisor gamma puro y la energía de emisión debe estar en el rango de 100-200 KeV
• 3. Soluble en agua y permanecer soluble al mezclarse con líquidos del organismo
• 4. La especie química marcada debe ser estable por lo menos el tiempo mínimo para realizar el examen
Radiofarmacos
Características principales del radiofármaco:
• 5. Su distribución biológica es la característica que permite establecer su utilidad para estudios funcionales u obtención de imagen estática
• 6. La relación actividad en el tejido blanco frente a actividad en el tejido no blanco debe ser alta
• 7. La depuración sanguínea debe ser alta
Equipo Cámara Gamma
Equipo Cámara Gamma
Septa
Equipo Cámara Gamma
Alta resoluciónUltraalta
resolución Todo propósito
Cv-AR Cv-UAR Cv-TP
Colimador divergente
Colimador convergente
Colimadores paralelos Pinhole
Baja sensibilidad
Órganos pequeños
Resolución y sensibilidad intermedia
Muy baja sensibilidad
Diferentes tipos de colimadores
Equipo Ordenador
Equipo Ordenador
Adquisición, almacenamiento y manipulación de
datos
Interacción entre el equipo y el técnico
operador
Equipo Ordenador
X Y Z
Fotomultiplicadores
Pulsos eléctricos
Definen la localización de los acontecimientos
radiactivos
Información sobre la energía de los fotones que
interactúan en el cristal
Pixel
Imagen digital
Convertidor analógico
digital
Equipo Ordenador
Cada pixel está representado por un número binario
Este número indicará la concetración de actividad proveniente de la fuente radioactiva y determinará el color asignado
Equipo Ordenador
Las escalas de colores o grises
pueden ser:
Lineales
ExponencialesResaltan zonas
calientes
LogarítmicaResaltan zonas
frías y tibias
Equipo SPET
Detector (Cámara gamma)
Camilla
Equipo PET
Equipo PET
Bloques de detectores
Fotomultiplicadores
Cristales escintiladores
Anillos detectores
Equipo PET
Diseño de un bloque detector
Equipo PET
Diseño del escáner
Equipo PET
GEMINI by Philips Medical Systems
Biograph Sensation 16by Siemens MedicalSolutions
Discovery LS byGeneral Electric
Indicaciones
Oncología
• Detección de cáncer
• Estadificación
• Detección de recidiva tumoral
• Metástasis
• Respuesta al tratamiento
Neurología
• Alzheimer
• Parkinson
• Epilepsia
• Huntington
Cardiología
• Determinar el flujo sanguíneo del corazón
• Enfermedad coronaria
• Daño en el músculo cardíaco
Psiquiatría
IndicacionesOncología
Astrocitoma de bajo grado malignizado. Hipermetabolismo superior al córtex, a nivel temporal-medial , que indica malignización.
IndicacionesOncología
Seguimiento de astrocitoma grado II. Se observa hipermetabolismo muy intenso y mucho mayor que en corteza normal, correspondiente a tumor malignizado.
IndicacionesOncología
Paciente tratado con cirugía y radioterapia externa por glioblastomamultiforme. El estudio PET-FDG muestra hipermetabolismo muy intenso.
IndicacionesOncología
Recidiva de tumor en cuerpo calloso. Nótese que la zona hipermetabólicacon mayor captación de FDG a la derecha de la línea media correspondiente a recidiva tumoral.
IndicacionesPretratamiento
Postratamiento
Coronal Sagital
TC del tórax 18F-FDG transverso
Pretratamiento
Postratamiento
PET scan. Tuberculosis pulmonar. Las imágenes pretratamientodemuestran hipercaptación del radiofármaco en la porción superior del pulmón derecho, de grado acentuado.
Las imágenes postratamiento no muestran captación anormal de FDG.
Pretratamiento. Se observa captación intensa de FDG en la porción superior del pulmón derecho, correspondiente en el área de alteración en la TC.
Postratamiento. Ausencia de captación pulmonar de FDG, indicadora de curación del proceso inflamatorio/infeccioso, a pesar de que la imagen tomográfica todavía muestra alteración parenquimatosa pulmonar.
IndicacionesNeurología
SPET con 99mTc-ECD. Se observan defectos de perfusión temporoparietalesposteriores (flechas) de la enfermedad de Alzheimer.
Indicaciones
Enfermedad de Alzheimer en etapa avanzada. Existe extensa hipoperfusión cortical (flechas) aunque preservando la corteza occipital, la región sensoriomotora, los núcleos de la base y el cerebelo.
Neurología
IndicacionesNeurología
La tomografía computarizada por emisión de fotones simples de perfusión revela hipoperfusiones focales en el hemisferio derecho, en el córtex frontal, en la zona adyacente a los ganclios de la base y en el córtexoccipitotemporal.
Una RM realizada a los 20 días revela las lesiones isquémicas establecidas en el hemisferio derecho.
Exploraciones realizadas a una paciente que, tras un episodio de migraña, presenta déficit visual y parestesias autolimitadas en 36 h.
IndicacionesNeurología
PET cerebral de una niña de 5 años con epilepsia farmacorresistente que muestraun hipometabolismo en la zona parietal derecha.
IndicacionesNeurología
Huntington
IndicacionesNeurología
PET, 18FDG. Distribución normal de glucosa.
6-Fluoro-m-tirosina. Distribución anormal de dopamina.
IndicacionesCardiología
PET. Paciente con antecedente de IAM . Se observa ausencia de perfusión en cara lateral con persistencia del metabolismo, compatible con tejido miocárdico viable. Tras cirugía de revascularización se observa la recuperación del miocardio, con normalización de la perfusión y el metabolismo.
IndicacionesCardiología
Estudio de perfusión y metabolismo miocárdico con 13N-Amonio y FDG respectivamente, con patrón de concordancia en el que se observa la ausencia tanto de perfusión como de metabolismo en la región antero-septal, indicando la ausencia de viabilidad del miocardio.
IndicacionesPsiquiatría
Depresión. Se comprueba hipocaptación moderada del radiotrazador en la corteza frontal bilateralmente. (flechas).
Contraindicaciones
Embarazo Lactancia
Según el Tiempo de aparición
Desde el punto de vista Biológico
Según la dependencia de la Dosis
PrecocesTardíos
Efecto Somático
Efecto Hereditario
Efectos Estocástico
Efectos NoEstocásticos
Avances Tecnologicos
El primer
tomógrafo PET/CT,
diseñado por D.
Townsend, fue
introducido para el
uso clínico en 1998.
Además, se consiguió una
reducción del tiempo
dedicado a la adquisición
del estudio de
transmisión, que era de
20 a 30 minutos, a menos
de 1 minuto
La motivación que impulsó el
diseño de este equipo fue la
obtención de imágenes clínicas
de tomografía por emisión de
positrones y de tomografía
computarizada alineadas con
precisión, en un mismo
tomógrafo; permitiendo
correlacionar la información
funcional del PET con la
anatómica del CT.
Las prestaciones de los
tomógrafos PET y CT
dependerán de las
aplicaciones a las que se
dedique el equipo, siendo
el estudio de cuerpo
entero en oncología la
principal aplicación
clínica en la actualidad.
Tomógrafos PET/TAC
Tomógrafos PET/MRI
Los equipos de resonancia magnética permiten
la obtención de imágenes con un excelente
contraste de los tejidos blandos sin utilizar
radiaciones ionizantes.
Además, a diferencia de los tomógrafos PET/CT, la adquisición simultánea de los estudios PET y MRI permitiría una correlación temporal de estudios dinámicos adquiridos con ambos equipos, de especial interés en neurología, pero también en cardiología y oncología.
Tomógrafos PET/MRI Distintas aproximaciones
para la disposición de un
equipo PET/MRI:
Disposición en tándem
Los dos cabezales del SPECT
están en la parte delantera,
mientras que el CT está situado
en la parte trasera del estativo.
Estos equipos permiten la
adquisición secuencial del
SPECT y del CT con un solo
movimiento axial de la camilla
entre las medidas.
Este equipo es compacto y
permite reducir el tiempo de
adquisición y mejorar tanto el
contraste como la calidad de las
imágenes.
Bibliografía
Carrió, I. y González, P. 2003. Medicina Nuclear. Aplicaciones Clínicas. Barcelona : Masson, 2003. 84-458-1291-2.
Dresel, Stefan. 2008. PET in Oncology. Berlin : Springer, 2008. 978-3-540-31202-4.
GRACIAS
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