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