SPECT, PEC Corregido

Equipo de Radiodiagnóstico

SPECT, PET

Por. Karla Chirinos & Víctor Morales

INTRODUCCIÓN

tomográfico resulta en una imagen del

interior del cuerpo, como si se hubiera

tomado un cuchillo y cortado una rodaja

para lograr ver en su interior. La

tomografía es usada para estudiar la

anatomía (como en el caso de la TC y la

RM) o los aspectos funcionales (como en

el caso del SPECT y del PET)

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Radiofarmacos

Indio 111:Es un conjugado de octreótido

(análogo sintético de la somatostatina) y

ácido zietilentriaminapentacético (DTPA).

Se emplea en la detección escintigrágica

(gammagráfica) de tumores endocrinos

que presenten receptores de

somatostatina.

SPECT, PET


Radiofarmacos

Tecnecio 99: Arcitumonab es un

fragmento de anticuerpo monoclonal

proveniente del fluido ascítico murino

(IMMU-4), capaz de unirse selectivamente

al antígeno carcinoembrionario, un

antígeno tumoral cuya expresión

aumenta en determinadas neoplasias,

especialmente gastrointestinales (más del 90% de los cánceres colorrectales).

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Radiofarmacos

Samario[Sm153], Lexidronam.- Es un

radiofármaco emisor de radiación beta y

gamma. Se utiliza para el tratamiento

analgésico de las lesiones óseas por

metástasis cancerosas. No se conoce con

precisión cuál es el mecanismo de acción

de este fármaco, aunque podría estar

relacionado con un efecto antineoplásico directo

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Radiofarmacos

Estroncio [Sr89], cloruro.- El estroncio

debido a sus propiedades

electroquímicas, es capaz de incorporarse

en las zonas de proliferación óseas, tal y

como ocurre con el calcio in vitro. El

estroncio-89 es un emisor beta (100%), con una semivida física de 50.5 días.

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SPECTTomografía Computarizada de Emisión Monofotónica

SPECT

La SPECT o tomografía computarizada de emisión

monofotónica (en inglés single photon emission

computed tomography) es una técnica médica de

tomografía que utiliza rayos gamma. Utiliza una

cámara sensible a los rayos gamma y no a los rayos

X. Cada una 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.

SPECT, PEC, STAT


SPECT

Es una técnica que ha mostrado un creciente interés en

Neurología, ya que proporciona una información funcional

y metabólica; permite el estudio de imágenes por la

administración de un radiofármaco usualmente por vía

intravenosa o inhalatoria. Estas sustancias siguen

distintas rutas metabólicas de manera que son captadas

específicamente por diferentes órganos y tejidos, a la vez

que son capaces de emitir radiación gamma, que se

detecta mediante una gamma cámara.

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SPECT: ¿Porque Utilizarlo?

1. En una imagen planar, la actividad fuera del órgano de interés se superpone a éste, reduciendo el contraste visible. En cambio, en una imagen transversal reconstruida, la distribución de actividad en el órgano se aprecia en forma separada de la actividad de fondo circundante, de modo que el contraste mejora significativamente.

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2. Debido a que las imágenes tomográficascontienen información sobre la distribución de actividad en el interior del cuerpo, esencialmente tendremos datos tridimensionales. En muchas ocasiones, la observación de imágenes tridimensionales puede ayudar a ilustrar la relación existente entre diferentes estructuras y realmente mejorar la interpretación del estudio.

SPECT, PET



3. Si se corrigen varias fuentes de error, las imágenes de SPECT realmente pueden representar la distribución de actividad en el cuerpo en cantidad de actividad por unidad de volumen. Esta cuantificación absoluta puede ser de utilidad para medir parámetros funcionales y también para estimar la dosis absorbida de radiación en un órgano específico o en un tumor.

SPECT, PET


SPECT: Adquisición de la imagen

Para adquirir un estudio de SPECT, se hace rotar una

cámara gama convencional alrededor del paciente,

registrando una imagen en cada paso angular. La

cámara simplemente se mueve alrededor del paciente

tomando imágenes estáticas desde diferentes

ángulos. Estas imágenes se conocen como proyecciones.

SPECT, PET


SPECT: Adquisición de la imagen

La actividad inyectada (radiofármaco) usualmente se

distribuye en todo el paciente y una imagen estática

habitual proporciona una imagen donde la

información se encuentra superpuesta. De hecho,

parte de la actividad está “oculta” tras otras

estructuras, en realidad lo que se pierde por la

superposición de estructuras es el contraste, ya que

los rayos gamma de los sectores profundos de todos modos alcanzan el detector en su mayor parte.

SPECT, PET


SPECT: Tamaño de la matriz

Como en las imágenes planares, el tamaño de la

matriz debe ser tal que no se pierda la resolución

presente en el sistema. En una imagen planar

debemos asegurarnos que la matriz elegida resulte en

un tamaño de pixel que no supere la mitad de la resolución esperada de la cámara, o sea que el FWHM

debe estar representado por 2 pixeles.

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SPECT: Proyecciones Angulares

Una decisión igualmente importante es el número de

ángulos de la adquisición; y aquí no se trata de

adivinar, sino que una vez más debe ser determinado

de modo de no perder información. Sabemos ya que

necesitamos un tamaño de pixel suficientemente pequeño, de otra manera se perderá resolución. Necesitamos asegurar que el paso entre dos

posiciones angulares no sea demasiado grande, ya que de lo contrario perderemos resolución

SPECT, PET



No es importante preservar la resolución fuera del

área de interés, es suficiente que la distancia entre

ángulos sea suficientemente grande para describir un

círculo (órbita) que contenga el órgano de interés. La

circunferencia completa de la órbita (o sea, la

distancia total de la órbita) estará dada por 2πr. Por

tanto, es posible calcular el número de ángulos de

modo que la distancia entre ellos sea suficientemente pequeña.

SPECT, PET



De nuevo, recurriendo al ejemplo anterior donde

necesitábamos un distancia de 6 mm, si el radio del

círculo incluyendo el órgano de interés centrado en el

CDR debiera ser de 10 cm, entonces el número de

ángulos debería ser >2πr / 6 ≅ 105. Necesitaríamos

usar 120 ángulos en una adquisición de 360º o la

mitad de ese número para una adquisición de 180º. El

número de ángulos es independiente del tamaño de la matriz o del factor de amplificación

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SPECT: Tiempo de proyección

La principal consideración en un estudio de SPECT es

la adquisición de los mejores datos posibles.

Calculando una duración realista del estudio, se

puede determinar el tiempo por ángulo: simplemente

dividimos el tiempo total de estudio por el número de ángulos a adquirir.

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SPECT: Adquisición de 180° vs 360°

Existen ciertas situaciones en que una adquisición de

180º es preferible a una de 360º. Ejemplos de esto es el

SPECT cardíaco y el SPECT óseo de columna; en ambos

casos el órgano de interés está situado más próximo a

un borde del cuerpo.

SPECT, PET



Las ventajas potenciales de una adquisición de 180º son,

por tanto:

• Adquirir más cuentas en un tiempo dado (debido a

que la atenuación es menor).

• Obtener mejor resolución (ya que el órgano está más

próximo al detector).

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SPECT: Cámaras de un detector vs. Multidetector

Hemos mencionado solamente los sistemas SPECT con

un solo detector, pero las cámaras multidetectores (con

dos o tres cabezales) se están difundiendo cada vez

más. Actualmente es común la adquisición de sistemas

SPECT con múltiples detectores en vez de solamente

uno. Los detectores operan en forma independiente

entre si, de modo que dos detectores adquieren dos proyecciones distintas al mismo tiempo.

SPECT, PET


SPECT: Cámaras de un detector vs. Multidetector

Existen dos estudios específicos donde estas ventajas

pueden ser aprovechadas:

• SPECT gatillado, donde las cuentas adicionales son

necesarias para compensar el escaso tiempo de

adquisición por imagen y

• El SPECT dinámico – una técnica nueva pero

potencialmente útil donde se necesitan tiempos de

adquisición cortos. SPECT, PET


SPECT: Distancia Paciente - Detector

Debe mantenerse una mínima distancia con respecto al

paciente. Deben tomarse todas las medidas posibles

tendientes a lograr esto. Con una adquisición de 180º la

cámara no necesita rotar completamente alrededor del

paciente, de modo que en general puede usarse un

radio de rotación menor que con una órbita de 360º.

La mayoría de las cámaras presentan la opción de una

órbita elíptica además de la circular, lo que permite al

detector aproximarse más al paciente. SPECT, PET


SPECT: Reconstrucción del estudio SPECT

El enfoque básico que se ha usado durante años utiliza

la retroproyección, una técnica que se realiza fácilmente

mediante una computadora. Adquirimos un grupo de

imágenes alrededor del paciente, consideremos una

única línea de estas imágenes que corresponde a las

cuentas adquiridas de un corte transversal individual

SPECT, PET



Para explicar el proceso de reconstrucción consideraremos

un corte individual.

• Consideremos la imagen del corte que deseamos

reconstruir.

• Consideremos un objeto muy simple consistente en una

zona de actividad aumentada, como puede ser un

tumor en el cuerpo de un paciente.

SPECT, PET



Para un colimador de orificios paralelos, se entiende que

la dirección guarda un ángulo recto con el detector

(asumiendo que todos los fotones adquiridos han

viajado en línea recta y están bien colimados).

SPECT, PET


SPECT: Elección de Filtro

Hay muchos filtros disponibles para su uso en un

software de medicina nuclear (Butterworth, Hann,

Hamming, Hanning, Shepp-Logan, Parzen, Gaussian),

todos estos son filtros de suavizado que pueden ser

combinados con el rampa o, en la mayoría de los casos,

pueden ser aplicados por separado

SPECT, PET


SPECT: Reconstrucción iterativa

Es un método de reconstrucción alternativo que

aparece de manera cada vez más frecuente en los

sistemas comerciales. Existen varios métodos para

realizar una reconstrucción iterativa pero todos

presentan un fundamento similar.

SPECT, PET


SPECT: Colimador

Hemos mencionado algunos colimadores utilizados en

Gammacamara:

• Colimadores convergentes

• Colimadores de agujeros paralelos

i. Colimador Long-Bore

ii. Slant-hole

SPECT, PET


SPECT: Colimador

SPECT, PET


Diferentes arreglos geométricos

de los septa, que determinan

los distinto tipos de

colimadores:

a) Fan beam

b) Long-Bore

c) Paralelo

d) Geometria paralela

SPECT: Esquematico

SPECT, PET


SPECT: ComparativoS

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PETTomografía por Emisión de Positrones

PET: Conceptos básicos

La tomografía por emisión de positrones, también

llamada diagnóstico por imágenes PET o exploración

PET. Produce imágenes basadas en el nivel de actividad

metabólica en las células, por lo que se considera una

técnica de «imagen molecular».

La PET se basa en la administración endovenosa de

trazadores análogos de la glucosa ligados a marcadores

radioactivos emisores de positrones, que son captados

por las células del organismo SPECT, PET



Al no seguir el ciclo bioquímico de la glucosa y

abstenerse de pasar al ciclo de Krebs, los trazadores

quedan atrapados en la célula. La retención del trazador

está influenciada directamente por la tasa metabólica

celular, por lo que en condiciones normales, órganos

como el cerebro, el hígado y el miocardio exhiben una

retención muy pronunciada

SPECT, PET



Los radioisótopos más usados para los cientos de

marcadores fisiológicos, bioquímicos, farmacológicos y

moleculares para PET son:

• Carbono-11,

• Nitrógeno-13,

• Oxígeno-15 o Flúor- 18

SPECT, PET



El estudio de imágenes de tomografía por emisión de

positrones más común es el FDG-PET. En éste se inyecta

una pequeña cantidad de glucosa radioactiva llamada

fludesoxiglucosa (FDG) en el cuerpo del paciente. Luego,

se permite que la FDG circule de 45 a 60 minutos por

todo el cuerpo mientras el paciente está en reposo. El

proceso completo para realizar una PET habitualmente

demora de 2 a 3 horas.

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PET: Descripción de partes

SPECT, PET


PET: Proceso de aniquilación.

Las principales ventajas del PET surgen de las

propiedades físicas de la emisión de positrones. Cuando

un positrón, electrón cargado positivamente, es emitido

desde el núcleo, viaja una corta distancia perdiendo

energía hasta que interactúa con un electrón del medio,

de modo que ambos se aniquilan (desaparecen).

La masa del electrón y del positrón se convierte en

energía bajo forma de dos rayos gama

SPECT, PET


PET: Proceso de aniquilación.

Por tanto, al contrario del SPECT donde normalmente es

emitido un fotón único en cada desintegración, en PET

es emitido simultáneamente un par de fotones y en

consecuencia su detección involucra un par de

detectores en situación opuesta que debe registrar

eventos en un mismo instante de tiempo

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PET: Punto de aniquilación.

Debido a que dos fotones viajan en

direcciones opuestas, el punto de

aniquilación estará ubicado en una

línea recta que une ambos puntos

de detección. Esto significa que la

información direccional se puede

determinar “electrónicamente” sin la

necesidad de una colimación

convencional. SPECT, PET


PET: Atenuación

En la detección de fotones por coincidencia, la atenuación

dependerá solamente del recorrido total a través del

paciente, pero será independiente de la ubicación exacta

del evento de aniquilación en la profundidad del tejido.

La corrección de atenuación en PET se basa en que,

independientemente de la localización del evento de

aniquilación, uno u otro de los fotones atravesarán la

totalidad del espesor corporal.

SPECT, PET


PET: Limitaciones fisicas

• Efecto de alcance. El proceso de detección identifica el

punto de aniquilación, el cual está en una ubicación

remota respecto al punto de origen del positrón.

• Efecto angular.

• Radiación dispersa.

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PET: Limitaciones fisicas | Coincidencia Aleatoria

Un tipo de evento característico de PET es la coincidencia accidental o

aleatoria. En la práctica, el circuito de coincidencia no es instantáneo, sino que

acepta dos eventos detectados dentro de una pequeña ventana temporal, del

orden de 8-12 nsg para ser considerados originarios de una única aniquilación.

PET: Instrumentación y Objetivos

La instrumentación en PET se ha desarrollado

considerablemente desde los primeros sistemas

diseñados. El sistema consiste básicamente en

múltiples detectores en anillo, y cada anillo contiene

un juego de pequeños detectores. El diseño de los

sistemas PET ha intentado satisfacer diferentes

objetivos:

SPECT, PET



1. La mejoría en la resolución se logra reduciendo el

tamaño del cristal. Típicamente, dos juegos de

bloques proveen 16 anillos, cada uno con 512

detectores, que luego de la reconstrucción

proporcionan 31 planos cubriendo 10.8 cm en

sentido axial. Más recientemente, los diseños

intentan extender la dimensión axial a 15-16 cm.

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3. Clásicamente se utiliza colimación plomada en

forma de septos de 1x80 mm, lo cual reduce

significativamente la radiación dispersa y las

detecciones aleatorias. Recientes desarrollos

prescinden de estos septos, de modo que no existe

colimación lo cual mejora potencialmente la

sensibilidad

SPECT, PET



4. Se aplican varias correcciones a los datos antes de

la reconstrucción para corregir las variaciones en la

sensibilidad del detector, el tiempo muerto, los

eventos aleatorios y la atenuación

SPECT, PET


PET: Detectores

Las características más importantes de los

detectores de centelleo incluyen: alta densidad y

número atómico efectivo, alta producción de luz y

velocidad de respuesta. Esto reduce la inexactitud

estadística (ruido) en el centelleo y por lo tanto

mejora la resolución de energía. Los detectores con

mayores densidades y números atómicos efectivos

son el BGO, LSO y GSOSPECT, PET


PET: Detectores

PET: Detectores

En los PET dedicados, los detectores comúnmente

están dispuestos en anillos o en disposiciones

poligonales discretas. En dichos sistemas se utiliza

detección multicoincidencia en abanico, con cada

elemento detector operando en coincidencia con

múltiples elementos detectores opuestos

SPECT, PET


PET: Detectores

SPECT, PET


PET: Detectores

Las cámaras PET modernas tienen generalmente 3-

4 anillos con 100-200 bloques detectores cada uno.

Cada bloque consiste en un grupo de 6×6 = 36 a

8×8 = 64 elementos de 4×4 a 6×6 mm cada uno,

haciendo un total de 10,000 a 20,000 elementos

detectores. El diámetro del anillo va de 80 a 90 cm,

el campo de visión transversal de 50 a 70 cm, y el

axial (o longitudinal) de 20 a 30 cmSPECT, PET


PET: Detector GSO

SPECT, PET


PET: Reconstrucción de la imagen

El proceso de reconstrucción propiamente dicho, es

esencialmente idéntico al del SPECT. Suponiendo

que los datos son adquiridos con un número de

ángulos suficiente alrededor del paciente, éstos

pueden ser organizados para formar un juego

convencional de proyecciones para cada ángulo (o

sinograma) y la reconstrucción realizada mediante

métodos de retroproyección filtrada o iterativos. SPECT, PET



La formación de imágenes de PET cuantitativas

requiere de los siguientes juegos de datos:

• un archivo con los datos de emisión a ser

reconstruidos

• un archivo de normalización para corregir la

respuesta del sistema

SPECT, PET



La formación de imágenes de PET cuantitativas

requiere de los siguientes juegos de datos:

• un CT o un archivo de transmisión para la

corrección de atenuación y

• El estudio en blanco, también para la corrección

de atenuación

SPECT, PET



El juego completo de datos de

proyecciones 2D es usualmente

representado como una matriz

bidimensional en las coordinadas

polares conocida como sinograma

en el cual se representa la

intensidad de la proyección a

diferentes posiciones angularesSPECT, PET


PET: Reconstrucción de la imagen 3D

En PET 3D, las proyecciones son bidimensionales

(xr,yr). El grupo de datos completo de proyecciones

es representado por un juego de sinogramas, con

un sinograma por cada ángulo polar.

SPECT, PET


PET: Reconstrucción de la imagen 3D

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PET: Verificación de Desempeño

Se ha desarrollado una variedad de parámetros para

caracterizar el desempeño de las cámaras PET y se

han propuesto datos de adquisición detallados y

protocolos de análisis con este propósito. Los

parámetros claves son la resolución espacial, la

sensibilidad y la tasa de conteo equivalente a ruido.

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PET: Resolución Espacial

La resolución espacial general de las cámaras PET

(expresada como el FWHM de la función de

dispersión lineal) resulta de la combinación de

factores físicos e instrumentales. Existen muchas

limitaciones importantes impuestas a la resolución

por las bases físicas de la aniquilación del positrón

con el negatrón.

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PET: Sensibilidad

La sensibilidad del sistema (la tasa de eventos

medida por unidad de actividad de la fuente) es

determinada por la combinación de la eficiencia

geométrica (la fracción de radiación emitida que

alcanza el detector) y la eficiencia intrínseca (la

fracción de radiación emitida que llega al detector y

es efectivamente registrada por éste).

SPECT, PET


PET: Diagrama de bloqueSPECT, PET


PET: PET/TC

Todos los principales fabricantes ofrecen

equipos multi-modalidad o híbridos,

combinando en un solo instrumento un

PET y un CT de gran desempeño. Estos

aparatos brindan un registro casi perfecto

de imágenes funcionales (PET) y

anatómicas (CT) y están teniendo gran

impacto en la práctica clínica

especialmente en oncología.

PET: PET/TC

PET: Diagrama de bloqueSPECT, PET


¡Muchas Gracias! SPECT, PET

Karla Chirinos & Víctor Morales

http://www.youtube.com/watch?v=wQrvfo6RjVY

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