El documento presenta información sobre la medicina nuclear, específicamente sobre la tomografía por emisión de positrones (PET) y la tomografía por emisión monofotónica (SPECT). Explica los principios físicos, el desarrollo histórico y los avances tecnológicos de ambas técnicas, así como los radiofármacos utilizados.

2. Neida Yadira Del Río P.

4. CONCEPTOS

5. Medicina Nuclear Especialidad médica que emplea los isótopos radiactivos para el diagnóstico clínico, la terapéutica, la cirugía radiodirigida y la investigación médica.

6. PET PositronEmissionTomography Tomografía por emisión de positrones. Técnica no invasiva de diagnóstico por imagen, capaz de medir la actividad metabólica de los diferentes tejidos del cuerpo humano.

7. SPECT Single PhotonEmissionTomography Tomografía por emisión de fotón único. Técnica para obtener imágenes tridimensional a través de un dispositivo llamado cámara gamma. Resuelve uno de los problemas de la medicina nuclear tradicional (imágenes planas) que es la superposición de estructuras. Proporciona imágenes representativas de la perfusión y la actividad.

9. ISTORIA

10. 1986 la radioactividad es descubierta por Henri Becquerel.

11. 1898 Los esposos Curie Descubren dos nuevos elementos Radiactivos: Radio y Polonio.

12. 1930 EErnest Lawrence construyó el primer acelerador de partículas capaz de producir en forma artificial elementos radioactivos, el llamado ciclotrón.

13. 1932 el físico experimental CD. Anderson, demostró la existencia de partículas con la masa de un electrón pero con carga positiva y los llamó “positrones”.

14. 1950 First clinical positron imaging device. Drs. Brownell (left) and Aronow are shown with scanner (1953) Brownell y Sweetconstruyeron el primer equipo En el hospital general de Massachusetts , crearon un escáner simple de positrones con dos detectores opuestos de yoduro de sodio.

15. 1962 Primer detector de imagen múltiple de positrones Constaba dos filas de nueve detectores que coincidía con tres detectores en la fila opuesta. El escáner había sido diseñado específicamente para imágenes del cerebro y sirvió para ese fin en un entorno clínico durante casi una dÉcada. El montaje del detector se movía en una dirección, de manera que se formaba una imagen bidimensional.

16. 1968 PC-I,the first tomographic PET imaging device Fue el primer equipo en usar 2 dimensiones Se le incorporÓ rotación y translación de los 2 bancos de detectores.

17. 1971 - 1976 PC-II, versión comercial Fue desarrollada la versión comercial por la compaÑía“Cyclotroncorporation “.

18. Desarrollo de radiofÁrmacos Se logró la marcación de la deoxiglucosa con Flúor-18 y se aplicó por primera vez PET en estudios cerebrales (Kuhl et al). El radiofármaco flúor-18-2-fluoro-2-deoxiglucosa, un marcador del metabolismo de la glucosa, con una vida media de 110 minutos, hizo posible administrar dosis trazadoras con seguridad para los pacientes y baja dosis de radiación. 1979

19. década de los 80 Se produjeron avances notables, se desarrollaron cámaras PET con mejor resolucióny calidad de imágenes, simplificando la realización de los estudios y disminuyendo la complejidad y costo del examen.

20. En la actualidad existen laboratorios que producen y distribuyen FDG a los centros de imágenes cercanos a sus instalaciones, los que sólo requieren tener la cámara PET obviando el gasto que significaba tener el ciclotrón y el laboratorio. En Estados Unidos se hicieron 200.000 estudios.

21. FÍSICA DEL PET Y SPECT

22. 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.

23. 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 radiaciónelectromagnética, y por tanto formada por fotones, producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón.

24. 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.

25. 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.

26. FÍSICA Y OBTENCIÓN DE LA IMAGEN EN LA PET

27. PRINCIPIOS La tomografía por emisión de positronesimplica 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).

28. 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).

29. 18F-desoxi-glucosa Positrón (+) Electrón (-) fotón fotón Radiación gamma.

31. Las células con mayor avidez o con mayor metabolismo de glucosa, como las células tumorales, aparecen con mayor contraste en la imagen que los tejidos normales. En cada aniquilacion se generan 2 fotones gamma de alta energia.

32. Cada par de líneas que se cruce (o casi se cruce) identifica células emisoras de positrones, es decir, células “marcadas” con la sustancia inestable. 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. Cada línea de detección viene determinada por unas coordenadas de muestreo angular (θ) y radial (ρ), esto permite almacenar los sucesos coincidentes en matrices o sinogramas. 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. A partir de la información de los sinogramas y por medio de la reconstrucción tomográficase puede obtener la distribución del elemento emisor de positrones, que se corresponderá con la distribución del radiofármaco.

33. Cada línea de detección viene determinada por unas coordenadas de muestreo angular (θ) y radial (ρ), Esto permite almacenar los sucesos coincidentesen matrices o sinogramas.

34. 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. 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. hipocaptantes hipercaptantes PET de un cerebro normal, a la izquierda, y uno con Alzheimer, a la derecha. Metabolismo….FUNCIÓN

35. 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. La solución al diseño de un equipo PET/CT fue la disposición de un tomógrafo CT en tándem con un tomógrafo PET.

36. Tomógrafo PET/CT (Biograph 2 de Siemens) instalado en la Clínica Universidad de Navarra. En las dos primeras imágenes, que corresponden a la fase de montaje, se observa la disposición en tándem del PET y del CT.

37. FÍSICA Y OBTENCIÓN DE IMAGEN EN LA SPECT

38. 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

39. 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.

40. 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.

42. Orbita

43. Tamaño de la matriz

44. Rotación de 180° vs 360°

45. Tiempo de cada proyección

46. Tiempo total de exploración

47. Factores del paciente

48. 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. Se debe confirmar que el eje de rotación corresponda al centro de la matriz en el ordenador. Proyección de 15-30 seg. Tiempo de examen 20-40 min. La órbita ideal mantiene el cabezal tan cerca al órgano, como sea posible.

49. 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.

51. 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 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. HIiperperfusion SPECT con corte axial de un infarto extenso del territorio de la arteria cerebral media derecha. Obsérvese la ausencia de perfusión en dicho territorio.

52. 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).

54. Radiofarmacos Radiofármaco: 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.

55. Radiofarmacos

56. Radiofarmacos El radionucleido utilizado al formular un radiofármaco se elige de acuerdo a sus características físicas:

57. Radiofarmacos PET

58. Radiofarmacos PET

59. Radiofarmacos SPET

60. Radiofarmacos Fármaco o droga: 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.

61. Radiofarmacos El fármaco se elige de acuerdo a las siguientes características:

62. Radiofarmacos Características principales del radiofármaco:

63. Radiofarmacos Características principales del radiofármaco:

64. Equipo Cámara Gamma Construyó la primera cámara gamma que permitió hacer imágenes estáticas de la biodistribución de los radiofármacos administrados a los pacientes. HalAnger. 1957

65. Equipo Cámara Gamma Septa

66. Equipo Cámara Gamma Resolución y sensibilidad intermedia Muy baja sensibilidad Baja sensibilidad Ultraalta resolución Colimador divergente Todo propósito Alta resolución Colimador convergente Cv-AR Cv-UAR Cv-TP Pinhole Colimadores paralelos Órganos pequeños Diferentes tipos de colimadores

67. Equipo Ordenador

68. Equipo Ordenador

69. Equipo Ordenador Fotomultiplicadores X Y Z Pulsos eléctricos Información sobre la energía de los fotones que interactúan en el cristal Pixel Definen la localización de los acontecimientos radiactivos Convertidor analógico digital Imagen digital

70. Equipo Ordenador

71. Equipo Ordenador

72. Equipo SPET Detector (Cámara gamma) Camilla

73. Equipo PET

74. Equipo PET Fotomultiplicadores Cristales escintiladores Anillos detectores Bloques de detectores

75. Equipo PET Diseño de un bloque detector

76. Equipo PET Diseño del escáner

77. Equipo PET GEMINIby Philips MedicalSystems Discovery LS by General Electric BiographSensation 16by Siemens MedicalSolutions

78. Indicaciones

79. Indicaciones Oncología Astrocitoma de bajo grado malignizado. Hipermetabolismo superior al córtex, a nivel temporal-medial , que indica malignización.

80. Indicaciones Oncología Seguimiento de astrocitoma grado II. Se observa hipermetabolismo muy intenso y mucho mayor que en corteza normal, correspondiente a tumor malignizado.

81. Indicaciones Oncología Paciente tratado con cirugía y radioterapia externa por glioblastoma multiforme. El estudio PET-FDG muestra hipermetabolismo muy intenso.

82. Indicaciones Oncología Recidiva de tumor en cuerpo calloso. Nótese que la zona hipermetabólica con mayor captación de FDG a la derecha de la línea media correspondiente a recidiva tumoral.

83. Indicaciones Pretratamiento PET scan. Tuberculosis pulmonar. Las imágenes pretratamientodemuestran hipercaptación del radiofármaco en la porción superior del pulmón derecho, de grado acentuado. Las imágenes postratamientono muestran captación anormal de FDG. Coronal Sagital Postratamiento Pretratamiento TC del tórax Pretratamiento. Se observa captación intensa de FDG en la porción superior del pulmón derecho, correspondiente en el área de alteración en la TC. 18F-FDG transverso 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. Postratamiento

84. Indicaciones Neurología SPET con 99mTc-ECD. Se observan defectos de perfusión temporoparietales posteriores (flechas) de la enfermedad de Alzheimer.

85. Indicaciones Neurología 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.

86. Indicaciones Neurología 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.

87. Indicaciones Neurología PET cerebral de una niña de 5 años con epilepsiafarmacorresistente que muestraun hipometabolismo en la zona parietal derecha.

88. Indicaciones Neurología Huntington

89. Indicaciones Neurología PET, 18FDG. Distribución normal de glucosa. 6-Fluoro-m-tirosina. Distribución anormal de dopamina.

90. Indicaciones Cardiología 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.

91. Indicaciones Cardiología 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.

92. Indicaciones Psiquiatría Depresión. Se comprueba hipocaptación moderada del radiotrazador en la corteza frontal bilateralmente. (flechas).

93. Contraindicaciones

94. EFECTOS BIOLOGICOS

95. Efectos Biológicos Efectos Estocástico Según el Tiempo de aparición Efecto Somático Efecto Hereditario EfectosNoEstocásticos Tardíos Precoces CA RADIOINDUCIDO CA RADIOINDUCIDO Desde el punto de vista Biológico Eritema ERITEMA CUTÁNEO Nausea MUTACIONES GENICAS CEFALEA Según la dependencia de la Dosis MUTACIONES GENICAS PERDIDA DE LA AUDICIÓN RADIODERMITIS CONVULSIONES CA Radioinducido Mutaciones Génicas

96. Avances Tecnologicos

97. Equipos Híbridos 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. El primer tomógrafo PET/CT, diseñado por D. Townsend, fue introducido para el uso clínico en 1998.

98. 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

99. 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.

100. Tomógrafos PET/MRI Distintas aproximaciones para la disposición de un equipo PET/MRI: Equipo PET deslizante dentro de un MRI clínico Disposición en tándem Integración de los detectores PET en el equipo MRI

102. Estos equipos permiten la adquisición secuencial del SPECT y del CT con un solo movimiento axial de la camilla entre las medidas.

104. GRACIAS