Imagistica medicala nucleara Vom discuta despre notiuni de medicina nucleara radiofarmaceutice utilizate camere de scintilatie moduri de achizitie SPECT PET IM3-1 IM3-2 Notiuni de medicina nucleara Medicina nucleara ramura a stiintei medicale care utilizeaza radionuclizi (izotopi radioactivi) -> imagine scintigrafica Scintigrafia reprezinta distributia radionuclizilor injectati in organul sau organismul examinat Pt. o proiectie se determina densitatea fluxului de fotoni si directia acestora in fiecare punct din suprafata imaginii Radiatia unui nuclid este izotropica IM3-3 Notiuni de medicina nucleara (2) numar atomic (Z) numarul de protoni numar de masa (A) numarul de protoni si neutroni izotop = acelasi Z si A diferit dezintegrare = trecerea izotopului intr-o stare energetica de echilibru dezintegrare -> radiatii alfa, beta, gama IM3-4 1
Notiuni de medicina nucleara (3) Radiatii ionizante radiatii alfa = radiatii corpusculare, fascicule de nuclee de He -> Z-2, A-4 (pt. Z>82) radiatii beta = radiatii corpusculare: fascicule de electroni -> Z+1, A ( - ) fascicule de pozitroni -> Z-1, A ( + ) radiatii gama = radiatii electromagnetice -> Z, A, scade energia atomului initial IM3-5 IM3-6 Notiuni de medicina nucleara (4) constanta de dezintegrare (λ)= probabilitatea de dezintegrare a unui nucleu al unui izotop in unitatea de timp: N=N 0 e -λt activitatea (Λ)= numarul de dezintegrari in unitatea de timp: Λ = N λ [Bq] Becquerel 1Ci=37 GBq 1 Bq= 1 dezintegrare pe secunda ( dps) 1 Ci (Curie) = 3,7 x 10 10 dps durata de injumatatire= timpul dupa care numarul initial de nuclee se reduce la jumatate: T 1/2 =ln 2 / λ IM3-7 Notiuni de medicina nucleara (4) trasare radioactiva radionuclizi sunt introdusi in molecule de interes biologic -> introdusi in corp -> pot fi identificati in celulele organelor studiate IM3-8 Flourdezoxiglucoza marcata cu 18 F ( 18 F-FDG) 2
Izotopi radioactivi utilizati Camera de scintilatie echipamentul standard de vizualizarea a distributiei radionuclizilor injectati pacientului detectarea radiatiei gama emise de organul examinat si convertirea energiei fotonilor emisi in semnale electrice -> amplificare, analiza si procesare -> imaginea scintigrafica ce ofera informatii morfologice asupra organului investigat ca detectoare se folosesc scintilatoare organice solide si semiconductoare (ex. telura de cadmiu zinc (CZT)) IM3-9 IM3-10 Parti functionale Dispunerea tuburilor fotomultiplicatoare IM3-11 IM3-12 3
Camera de scintilatie performantele aparaturii si proprietatile radiofarmaceuticelor folosite -> calitatea imaginii Camera de scintilatie capacitate de achizitie simultana a datelor pe o suprafata mare posibilitatea efectuarii studiilor dinamice o pierdere mai mică a radiaţiei - rezoluţie spaţială mai bună mai flexibilă în poziţionarea pacientului colimatoare de înaltă rezoluţie -> reducerea zgomotului produce o imagine bună - energii cuprinse în intervalul 70 kev (Tl-201), până la 364 kev (I-131), sau chiar 511 kev (F-18) IM3-13 IM3-14 Spectrul intensitatii pulsului pentru 99m Tc Camera de scintilatie moderna - un singur cap rectangular si camp de vedere mare IM3-15 IM3-16 4
Distanta fata de pacient Distanta fata de pacient IM3-17 IM3-18 (G. Dougherty (2009)) Colimatoare o placa de plumb perforata (perforatii rotunde, triunghiulare, patrate sau hexagonale) peretii = septuri grosimea septurilor, profunzimea lor si tipul constructiv -> proprietatile colimatoarelor Rezolutia spatiala distanta minima dintre doua surse radioactive punctiforme ce pot fi distinse fara a fi confundate Sensibilitatea radiatia minima (exprimata in procente) emisa de o sursa radioactiva punctiforma care poate ajunge la detector Tipuri de colimatoare IM3-19 IM3-20 5
Colimatoare paralele septuri profunde -> creste rezolutia si scade sensibilitatea = colimatoare de rezolutie inalta colimator mai subtire scade rezolutia si creste sensibilitatea = colimatoare de sensibilitate inalta septuri groase -> pot fi utilizati radionuclizi cu energie mai mare, rezolutie scazuta si sensibilitate mai mare septuri subtiri -> pot fi utilizati radionuclizi cu energie joasa, rezolutie inalta sau scazuta Colimatoare paralele alegerea colimatorului: dimensiunea organului examinat energia radionuclidului utilizat colimatoarele de înaltă rezoluţie, reduc captarea fotonilor împrăştiaţi şi cresc calitatea imaginii. -> radionuclizi de energii joase (Tc-99m) colimatoarele cu septuri înalte şi pereţi subţiri-> pentru radionuclizi de energie joasă, rezoluţie scăzută, însă cu sensibilitate mare, utilizând Tl-201 colimatoarele cu septuri groase -> pentru radionuclizi, cu energii medii sau mari, cum ar fi I-131. IM3-21 IM3-22 Colimatoare monocanal pt. organe mici (ex. tiroida) in medicina nucleara pediatrica un orificiu de 3-5 mm intr-o piesa de plumb montata pe un con de plumb, imagine marita si rasturnata marirea obiectului creste odata cu indepartarea lui Colimatoare cu fascicul evantai orificii paralele si colimator convergent cu sapte orificii mici, tronconice -> sapte proiectii independente rotativ cu canale oblice utilizat in examinarea miocardului cu focar variabil IM3-23 IM3-24 6
Formarea imaginii Directiile de interactiune intre radiatia gama si camera de scintilatie Formarea imaginii Colimatorul absoarbe majoritatea fotonilor care ajung la el 0,1% din fotonii emisi trec prin orificiile colimatorului Rezolutia spatiala si contrastul imaginii sunt reduse de fotonii dispersati in pacient, de cei care penetreaza septul colimatorului si de cei care au suferit una sau mai multe dispersii -> circuite de discriminare (analizor de semnal inalt) IM3-25 IM3-26 Rezolutia spatiala Rezolutia spatiala slaba ~4 mm Depinde de: Rezolutia intriseca a camerei gamma (dependenta de adancimea organului investigat) Rezolutia colimatorului (dependenta de adancimea organului investigat) Utilizarea filtrarii dupa achizitie Performante masuratori extrinseci (cu colimator) intriseci (fara colimator) uniformitatea radiatiei distanta fata de sursa = 5x dim max a cristalului rezolutia sistemului R R R 2 2 S C I IM3-27 IM3-28 7
Imaginea unei fantome Achizitia de imagini mod frame determinarea rezolutiei spatiale linii de 2.0, 2.5, 3.0, 3.5 mm (prop.cu FWHD latimea totala la jumatatea maximului functiei de distributie) IM3-29 IM3-30 Achizitia unei imagini a secventei cardiace (ach. de tip poarta) Achizitia unei imagini a secventei cardiace IM3-31 IM3-32 8
Modul de achizitie list Achizitia energiilor multiple IM3-33 IM3-34 Achizitia imaginilor statice Achizitia imaginilor dinamice IM3-35 IM3-36 9
Tomografia computerizata cu emisia unui foton (SPECT) SPECT cu cap dublu fixat la 180 genereaza imagini transversale descriind distributia radiatiilor emise de radionuclizi in pacient un arc de cerc 180 (SPECT de cord) sau un cerc complet una sau mai multe camere de scintilatie IM3-37 IM3-38 SPECT cu cap dublu in unghi variabil SPECT cu cap triplu IM3-39 IM3-40 10
Izotopi utilizati in SPECT Achizitia de imagini achizitie planara achizitie SPECT - proiectii de 64x64 (60-64 de proiectii) sau 128x128 pixeli (sau 120-128 de proiectii) achizitie continua pas cu pas atenuarea reduce numarul de fotoni si apar perturbarea datorita distantei fata de colimator IM3-41 IM3-42 Traiectoria camerei de scintilatie Traiectoria camerei de scintilatie (SPECT de cord) IM3-43 IM3-44 11
Reconstructia imaginilor corectarea imaginilor pentru nealinierea axa-rotatie si pentru neuniformitati Colimator pentru SPECT colimator cu fascicul evantai cel mai des utilizat se utilizeaza filtre de proiectii anterioare (backprojection) sau metode iterative filtrele utilizate difera de la o aplicatie la alta si sunt dependente de zgomotul statistic din imagine corectarea atenuarii SPECT/CT IM3-45 IM3-46 Imagini SPECT Imagini SPECT Tc-99m in hematii 64 de proiectii -tumoare pe creier -subtierea peretelui cardiac IM3-47 IM3-48 12
Tomografia cu emisie de pozitroni (PET) furnizeaza informatii functionale asupra proceselor metabolice din organismul uman descriu distributiile radionuclizilor emitatori de pozitroni in pacient folosesc detectia coincidentei de anihilare (ACD) imagini transversale se pot achizitiona simultan 45 de slice-uri (16 cm) Izotopi utilizati in PET IM3-49 IM3-50 Detectia coincidentei de anihilare Coincidente Adevarata imprastiata aleatoare (accidentala) IM3-51 IM3-52 13
Bloc detector Detector cu sase inele IM3-53 IM3-54 Corectii in PET Corectii in PET IM3-55 IM3-56 14
PET/CT PET/MRI IM3-57 IM3-58 15