Leonardo Pace » 6.Medicina Nucleare

Medicina Nucleare

• Traccianti Radioattivi
• Strumentazione: la gamma-camera
• Immagini Scintigrafiche
• Tomografia ad Emissione:
  • SPET
  • PET: Traccianti, FDG, Applicazioni, PET/CT

Medicina Nucleare

• Acquisizione di dati fisiopatologici in vivo ed in vitro per scopi diagnostici e terapeutici.
• Realizzazione di un effetto radiobiologico terapeutico selettivo su organi o tessuti secondo varie modalità di tropismo biologico.

Medicina Nucleare in vivo

• Studia le diverse funzioni biologiche attraverso l’assunzione, il trasporto, la distribuzione, l’accumulo e la eliminazione di traccianti radioattivi.
• Le informazioni ottenute vengono tradotte in immagini scintigrafiche espressione della distribuzione spaziale di una determinata funzione biologica dell’organo o apparato studiato.

Sviluppo della Medicina Nucleare

Milestones: Strumenti

• Cyclotron (1929)
• Nuclear reactor (1945)
• Rectilinear scanner (1951)
• Anger camera (1958)
• Computer (1969)
• PET (1977)
• SPECT (1978)
• Internet (2000)
• PET/CT (2001)

Milestones: Radionuclidi e radiofarmaci

• Irradiation by a low neutron source (Fermi E, Hevesy G, 1934)
• Radionuclides from cyclotron technology (Lawrence J, 1933)
• 99Mo/99mTc generator (Richard P, 1960)
• Monoclonal antibodies (Kohler G, Millestein C, 1975)
• FDG radiolabeled with 18F (Ido T, 1979)

Sviluppo della Medicina Nucleare

Le applicazioni medico nucleari in vivo hanno i seguenti scopi:

• esplorare e misurare particolari funzioni organiche e misurarle per verificare se siano normali od alterate e stabilire l’entità dell’alterazione
• evidenziare lesioni localizzate in organi o apparati attraverso l’alterazione di funzioni biologiche che la lesione determina
• utilizzare meccanismi biologici elettivi per caratterizzare la natura di una lesione o realizzare un effetto radiobiologico locale, utile ai fini terapeutici

• Somministrazione del tracciante
• Acquisizione delle immagini scintigrafiche
• Elaborazione dei dati

Medicina Nucleare: traccianti

Le diverse tecniche di medicina nucleare permettono la determinazione della distribuzione di un tracciante a livello di un organo o apparato.

Tracciante radioattivo:

• radioisotopi
• radiofarmaci: molecole marcate con un radioisotopi

Tipologie di traccianti

• Traccianti omogenei: differiscono dalla sostanza tracciata escusivamente per le caratteristiche isotopiche (es. Iodio-131)
• Traccianti ad equivalenza eterogena: affinità biochimica, metabolica o distributiva con la sostanza tracciata. Es. Tallio-201 (radioisotopo) analogo del potassio, 111In octreotide (molecola marcata con un radionuclide) analogo della somatostatina

Tomografia computerizzata e Scintigrafia

TC: Cisti o emangiona

Scintigrafia con Tc-99m RBC

Linfoma non-Hodgkin

Medicina Nucleare: traccianti

I traccianti impiegati emettono radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza.

• Le radiazioni elettromagnetiche a frequenza uguale o superiore vengono definite radiazioni x o γ
• Le radiazioni x e γ della stessa frequenza interagiscono con la materia allo stesso modo
• La radiazione x proviene dall’esterno del nucleo mentre quella γ dal suo interno

Medicina Nucleare: traccianti

Medicina Nucleare: traccianti

Caratteristiche del Tecnezio-99m

• Decadimento con emissione di radiazioni gamma
• Energia di emissione 140 KeV (energia soddisfacente per l’utilizzo con gamma camera)
• Emivita di 6 ore
• Stabilità in diverse forme chimiche

Medicina Nucleare: traccianti

Vie di somministrazione:

• endovenosa
• orale
• sottocutanea
• sottomucosa
• intrarachidea
• intraarteriosa

Approfondimento

Radionuclidi

Medicina Nucleare: strumentazione

• Gamma camera stazionaria
• Gamma camera rotante a testa singola o multipla
• Gamma camere dedicate per la SPECT (tomografia emissione di fotone singolo)
• PET (tomografia emissione di positroni)

Gamma Camera:

• Collimatore
• Cristallo
• Fotomoltiplicatori
• Componenti elettroniche

Consente l’acquisizione di scintigrafie statiche, dinamiche e/o tomografiche. Il collegamento ad un calcolatore permette poi lo studio qualitativo e quantitativo dei diversi parametri funzionali.

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare:strumentazione

Medicina Nucleare:strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione, collimatori

Medicina Nucleare: strumentazione. Collimatori

Medicina Nucleare: strumentazione. Collimatori

Cristallo di scintillazione

Ioduro di sodio (NaI) con delle impurità di tallio.

Fenomeno della scintillazione: l’interazione di un fotone produce un piccolo lampo di luce la cui intensità é proporzionale all’energia rilasciata dal fotone x o g nel mezzo.

Ogni fotone che interagisce nel cristallo da luogo ad una scintillazione avremo una distribuzione di scintillazioni nel cristallo che “copia” la distribuzione di attività dell’oggetto.

Medicina Nucleare: strumentazione

In un rilevatore efficiente circa il 30% dei fotoni luminosi raggiunge il fototubo

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione

Fotomoltiplicatori

• Il numero di fotomoltiplicatori in una gamma camera varia da 37 a 91
• Conversione del quanto luminoso in un proporzionale numero di elettroni
• I fotomoltiplicatori forniscono un impulso, per ogni interazione che avviene nel cristallo, proporzionale all’energia rilasciata nel cristallo
• Gli impulsi vengono amplificati linearmente, selezionati in base alla loro ampiezza e memorizzati

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione. Fototubo

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione. Tubo catodico

Medicina Nucleare: strumentazione

Medicina Nucleare: strumentazione

MEDICINA NUCLEARE

Elaborazione dei dati

• I segnali ottenuti dalle acquisizioni con gamma camera possono essere immagazzinati nella memoria del computer dove le immagini vengono ricostruite nelle forme di matrici numeriche
• La conversione delle immagini in matrici digitali offre dei vantaggi per l’archiviazione dei dati e per la possibilità di usare procedure di filtraggio utili a migliorare le potenzialità diagnostiche

Medicina Nucleare: immagini scintigrafiche

Tecniche di acquisizione

• Planare (statica e dinamica)
• Tomografica ad emissione di fotone singolo (SPECT)
• Tomografica ad emissione di positroni (PET)

Studio Statico

Acquisizione di una o più immagini nelle varie proiezioni ad un determinato tempo per valutare la distribuzione spaziale del radiofarmaco somministrato al paziente.

Studio Dinamico

Acquisizione di più immagini in sequenza temporale allo scopo di seguire nel tempo la distribuzione spaziale del radiofarmaco somministrato al paziente.

Tomografia per emissione

Tecnica di acquisizione e di elaborazione dei dati capace di fornire una rappresentazione della distribuzione dei radiofarmaci in sezioni di organo di limitato spessore.

Eliminano la compattazione bidimensionale di una distribuzione volumetrica che è caratteristica della scintigrafia tradizionale, realizzando in misura più o meno completa ed efficace una ricostruzione tridimensionale della distribuzione del radiofarmaco.

Radionuclidi con Decadimento Positronico

Radionuclidi con Decadimento Positronico

Evoluzione della PET e radiofarmaci

Evoluzione temporale della PET

PET: radiofarmaci per l'oncologia

La PET soddisfa pienamente le necessità della diagnostica oncologica:

• Diagnosi di cancro (conferma)
• Diagnosi differenziale tra fibrosi e malattia attiva
• Staging
• Valutazione dei fattori prognostici e delle caratteristiche biologiche
• Valutazione della risposta al trattamento (Identificazione di recidive e metastasi)
• Controllo del pazienti trattati per la ricerca di recidive
• Valutazione funzionale di organi e sistemi

Efficacia della PET

• Elevato valore diagnostico
• Utilità clinica
• Valutazione costo/beneficio postiva

PET in oncologia

PET in Oncologia

Rimborso della PET-FDG

Indicazioni appropriate

• Carcinoma polmonare non microcitoma operabile dopo esecuzione di TAC, al fine di completare lo staging
• Noduli polmonari solitari di dimensione superiore ad 1 cm che, dopo procedure diagnostiche standard abbiano una bassa probabilità pre-test di tumore
• Tumore esofageo potenzialmente operabile con la diagnostica standard al fine di completare lo staging
• Linfoma di Hodgkin in cui la stadiazione tradizionale ed i fattori prognostici indicherebbero l’uso di radioterapia o regimi chemioterapici meno intensi di quello standard (MOPP o ABVD)
• Pazienti affetti da linfomi di Hodgkin nei quali sia necessaria una valutazione della malattia minima residua dopo terapia di prima linea
• Pazienti affetti da linfomi non Hodgkin ad alta o intermedia malignità nei quali sia necessaria una valutazione della malattia minima residua dopo terapia di prima linea
• Pazienti affetti da ca del colon retto con lesioni metastatiche potenzialmente operabili
• Pazienti affetti da ca del colon retto con sospetto clinico di recidiva (aumento markers tumorali e/o reperto TAC dubbio)

Indicazioni inappropriate

• Pazienti con tumore polmonare non microcitoma con metastasi a distanza
• Pazienti con tumore polmonare non microcitoma come esame di follow-up o ristadiazione (a parte l’eccezione riportata nel gruppo “Di appropriatezza non ancora sufficientemente dimostrata, categoria b”)
• Pazienti con noduli polmonari fortemente suggestivi di malignità dopo diagnostica convenzionale (comprensiva di TAC)
• Pazienti affetti da melanoma come esame di staging loco-regionale e nel follow-up
• Pazienti con tumore della mammella nella diagnosi del tumore primitivo, nello staging e valutazione risposta alla terapia
• Pazienti con glioma per lo studio del grading
• Pazienti con linfoma di Hodgkin nella stadiazione della malattia avanzata
• Pazienti con linfoma non Hodgkin a basso grado di malignità
• Pazienti con carcinoma polmonare bronchiolo-alveolare
• Pazienti con tumori neuro-endocrini
• Pazienti con adenocarcinoma della prostata ben differenziato

Sviluppo delle indicazioni alla PET

Indicazioni attuali

• Valutazione di lesioni con segni radiologici sospetti
• Staging/Restaging
• Valutazione della risposta al trattamento dei tumori
• Localizzazione del tumore primitivo in presenza di metastasi

Indicazioni da valutare

• Caratterizzazione Biologica
• Predizione/valutazione precoce della risposta alla terapia
• Pianificazione e guida della terapia
• Guida alle biopsie
• Design e sviluppo di nuovi radiofarmaci antineoplastici

Perché il ¹⁸F-FDG è il radiofarmaco più utilizzato nella PET?

• Meccanismo di captazione noto e comune a molte neoplasie
• Captazione relativamente elevata con favorevole rapporto tra tessuto neoplastico e tessuto sano (T/NT)
• Costo limitato se prodotto in sede (baby ciclotroni biomedicali)
• Vita fisica relativamente lunga (110 min.) che ne rende possibile la distribuzione su base regionale

Razionale per l’uso della PET-FDG in oncologia

La captazione di FDG rispecchia il metabolismo cellulare del glucosio che risulta tipicamente esaltato nelle cellule neoplastiche (Warburg, 1956).

L’aumento del metabolismo del glucosio nei tumori sembra legato alla sovraespressione di trasportatori del glucosio (Glut-1, in particolare) e di esochinasi (HK2, in particolare).

Cinetica del ¹⁸F-FDG – 2

Accumulo progressivo del ¹⁸F-FDG-6- P nella cellula per:

• mancata metabolizzazione
• membrana cellulare non permeabile al ¹⁸F-FDG-6- P
• down-regulation della glucoso-6-Phasi

Perché il ¹⁸F-FDG è il radiofarmaco più utilizzato nella PET?

Perché il ¹⁸F-FDG è il radiofarmaco più utilizzato nella PET?

PET-TC

Come paradigma dell’imaging integrato

Consente di abbinare alle immagini di elevato dettaglio anatomico fornite dalla TC le informazioni metaboliche della PET con ¹⁸FDG, radiofarmaco che è stato largamente validato nella pratica clinica oncologica.

PET-TC

Metastasi Carcinoma Tiroide

Risorse

• Fondamenti di Medicina Nucleare

Conclusioni

Gli elementi basilari del ragionamento e questioni su cui riflettere:

• i Principi della Medicina Nucleare
• tracciante e Radiotracciante
• le Immagini Scintigrafiche
• la Tomografia ad Emissione: SPET e PET

Prossima lezione

Si parlerà di:

• Ecografia