IM3 - 1

Imagistica medicala nucleara

IM3 - 2

Vom discuta despre…

• notiuni de medicina nucleara

• radiofarmaceutice utilizate

• camere de scintilatie

• moduri de achizitie

• SPECT

• PET

IM3 - 3

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 - 4

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 - 5

Notiuni de medicina nucleara (3)

• 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 - 6

Radiatii ionizante

IM3 - 7

Notiuni de medicina nucleara (4)• constanta de dezintegrare (λ)= probabilitatea de

dezintegrare a unui nucleu al unui izotop in unitatea de

timp: N=N0e-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 1010 dps

• durata de injumatatire= timpul dupa care numarul initial

de nuclee se reduce la jumatate: T1/2=ln 2 / λ

IM3 - 8

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

Flourdezoxiglucoza

marcata cu 18F (18F-FDG)

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

IM3 - 9

Izotopi radioactivi utilizati

IM3 - 10

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 - 11

Parti functionale

IM3 - 12

Dispunerea tuburilor fotomultiplicatoare

IM3 - 13

Camera de scintilatie

• performantele aparaturii si proprietatile

radiofarmaceuticelor folosite -> calitatea imaginii

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

IM3 - 14

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 - 15

Spectrul intensitatii pulsului pentru 99mTc

IM3 - 16

Camera de scintilatie moderna

- un singur cap rectangular si camp de vedere mare

IM3 - 17

Distanta fata de pacient

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

IM3 - 18

Distanta fata de pacient

(G. Dougherty (2009))

IM3 - 19

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 surseradioactive punctiforme ce pot fi distinse fara a ficonfundate

• Sensibilitatea – radiatia minima (exprimata in procente)emisa de o sursa radioactiva punctiforma care poateajunge la detector

IM3 - 20

Tipuri de colimatoare

IM3 - 21

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

IM3 - 22

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 - 23

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

IM3 - 24

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 - 25

Formarea imaginii

Directiile de

interactiune intre

radiatia gama si

camera de

scintilatie

IM3 - 26

Formarea imaginii• Colimatorul absoarbe majoritatea fotonilor care

ajung la el

• 0,1% din fotonii emisi trec prin orificiilecolimatorului

• Rezolutia spatiala si contrastul imaginii suntreduse de fotonii dispersati in pacient, de cei carepenetreaza septul colimatorului si de cei care ausuferit una sau mai multe dispersii -> circuite dediscriminare (analizor de semnal inalt)

IM3 - 27

Rezolutia spatiala

• Rezolutia spatiala slaba ~4 mm

• Depinde de:

– Rezolutia intriseca a camerei gamma (dependenta deadancimea organului investigat)

– Rezolutia colimatorului (dependenta de adancimeaorganului investigat)

– Utilizarea filtrarii dupa achizitie

IM3 - 28

Performante• masuratori

– extrinseci (cu colimator)

– intriseci (fara colimator)

• uniformitatea radiatiei

– distanta fata de sursa = 5x dim max a cristalului

• rezolutia sistemului

2 2

S C IR R R

IM3 - 29

Imaginea unei fantome

• 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 - 30

Achizitia de imagini –mod frame

IM3 - 31

Achizitia unei imagini a secventei

cardiace (ach. de tip poarta)

IM3 - 32

Achizitia unei imagini a secventei

cardiace

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

IM3 - 33

Modul de achizitie list

IM3 - 34

Achizitia energiilor multiple

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

IM3 - 35

Achizitia imaginilor statice

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

IM3 - 36

Achizitia imaginilor dinamice

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

IM3 - 37

Tomografia computerizata cu emisia

unui foton (SPECT)

• 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 - 38

SPECT cu cap dublu fixat la 180°

IM3 - 39

SPECT cu cap dublu in unghi variabil

IM3 - 40

SPECT cu cap triplu

IM3 - 41

Izotopi utilizati in SPECT

IM3 - 42

Achizitia de imagini• achizitie planara

• achizitie SPECT - proiectii de 64x64 (60-64 deproiectii) sau 128x128 pixeli (sau 120-128 deproiectii)

• achizitie– continua– pas cu pas

• atenuarea reduce numarul de fotoni si aparperturbarea datorita distantei fata de colimator

IM3 - 43

Traiectoria camerei de scintilatie

IM3 - 44

Traiectoria camerei de scintilatie

(SPECT de cord)

IM3 - 45

Reconstructia imaginilor• corectarea imaginilor pentru nealinierea axa-rotatie

si pentru neuniformitati

• 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 - 46

Colimator pentru SPECT• colimator cu fascicul evantai – cel mai des utilizat

IM3 - 47

Imagini SPECT

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

Tc-99m in hematii

64 de proiectii

IM3 - 48

Imagini SPECT

-tumoare pe creier

-subtierea peretelui cardiac

IM3 - 49

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)

IM3 - 50

Izotopi utilizati in PET

IM3 - 51

Detectia coincidentei de anihilare

IM3 - 52

Coincidente

Adevarata imprastiata aleatoare (accidentala)

IM3 - 53

Bloc

detector

IM3 - 54

Detector cu sase inele

IM3 - 55

Corectii in PET

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

IM3 - 56

Corectii in PET

(Dhawan, Huang, Kim (2008))

IM3 - 57

PET/CT

IM3 - 58

PET/MRI