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Tomografía de emisión de positrones
ECAT-Exact-HR - Escáner-PET.jpg
Imagen de un escáner típico de tomografía por emisión de positrones (PET)
ICD-10-PCSC? 3
ICD-9-CM92,0 - 92,1
MallaD049268
Código OPS-3013-74
MedlinePlus003827

La tomografía por emisión de positrones ( PET ) [1] es una técnica de imagen funcional que utiliza sustancias radiactivas conocidas como radiotrazadores para visualizar y medir cambios en los procesos metabólicos y en otras actividades fisiológicas , como el flujo sanguíneo , la composición química regional y la absorción. Se utilizan diferentes trazadores para diversos fines de obtención de imágenes, según el proceso objetivo dentro del cuerpo. Por ejemplo, el 18F-FDG se usa comúnmente para detectar el cáncer , el NaF-F18 se usa ampliamente para detectar la formación de hueso y el oxígeno-15 a veces se utiliza para medir el flujo sanguíneo.

La PET es una técnica de imagen común , una técnica de centellografía médica utilizada en medicina nuclear . Un radiofármaco,  un radioisótopo adherido a un fármaco, se inyecta en el cuerpo como marcador . Los rayos gamma son emitidos y detectados por cámaras gamma para formar una imagen tridimensional, de manera similar a como se captura una imagen de rayos X.

Los escáneres PET pueden incorporar un escáner CT y se conocen como escáneres PET-CT . Las imágenes de la tomografía por emisión de positrones se pueden reconstruir mediante una tomografía computarizada realizada con un escáner durante la misma sesión.

Una de las desventajas de un escáner PET es su alto costo inicial y los costos operativos continuos. [2]

Usos [ editar ]

Sistema PET / CT con CT de 16 cortes; el dispositivo montado en el techo es una bomba de inyección para agente de contraste CT

La PET es una herramienta médica y de investigación utilizada en entornos preclínicos y clínicos. Se utiliza mucho en la formación de imágenes de tumores y la búsqueda de metástasis en el campo de la oncología clínica.y para el diagnóstico clínico de determinadas enfermedades cerebrales difusas, como las que provocan diversos tipos de demencias. La PET es una valiosa herramienta de investigación para aprender y mejorar nuestro conocimiento del cerebro humano normal, la función cardíaca y apoyar el desarrollo de fármacos. El PET también se utiliza en estudios preclínicos con animales. Permite investigaciones repetidas sobre los mismos sujetos a lo largo del tiempo, donde los sujetos pueden actuar como su propio control y reduce sustancialmente el número de animales necesarios para un estudio determinado. Este enfoque permite que los estudios de investigación reduzcan el tamaño de muestra necesario al tiempo que aumentan la calidad estadística de sus resultados.

Los procesos fisiológicos conducen a cambios anatómicos en el cuerpo. Dado que el PET es capaz de detectar procesos bioquímicos, así como la expresión de algunas proteínas, el PET puede proporcionar información a nivel molecular mucho antes de que cualquier cambio anatómico sea visible. La exploración por PET hace esto mediante el uso de sondas moleculares marcadas radiactivamente que tienen diferentes tasas de captación según el tipo y la función del tejido involucrado. La captación del trazador regional en diversas estructuras anatómicas puede visualizarse y cuantificarse relativamente en términos de emisor de positrones inyectado dentro de una tomografía por emisión de positrones.

La obtención de imágenes por PET se realiza mejor con un escáner de PET dedicado. También es posible adquirir imágenes PET utilizando una cámara gamma convencional de doble cabezal equipada con un detector de coincidencia. La calidad de las imágenes de PET con cámara gamma es menor y las exploraciones tardan más en adquirirse. Sin embargo, este método permite una solución in situ de bajo costo para instituciones con baja demanda de escaneo PET. Una alternativa sería derivar a estos pacientes a otro centro o contar con una visita mediante un escáner móvil.

Los métodos alternativos de obtención de imágenes médicas incluyen tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT), tomografía computarizada de rayos X (TC), resonancia magnética (MRI) y resonancia magnética funcional (fMRI) y ultrasonido . SPECT es una técnica de imagen similar a la PET que utiliza radioligandos para detectar moléculas en el cuerpo. SPECT es menos costoso y proporciona una calidad de imagen inferior a la del PET.

Oncología [ editar ]

Tomografía por emisión de positrones de cuerpo entero con 18F-FDG. Se marcan el cerebro y los riñones normales y en la vejiga se observa orina radiactiva procedente de la descomposición de la FDG. Además, se observa en el hígado una gran masa tumoral metastásica de cáncer de colon.

La exploración por PET con el trazador 18F-FDG se utiliza ampliamente en oncología clínica . La FDG es un análogo de la glucosa que es captado por las células que usan glucosa y fosforilado por la hexoquinasa (cuya forma mitocondrial está significativamente elevada en los tumores malignos de rápido crecimiento ). El atrapamiento metabólico de la molécula de glucosa radiactiva permite utilizar la exploración por PET. Las concentraciones del trazador de FDG en la imagen indican la actividad metabólica del tejido, ya que corresponde a la captación regional de glucosa. La 18F-FDG se utiliza para explorar la posibilidad de que el cáncer se propague a otros sitios del cuerpo ( metástasis del cáncer ). Estas exploraciones PET con 18F-FDG para detectar metástasis de cáncer son las más comunes en la atención médica estándar (representan el 90% de las exploraciones actuales). El mismo marcador también se puede utilizar para el diagnóstico de tipos de demencia . Con menos frecuencia, se utilizan otros trazadores radiactivos , generalmente, aunque no siempre, marcados con flúor-18 , para obtener imágenes de la concentración tisular de diferentes tipos de moléculas de interés dentro del cuerpo.

Una dosis típica de FDG utilizada en una exploración oncológica tiene una dosis de radiación efectiva de 7,6  mSv . [3] Debido a que el grupo hidroxi que es reemplazado por flúor-18 para generar FDG es necesario para el siguiente paso en el metabolismo de la glucosa en todas las células, no ocurren más reacciones en FDG. Además, la mayoría de los tejidos (con la notable excepción del hígado y los riñones) no pueden eliminar el fosfato añadido por la hexoquinasa . Esto significa que la FDG queda atrapada en cualquier célula que la absorba hasta que se descompone, ya que fosforilalos azúcares, debido a su carga iónica, no pueden salir de la célula. Esto da como resultado un intenso marcaje radiactivo de los tejidos con una alta absorción de glucosa, como el cerebro, el hígado, los riñones y la mayoría de los cánceres normales, que tienen una mayor absorción de glucosa que la mayoría de los tejidos normales debido al efecto Warburg . Como resultado, FDG-PET se puede utilizar para el diagnóstico, la estadificación, y monitorizar el tratamiento de los cánceres, en particular en el linfoma de Hodgkin , [4] el linfoma no Hodgkin , [5] y el cáncer de pulmón . [6] [7] [8]

Una revisión de 2020 de la investigación sobre el uso de PET para el linfoma de Hodgkin encontró evidencia de que los hallazgos negativos en las exploraciones PET provisionales están relacionados con una mayor supervivencia general y supervivencia libre de progresión ; sin embargo, la certeza de la evidencia disponible fue moderada para la supervivencia y muy baja para la supervivencia libre de progresión. [9]

Algunos otros isótopos y radiotrazadores se están introduciendo lentamente en la oncología con fines específicos. Por ejemplo,11 C marcado con metomidato (11C-metomidato), se ha utilizado para detectar tumores de adrenocortical origen. [10] [11] Además, laPET / TC con FDOPA (o PET / TC con F-18-DOPA) ha demostrado ser una alternativa más sensible para encontrar y también localizar el feocromocitoma que la exploración con MIBG . [12] [13] [14]

Neuroimagen [ editar ]

Artículo principal: tomografía por emisión de positrones cerebral

Neurología [ editar ]

Tomografía por emisión de positrones del cerebro humano

Las imágenes de PET con oxígeno -15 miden indirectamente el flujo sanguíneo al cerebro. En este método, el aumento de la señal de radiactividad indica un aumento del flujo sanguíneo que se supone que se correlaciona con un aumento de la actividad cerebral. Debido a su vida media de 2 minutos, el O-15 debe canalizarse directamente desde un ciclotrón médico para tales usos, lo cual es difícil.

Las imágenes de PET con 18F-FDG aprovechan el hecho de que el cerebro normalmente consume rápidamente glucosa. La PET con 18F-FDG estándar del cerebro mide el uso regional de glucosa y se puede utilizar en el diagnóstico neuropatológico.

Ejemplos :

  • Las patologías cerebrales como la enfermedad de Alzheimer disminuyen en gran medida el metabolismo cerebral de la glucosa y el oxígeno en conjunto. Por lo tanto, la PET con 18F-FDG del cerebro también se puede utilizar para diferenciar con éxito la enfermedad de Alzheimer de otros procesos demenciales, y también para hacer diagnósticos tempranos de la enfermedad de Alzheimer. La ventaja del PET 18F-FDG para estos usos es su disponibilidad mucho más amplia. Algunos marcadores radiactivos utilizados para el Alzheimer son florbetapir 18F , flutemetamol F18 , PiB y florbetaben 18F , que se utilizan para detectar placas de beta amiloide (un biomarcador potencial para el Alzheimer) en el cerebro.
  • Las imágenes de PET con FDG también se pueden utilizar para la localización del foco convulsivo : un foco convulsivo aparecerá como hipometabólico durante una exploración interictal. Se han desarrollado varios radiotrazadores (es decir, radioligandos ) para la PET que son ligandos para subtipos de neurorreceptores específicos como [ 11 C] racloprida , [ 18 F] fallyprida y [ 18 F] desmetoxifallyprida para los receptores de dopamina D2 / D3, [ 11 C] McN 5652 y [ 11 C] DASB para transportadores de serotonina , [18 F] Mefway para los receptores de serotonina 5HT1A , [ 18 F] Nifeno para los receptores nicotínicos de acetilcolina o sustratos enzimáticos (por ejemplo, 6- FDOPA para la enzima AADC ). Estos agentes permiten la visualización de grupos de neurorreceptores en el contexto de una pluralidad de enfermedades neuropsiquiátricas y neurológicas.

El desarrollo de una serie de sondas novedosas para la obtención de imágenes PET in vivo no invasivas de neuroagregados en el cerebro humano ha llevado las imágenes de amiloide al umbral del uso clínico. Las primeras sondas de imágenes de amiloide incluyeron 2- (1- {6 - [(2- [ 18 F] fluoroetil) (metil) amino] -2-naftil} etiliden) malononitrilo ([ 18 F] FDDNP) [15] desarrollado en el Universidad de California, Los Ángeles y N-metil- [ 11 C] 2- (4'-metilaminofenil) -6-hidroxibenzotiazol [16] (denominado compuesto B de Pittsburgh ) desarrollado en la Universidad de Pittsburgh. Estas sondas de imagen de amiloide permiten la visualización de amiloideplacas en los cerebros de los pacientes con Alzheimer y podría ayudar a los médicos a realizar un diagnóstico clínico positivo de EA pre-mortem y ayudar en el desarrollo de nuevas terapias anti-amiloides. [ 11 C] PMP ( propionato de N- [ 11 C] metilpiperidin-4-ilo) es un nuevo radiofármaco utilizado en la obtención de imágenes por PET para determinar la actividad del sistema de neurotransmisores acetilcolinérgicos al actuar como sustrato de la acetilcolinesterasa. El examen post-mortem de pacientes con EA ha mostrado niveles reducidos de acetilcolinesterasa. [ 11 C] PMP se utiliza para mapear la actividad de la acetilcolinesterasa en el cerebro, lo que podría permitir diagnósticos pre-mortem de EA y ayudar a monitorear los tratamientos de EA. [17] Radiofármacos ávidosha desarrollado y comercializado un compuesto llamado florbetapir que utiliza el radionúclido flúor-18 de mayor duración para detectar placas de amiloide mediante tomografías por emisión de positrones. [18]

Neuropsicología o neurociencia cognitiva [ editar ]

Examinar los vínculos entre procesos o trastornos psicológicos específicos y la actividad cerebral.

Psiquiatría [ editar ]

Numerosos compuestos que se unen selectivamente a neurorreceptores de interés en psiquiatría biológica han sido radiomarcados con C-11 o F-18. Radioligandos que se unen a receptores de dopamina ( receptor D1, [19] D2, [20] [21] transportador de recaptación), receptores de serotonina (5HT1A, 5HT2A, transportador de recaptación) receptores opioides (mu y kappa) receptores colinérgicos (nicotínicos y muscarínicos) y otros sitios se han utilizado con éxito en estudios con sujetos humanos. Se han realizado estudios que examinan el estado de estos receptores en pacientes en comparación con controles sanos en esquizofrenia , abuso de sustancias , trastornos del estado de ánimo. y otras condiciones psiquiátricas.

Cirugía estereotáctica y radiocirugía [ editar ]

La cirugía guiada por imágenes de PET facilita el tratamiento de tumores intracraneales, malformaciones arteriovenosas y otras afecciones tratables quirúrgicamente. [22]

Cardiología [ editar ]

Artículo principal: PET cardíaco

Estudio de cardiología , aterosclerosis y enfermedades vasculares: la PET con 18F-FDG puede ayudar a identificar el miocardio en hibernación . Sin embargo, la rentabilidad de la PET para esta función frente a la SPECT no está clara. También es factible la obtención de imágenes por PET con 18F-FDG de la aterosclerosis para detectar pacientes con riesgo de accidente cerebrovascular . Además, puede ayudar a probar la eficacia de nuevas terapias contra la aterosclerosis. [23]

Enfermedades infecciosas [ editar ]

Las infecciones por imágenes con tecnologías de imágenes moleculares pueden mejorar el diagnóstico y el seguimiento del tratamiento. Clínicamente, la PET se ha utilizado ampliamente para obtener imágenes de infecciones bacterianas utilizando fluorodesoxiglucosa (FDG) para identificar la respuesta inflamatoria asociada a la infección. Se han desarrollado tres agentes de contraste de PET diferentes para obtener imágenes de infecciones bacterianas in vivo: [ 18 F] maltosa , [24] [ 18 F] maltohexaosa y [ 18 F] 2-fluorodesoxi sorbitol (FDS). [25] FDS tiene la ventaja adicional de poder apuntar solo a Enterobacteriaceae .

Estudios de biodistribución [ editar ]

En los ensayos preclínicos, un nuevo fármaco puede marcarse radiactivamentee inyectado en animales. Tales exploraciones se denominan estudios de biodistribución. La información sobre la absorción, retención y eliminación del fármaco a lo largo del tiempo se puede obtener de forma rápida y rentable en comparación con la técnica anterior de matar y disecar los animales. Comúnmente, la ocupación del fármaco en un supuesto sitio de acción puede inferirse indirectamente mediante estudios de competencia entre el fármaco no marcado y los compuestos radiomarcados que se sabe a priori que se unen con especificidad al sitio. De esta forma, se puede utilizar un único radioligando para probar muchos candidatos a fármacos potenciales para el mismo objetivo. Una técnica relacionada implica la exploración con radioligandos que compiten con una sustancia endógena (de origen natural) en un receptor determinado para demostrar que un fármaco provoca la liberación de la sustancia natural. [26]

Imágenes de pequeños animales [ editar ]

Se ha construido un animal PET en miniatura que es lo suficientemente pequeño como para escanear una rata completamente consciente. [27] Este RatCAP (Animal Rat Conscious Animal PET) permite que los animales sean escaneados sin los efectos de confusión de la anestesia . Los escáneres PET diseñados específicamente para obtener imágenes de roedores, a menudo denominados microPET, así como los escáneres para pequeños primates, se comercializan para la investigación académica y farmacéutica. Los escáneres se basan en centelleadores microminiatura y fotodiodos de avalancha amplificados (APD) a través de un sistema que utiliza fotomultiplicadores de silicio de un solo chip. [ cita requerida ]

En 2018, la Escuela de Medicina Veterinaria de UC Davis se convirtió en el primer centro veterinario en emplear un pequeño escáner PET clínico como escaneo PET para mascotas para el diagnóstico clínico (en lugar de investigación) de animales. Debido al costo, así como a la utilidad marginal de detectar metástasis de cáncer en animales de compañía (el uso principal de esta modalidad), se espera que la exploración por PET veterinaria rara vez esté disponible en el futuro inmediato. [ cita requerida ]

Imágenes músculo-esqueléticas [ editar ]

Más información: PET para imágenes óseas

La PET se ha utilizado para obtener imágenes de músculos y huesos. El 18F-FDG es el trazador más utilizado para la obtención de imágenes de los músculos, y el NaF-F18 es el trazador más utilizado para la obtención de imágenes de los huesos.

Músculos [ editar ]

La PET es una técnica viable para estudiar los músculos esqueléticos durante ejercicios como caminar. [28] Además, la PET puede proporcionar datos de activación muscular sobre los músculos profundos (como el vasto intermedial y el glúteo menor ) en comparación con técnicas como la electromiografía , que solo se pueden usar en los músculos superficiales directamente debajo de la piel. Sin embargo, una desventaja es que la PET no proporciona información de tiempo sobre la activación muscular porque tiene que medirse después de que se completa el ejercicio. Esto se debe al tiempo que tarda la FDG en acumularse en los músculos activados.

Huesos [ editar ]

Junto con NaF-F18, la PET para imágenes óseas se ha utilizado durante 60 años para medir el metabolismo óseo regional y el flujo sanguíneo mediante exploraciones estáticas y dinámicas. Recientemente, los investigadores también han comenzado a utilizar NaF-18 para estudiar la metástasis ósea [29] .

Seguridad [ editar ]

La exploración por TEP no es invasiva, pero implica la exposición a radiación ionizante . [2]

La 18F-FDG , que ahora es el radiotrazador estándar utilizado para la obtención de neuroimágenes por PET y el tratamiento de pacientes con cáncer, [30] tiene una dosis de radiación eficaz de 14  mSv . [3]

La cantidad de radiación en 18F-FDG es similar a la dosis efectiva de pasar un año en la ciudad estadounidense de Denver, Colorado (12,4 mSv / año). [31] A modo de comparación, la dosis de radiación para otros procedimientos médicos varía de 0,02 mSv para una radiografía de tórax y de 6,5 a 8 mSv para una tomografía computarizada del tórax. [32] [33] Las tripulaciones aéreas civiles promedio están expuestas a 3 mSv / año, [34] y el límite de dosis ocupacional para todo el cuerpo para los trabajadores de la energía nuclear en los EE. UU. Es de 50 mSv / año. [35] Para conocer la escala, consulte Órdenes de magnitud (radiación) .

Para la exploración por TEP-TC , la exposición a la radiación puede ser sustancial, alrededor de 23 a 26 mSv (para una persona de 70 kg, es probable que la dosis sea mayor para pesos corporales más altos). [36] [37]

Operación [ editar ]

Radionucleidos y radiotrazadores [ editar ]

Artículo principal: Lista de radiotrazadores PET
Vista esquemática de un bloque detector y un anillo de un escáner PET
Isótopos utilizados en las tomografías por emisión de positrones
Isótopo11 C13 N15 O18 F68 Ga61 Cu52g Mn55 Co89 Zr82 Rb
Media vida20m10m2m110m74m12,7 h5.6d17.5h78,4 h [38]1,3 m

Los radionúclidos se incorporan en compuestos normalmente utilizados por el cuerpo, como glucosa (o análogos de glucosa), agua o amoníaco , o en moléculas que se unen a receptores u otros sitios de acción de los fármacos. Estos compuestos marcados se conocen como radiotrazadores.. La tecnología PET se puede utilizar para rastrear la vía biológica de cualquier compuesto en seres humanos vivos (y también en muchas otras especies), siempre que pueda marcarse radiactivamente con un isótopo PET. Por tanto, los procesos específicos que se pueden probar con PET son prácticamente ilimitados, y se siguen sintetizando radiotrazadores para nuevas moléculas y procesos diana; En el momento de escribir este artículo, ya hay docenas en uso clínico y cientos aplicados en investigación. En 2020, con mucho, el radiotrazador más utilizado en la exploración por TEP clínica es el derivado de carbohidratos fludesoxiglucosa (18F) (18F-FDG). Este radiotrazador se utiliza esencialmente en todas las exploraciones para oncología y en la mayoría de exploraciones en neurología y, por lo tanto, constituye la gran mayoría del radiotrazador (> 95%) utilizado en la exploración por PET y PET-CT.

Debido a la corta vida media de la mayoría de los radioisótopos emisores de positrones, los radiotrazadores se han producido tradicionalmente utilizando un ciclotrón en las proximidades de la instalación de imágenes de PET. La vida media del flúor 18 es lo suficientemente larga como para que los radiotrazadores etiquetados con flúor 18 puedan fabricarse comercialmente en ubicaciones externas y enviarse a centros de diagnóstico por imágenes. Recientemente , se han comercializado generadores de rubidio -82. [39] Estos contienen estroncio-82, que se desintegra por captura de electrones para producir rubidio-82 emisor de positrones.

Se ha revisado el uso de isótopos de metales emisores de positrones en las tomografías por emisión de positrones, incluidos elementos no enumerados anteriormente, como los lantánidos. [40]

Inmuno-PET [ editar ]

El isótopo 89 Zr se ha aplicado al seguimiento y cuantificación de anticuerpos moleculares con cámaras de tomografía por emisión de positrones (PET) (un método llamado "inmuno-PET"). [41] [42] [43]

La vida media biológica de los anticuerpos es típicamente del orden de días, ver daclizumab y erenumab a modo de ejemplo. Para visualizar y cuantificar la distribución de dichos anticuerpos en el cuerpo, el isótopo PET 89 Zr es muy adecuado porque su vida media física coincide con la vida media biológica típica de los anticuerpos, consulte la tabla anterior.

Emisión [ editar ]

Esquema de un proceso de adquisición de PET

Para realizar la exploración, se inyecta un isótopo trazador radiactivo de corta duración en el sujeto vivo (generalmente en la circulación sanguínea). Cada átomo trazador se ha incorporado químicamente a una molécula biológicamente activa. Hay un período de espera mientras la molécula activa se concentra en los tejidos de interés; luego, el sujeto se coloca en el escáner de imágenes. La molécula más comúnmente utilizada para este propósito es la fluorodesoxiglucosa (FDG) marcada con F-18 , un azúcar, cuyo período de espera suele ser de una hora. Durante la exploración, se realiza un registro de la concentración de tejido a medida que el marcador se descompone.

A medida que el radioisótopo sufre una desintegración de la emisión de positrones (también conocida como desintegración beta positiva ), emite un positrón, una antipartícula del electrón con carga opuesta. El positrón emitido viaja en el tejido una distancia corta (normalmente menos de 1 mm, pero depende del isótopo [44] ), tiempo durante el cual pierde energía cinética, hasta que desacelera hasta un punto en el que puede interactuar con un electrón. [45] El encuentro aniquila tanto el electrón como el positrón, produciendo un par de fotones de aniquilación ( gamma ) que se mueven en direcciones aproximadamente opuestas. Estos se detectan cuando alcanzan uncentelleador en el dispositivo de escaneo, creando una ráfaga de luz que es detectada por tubos fotomultiplicadores o fotodiodos de avalancha de silicio (Si APD). La técnica depende de la detección simultánea o coincidente del par de fotones que se mueven en direcciones aproximadamente opuestas (serían exactamente opuestos en su marco del centro de masa , pero el escáner no tiene forma de saber esto, por lo que tiene una dirección leve incorporada -tolerancia al error). Los fotones que no llegan en "pares" temporales (es decir, dentro de una ventana de tiempo de unos pocos nanosegundos) se ignoran.

Localización del evento de aniquilación de positrones [ editar ]

La fracción más significativa de aniquilaciones electrón-positrón resulta en la emisión de dos fotones gamma de 511 keV a casi 180 grados entre sí; por lo tanto, es posible localizar su fuente a lo largo de una línea recta de coincidencia (también llamada línea de respuesta o LOR ). En la práctica, el LOR tiene un ancho distinto de cero, ya que los fotones emitidos no están separados exactamente 180 grados. Si el tiempo de resolución de los detectores es inferior a 500 picosegundos en lugar de aproximadamente 10 nanosegundos , es posible localizar el evento en un segmento de una cuerda , cuya longitud está determinada por la resolución de temporización del detector. A medida que mejora la resolución de tiempo, la relación señal / ruido(SNR) de la imagen mejorará, requiriendo menos eventos para lograr la misma calidad de imagen. Esta tecnología aún no es común, pero está disponible en algunos sistemas nuevos. [46]

Reconstrucción de imágenes [ editar ]

Los datos brutos recopilados por un escáner PET son una lista de 'eventos de coincidencia' que representan la detección casi simultánea (generalmente, dentro de una ventana de 6 a 12 nanosegundos entre sí) de fotones de aniquilación por un par de detectores. Cada evento de coincidencia representa una línea en el espacio que conecta los dos detectores a lo largo de los cuales ocurrió la emisión de positrones (es decir, la línea de respuesta (LOR)).

Las técnicas analíticas, al igual que la reconstrucción de la tomografía computarizada (TC) y los datos de la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT), se utilizan comúnmente, aunque el conjunto de datos recopilados en la PET es mucho más pobre que la TC, por lo que las técnicas de reconstrucción son más difíciles. Los eventos de coincidencia se pueden agrupar en imágenes de proyección, llamadas sinogramas . Los sinogramas se ordenan por el ángulo de cada vista e inclinación (para imágenes en 3D). Las imágenes del sinograma son análogas a las proyecciones capturadas por tomografía computarizada.(CT) y se pueden reconstruir de manera similar. Las estadísticas de los datos así obtenidos son mucho peores que las obtenidas mediante tomografía de transmisión. Un conjunto de datos PET normal tiene millones de recuentos para toda la adquisición, mientras que el CT puede alcanzar algunos miles de millones de recuentos. Esto contribuye a que las imágenes de PET parezcan "más ruidosas" que las de CT. Dos fuentes principales de ruido en el PET son la dispersión (un par de fotones detectado, al menos uno de los cuales se desvió de su trayectoria original por interacción con la materia en el campo de visión, lo que hace que el par se asigne a un LOR incorrecto) y aleatorio. eventos (fotones que se originan a partir de dos eventos de aniquilación diferentes pero que se registran incorrectamente como un par de coincidencias porque su llegada a sus respectivos detectores se produjo dentro de una ventana de tiempo de coincidencia).

En la práctica, se requiere un preprocesamiento considerable de los datos: corrección de coincidencias aleatorias, estimación y resta de fotones dispersos , corrección del tiempo muerto del detector (después de la detección de un fotón, el detector debe "enfriarse" nuevamente) y detector- corrección de sensibilidad (tanto para la sensibilidad inherente del detector como para los cambios en la sensibilidad debido al ángulo de incidencia).

La retroproyección filtrada (FBP) se ha utilizado con frecuencia para reconstruir imágenes a partir de las proyecciones. Este algoritmo tiene la ventaja de ser simple y al mismo tiempo tener un bajo requerimiento de recursos informáticos. Las desventajas son que el ruido de disparo en los datos sin procesar es prominente en las imágenes reconstruidas y las áreas de alta captación del trazador tienden a formar rayas en la imagen. Además, FBP trata los datos de forma determinista; no tiene en cuenta la aleatoriedad inherente asociada con los datos de PET, por lo que requiere todas las correcciones previas a la reconstrucción descritas anteriormente.

Enfoques estadísticos basados ​​en la probabilidad : algoritmos estadísticos basados ​​en la probabilidad [47] [48] algoritmos iterativos de maximización de expectativas , como el algoritmo Shepp-Vardi [49]son ahora el método de reconstrucción preferido. Estos algoritmos calculan una estimación de la distribución probable de eventos de aniquilación que llevaron a los datos medidos, basándose en principios estadísticos. La ventaja es un mejor perfil de ruido y resistencia a los artefactos de rayas comunes con FBP, pero la desventaja son los mayores requisitos de recursos informáticos. Una ventaja adicional de las técnicas de reconstrucción de imágenes estadísticas es que los efectos físicos que deberían corregirse previamente cuando se utiliza un algoritmo de reconstrucción analítica, como fotones dispersos, coincidencias aleatorias, atenuación y tiempo muerto del detector, se pueden incorporar a la probabilidad. modelo que se utiliza en la reconstrucción, lo que permite una reducción adicional del ruido.También se ha demostrado que la reconstrucción iterativa da como resultado mejoras en la resolución de las imágenes reconstruidas, ya que se pueden incorporar modelos más sofisticados de la física del escáner en el modelo de verosimilitud que los utilizados por los métodos de reconstrucción analítica, lo que permite una mejor cuantificación de la distribución de radiactividad.[50]

La investigación ha demostrado que los métodos bayesianos que involucran una función de probabilidad de Poisson y una probabilidad previa apropiada (por ejemplo, un suavizado previo que conduce a la regularización de la variación total o una distribución laplaciana que conduce a la regularización basada en una ondícula u otro dominio), como a través de Ulf Grenander 's Sieve estimador [51] [52] o a través de Bayes métodos de penalización [53] [54] o por medio de IJ Bueno ' método rugosidad s [55] [56]puede producir un rendimiento superior a los métodos basados ​​en la maximización de expectativas que involucran una función de probabilidad de Poisson pero no involucran a dicha función previa. [57] [58] [59]

Corrección de la atenuación : las imágenes PET cuantitativas requieren una corrección de la atenuación. [60] En estos sistemas, la corrección de atenuación se basa en un escaneo de transmisión utilizando una fuente de varilla giratoria de 68 Ge. [61]

Los escaneos de transmisión miden directamente los valores de atenuación a 511keV. [62] La atenuación ocurre cuando los fotones emitidos por el radiotrazador dentro del cuerpo son absorbidos por el tejido que interviene entre el detector y la emisión del fotón. Como diferentes LOR deben atravesar diferentes espesores de tejido, los fotones se atenúan de manera diferencial. El resultado es que las estructuras profundas del cuerpo se reconstruyen con una captación de trazador falsamente baja. Los escáneres actuales pueden estimar la atenuación utilizando equipos de TC de rayos X integrados , en lugar de los equipos anteriores que ofrecían una forma burda de TC utilizando una fuente de rayos gamma ( emisores de positrones ) y los detectores de PET.

Si bien las imágenes con corrección de atenuación son generalmente representaciones más fieles, el proceso de corrección es en sí mismo susceptible a artefactos importantes. Como resultado, las imágenes corregidas y no corregidas siempre se reconstruyen y se leen juntas.

Reconstrucción 2D / 3D : los primeros escáneres PET tenían un solo anillo de detectores, por lo que la adquisición de datos y la reconstrucción posterior se restringieron a un solo plano transversal. Los escáneres más modernos ahora incluyen múltiples anillos, esencialmente formando un cilindro de detectores.

Hay dos enfoques para reconstruir los datos de un escáner de este tipo: 1) tratar cada anillo como una entidad separada, de modo que solo se detecten las coincidencias dentro de un anillo, la imagen de cada anillo puede luego reconstruirse individualmente (reconstrucción 2D), o 2) permitir que se detecten coincidencias entre anillos así como dentro de los anillos, luego reconstruir todo el volumen juntos (3D).

Las técnicas 3D tienen mejor sensibilidad (porque se detectan y utilizan más coincidencias) y, por lo tanto, menos ruido, pero son más sensibles a los efectos de la dispersión y las coincidencias aleatorias, además de requerir recursos informáticos correspondientemente mayores. El advenimiento de los detectores de resolución de tiempo de sub-nanosegundos permite un mejor rechazo de coincidencia aleatoria, favoreciendo así la reconstrucción de imágenes en 3D.

PET de tiempo de vuelo (TOF) : para los sistemas modernos con una resolución de tiempo más alta (aproximadamente 3 nanosegundos), se utiliza una técnica llamada "tiempo de vuelo" para mejorar el rendimiento general. El PET de tiempo de vuelo utiliza detectores de rayos gamma muy rápidos y un sistema de procesamiento de datos que puede decidir con mayor precisión la diferencia de tiempo entre la detección de los dos fotones. Aunque es técnicamente imposible localizar el punto de origen del evento de aniquilación exactamente (actualmente dentro de los 10 cm), por lo que la reconstrucción de la imagen todavía es necesaria, la técnica TOF proporciona una mejora notable en la calidad de la imagen, especialmente en la relación señal / ruido.

Combinación de PET con CT o MRI [ editar ]

Artículos principales: PET-CT y PET-MRI
Imagen de fusión PET-CT de cuerpo completo
Imagen de fusión cerebral PET-MRI

Las tomografías por emisión de positrones se leen cada vez más junto con la tomografía computarizada o las imágenes por resonancia magnética (MRI), y la combinación (denominada "co-registro" ) proporciona información tanto anatómica como metabólica (es decir, cuál es la estructura y qué hace bioquímicamente). Debido a que las imágenes de PET son más útiles en combinación con las imágenes anatómicas, como la TC, los escáneres PET modernos ahora están disponibles con escáneres de TC integrados de alta gama con múltiples detectores (los llamados "PET-CT"). Debido a que las dos exploraciones se pueden realizar en secuencia inmediata durante la misma sesión, sin que el paciente cambie de posición entre los dos tipos de exploraciones, los dos conjuntos de imágenes se registran con mayor precisión., de modo que las áreas de anomalía en las imágenes de PET se puedan correlacionar de manera más perfecta con la anatomía en las imágenes de CT. Esto es muy útil para mostrar vistas detalladas de órganos o estructuras en movimiento con mayor variación anatómica, que es más común fuera del cerebro.

En el Instituto de Neurociencias y Biofísica de Jülich , el dispositivo PET-MRI más grande del mundo comenzó a funcionar en abril de 2009: un tomógrafo de resonancia magnética (MRT) de 9,4 teslas combinado con un tomógrafo de emisión de positrones (PET). Actualmente, solo se pueden obtener imágenes de la cabeza y el cerebro con estas intensidades de campo magnético elevadas. [63]

Para la obtención de imágenes cerebrales, el registro de tomografías computarizadas, resonancias magnéticas y PET se puede lograr sin la necesidad de un escáner PET-CT o PET-MRI integrado mediante el uso de un dispositivo conocido como N-localizer . [22] [64] [65] [66]

Limitaciones [ editar ]

La minimización de la dosis de radiación al sujeto es una característica atractiva del uso de radionucleidos de vida corta. Además de su función establecida como técnica de diagnóstico, la PET tiene un papel cada vez más importante como método para evaluar la respuesta a la terapia, en particular, la terapia del cáncer, [67] donde el riesgo para el paciente por la falta de conocimiento sobre el progreso de la enfermedad es mucho mayor que el riesgo de la radiación de prueba. Dado que los trazadores son radiactivos, los ancianos [ dudoso - discutir ] y las embarazadas no pueden usarlo debido a los riesgos que presenta la radiación.

Las limitaciones al uso generalizado de PET surgen de los altos costos de los ciclotrones necesarios para producir los radionúclidos de vida corta para el escaneo de PET y la necesidad de un aparato de síntesis química in situ especialmente adaptado para producir los radiofármacos después de la preparación de radioisótopos. Las moléculas de radiotrazador orgánico que contendrán un radioisótopo emisor de positrones no se pueden sintetizar primero y luego el radioisótopo preparado dentro de ellas, porque el bombardeo con un ciclotrón para preparar el radioisótopo destruye cualquier portador orgánico para él. En cambio, el isótopo debe prepararse primero, luego, la química para preparar cualquier radiotrazador orgánico (como FDG) logrado muy rápidamente, en el corto tiempo antes de que el isótopo decaiga. Pocos hospitales y universidades son capaces de mantener tales sistemas, y la mayoría de las PET clínicas cuentan con el respaldo de proveedores externos de radiotrazadores que pueden suministrar muchos sitios simultáneamente. Esta limitación restringe la PET clínica principalmente al uso de trazadores marcados con flúor-18, que tiene una vida media de 110 minutos y puede transportarse a una distancia razonable antes de su uso, o al rubidio-82 (utilizado como cloruro de rubidio-82 ) con una vida media de 1,27 minutos, que se crea en un generador portátil y se utiliza para la perfusión miocárdicaestudios. Sin embargo, en los últimos años, algunos ciclotrones in situ con blindaje integrado y "hot labs" (laboratorios de química automatizados que pueden trabajar con radioisótopos) han comenzado a acompañar a las unidades de PET a los hospitales remotos. La presencia del pequeño ciclotrón en el sitio promete expandirse en el futuro a medida que los ciclotrones se reducen en respuesta al alto costo del transporte de isótopos a las máquinas PET remotas. [68] En los últimos años, la escasez de tomografías por emisión de positrones se ha aliviado en los EE. UU., Ya que el despliegue de radiofarmacias para suministrar radioisótopos ha aumentado un 30% anual. [69]

Debido a que la vida media del flúor-18 es de aproximadamente dos horas, la dosis preparada de un radiofármaco que contiene este radionúclido sufrirá múltiples vidas medias de descomposición durante la jornada laboral. Esto requiere una recalibración frecuente de la dosis restante (determinación de la actividad por unidad de volumen) y una planificación cuidadosa con respecto a la programación del paciente.

Historia [ editar ]

El concepto de tomografía de emisión y transmisión fue introducido por David E. Kuhl , Luke Chapman y Roy Edwards a fines de la década de 1950. Su trabajo condujo más tarde al diseño y construcción de varios instrumentos tomográficos en la Universidad de Pennsylvania . En 1975, Michel Ter-Pogossian , Michael E. Phelps , Edward J. Hoffman y otros en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington desarrollaron más técnicas de imágenes tomográficas . [70] [71]

El trabajo de Gordon Brownell, Charles Burnham y sus asociados en el Hospital General de Massachusetts a partir de la década de 1950 contribuyó significativamente al desarrollo de la tecnología PET e incluyó la primera demostración de radiación de aniquilación para imágenes médicas. [72] Sus innovaciones, incluido el uso de tubos de luz y análisis volumétrico, han sido importantes en el despliegue de las imágenes de PET. En 1961, James Robertson y sus asociados en el Laboratorio Nacional de Brookhaven construyeron el primer escaneo PET de un solo plano, apodado el "encogimiento de cabeza". [73]

Uno de los factores más responsables de la aceptación de las imágenes de positrones fue el desarrollo de radiofármacos. En particular, el desarrollo de 2-fluorodesoxi-D-glucosa (2FDG) marcada por el grupo Brookhaven bajo la dirección de Al Wolf y Joanna Fowler fue un factor importante en la expansión del alcance de las imágenes de PET. [74] El compuesto fue administrado por primera vez a dos voluntarios humanos normales por Abass Alavi en agosto de 1976 en la Universidad de Pensilvania. Las imágenes cerebrales obtenidas con un escáner nuclear ordinario (no PET) demostraron la concentración de FDG en ese órgano. Más tarde, la sustancia se utilizó en escáneres tomográficos de positrones dedicados, para producir el procedimiento moderno.

La extensión lógica de la instrumentación de positrones fue un diseño que utiliza dos matrices bidimensionales. PC-I fue el primer instrumento que utiliza este concepto y fue diseñada en 1968, terminado en 1969 y publicado en 1972. Las primeras aplicaciones de PC-I en el modo tomográfico a diferencia del modo de tomografía computarizada fueron reportados en 1970. [75] Se Pronto quedó claro para muchos de los involucrados en el desarrollo de PET que un conjunto de detectores circular o cilíndrico era el siguiente paso lógico en la instrumentación de PET. Aunque muchos investigadores adoptaron este enfoque, James Robertson [76] y Zang-Hee Cho [77] fueron los primeros en proponer un sistema de anillos que se ha convertido en el prototipo de la forma actual de PET.

El escáner PET-CT, atribuido a David Townsend y Ronald Nutt, fue nombrado por Time como el invento médico del año 2000. [78]

Costo [ editar ]

En agosto de 2008, Cancer Care Ontario informa que el costo incremental promedio actual para realizar una exploración por TEP en la provincia es de 1.000 a 1.200 dólares canadienses por exploración. Esto incluye el costo del radiofármaco y un estipendio para el médico que lea el escaneo. [79]

En los Estados Unidos , una exploración por TEP se estima en ~ $ 5,000 y la mayoría de las compañías de seguros no pagan las exploraciones por TEP de rutina después del tratamiento del cáncer debido al hecho de que estas exploraciones a menudo son innecesarias y presentan potencialmente más riesgos que beneficios. [80]

En Inglaterra , el costo de referencia del NHS (2015-2016) para una tomografía por emisión de positrones para pacientes ambulatorios para adultos es de £ 798 y £ 242 para los servicios de acceso directo. [81]

En Australia, a partir de julio de 2018, la tarifa del programa de beneficios de Medicare para la PET con FDG de cuerpo entero oscila entre 953 dólares australianos y 999 dólares australianos, según la indicación de la exploración. [82]

Control de calidad [ editar ]

El rendimiento general de los sistemas PET se puede evaluar mediante herramientas de control de calidad como el fantasma Jaszczak . [83]

Ver también [ editar ]

  • Imágenes ópticas difusas
  • Célula caliente (equipo utilizado para producir los radiofármacos utilizados en PET)
  • Imagen molecular

Referencias [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

Recursos de la biblioteca sobre
PET
  • Recursos en su biblioteca
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  • Atlas de PET-CT de la Facultad de Medicina de Harvard
  • Centro Nacional de Desarrollo de Isótopos: fuente de radionucleidos del gobierno de EE. UU. , Incluidos los de PET, producción, investigación, desarrollo, distribución e información