Tomografía computarizada por emisión de fotón único
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Tomografía computarizada por emisión de fotón único
SPECT Slice of Brain usando Tc-99m Ceretec.jpg
Un corte SPECT de la distribución de tecnecio exametazima dentro del cerebro de un paciente
ICD-9-CM92,0 - 92,1
MallaD01589
Código OPS-3013-72
Imagen SPECT (trazador óseo) de un MIP de ratón
Colimador utilizado para colimar rayos gamma (flechas rojas) en una cámara gamma

La tomografía computarizada por emisión de fotón único ( SPECT , o menos comúnmente, SPET ) es una técnica de imágenes tomográficas de medicina nuclear que utiliza rayos gamma . [1] Es muy similar a las imágenes planas de medicina nuclear convencional que utilizan una cámara gamma (es decir, gammagrafía ), [2] pero es capaz de proporcionar información tridimensional real . Esta información se presenta típicamente como cortes transversales a través del paciente, pero se puede reformatear o manipular libremente según sea necesario.

La técnica requiere la administración de un radioisótopo emisor de rayos gamma (un radionúclido ) al paciente, normalmente mediante inyección en el torrente sanguíneo. En ocasiones, el radioisótopo es un ion simple soluble disuelto, como un isótopo de galio (III). Sin embargo, la mayoría de las veces, un radioisótopo marcador se une a un ligando específico para crear un radioligando , cuyas propiedades lo unen a ciertos tipos de tejidos. Esta unión permite que la combinación de ligando y radiofármaco sea ​​transportada y unida a un lugar de interés en el cuerpo, donde la concentración de ligando es vista por una cámara gamma.

Principios

Un escáner SPECT de la marca Siemens, que consta de dos cámaras gamma.

En lugar de simplemente "tomar una fotografía de las estructuras anatómicas", un escaneo SPECT monitorea el nivel de actividad biológica en cada lugar de la región tridimensional analizada. Las emisiones del radionúclido indican cantidades de flujo sanguíneo en los capilares de las regiones fotografiadas. De la misma manera que una radiografía simple es una vista bidimensional (2-D) de una estructura tridimensional, la imagen obtenida por una cámara gamma es una vista bidimensional de la distribución tridimensional de un radionúclido .

Las imágenes SPECT se realizan mediante el uso de una cámara gamma para adquirir múltiples imágenes 2-D (también llamadas proyecciones ), desde múltiples ángulos. Luego, se utiliza una computadora para aplicar un algoritmo de reconstrucción tomográfica a las múltiples proyecciones, lo que produce un conjunto de datos en 3D. Este conjunto de datos puede manipularse para mostrar cortes delgados a lo largo de cualquier eje elegido del cuerpo, similares a los obtenidos con otras técnicas tomográficas, como la resonancia magnética (MRI), la tomografía computarizada de rayos X (rayos X CT) y tomografía por emisión de positrones (PET).

SPECT es similar al PET en el uso de material trazador radiactivo y detección de rayos gamma. A diferencia del PET, los trazadores utilizados en SPECT emiten radiación gamma que se mide directamente, mientras que los trazadores PET emiten positrones que se aniquilan con electrones hasta unos pocos milímetros de distancia, provocando la emisión de dos fotones gamma en direcciones opuestas. Un escáner de PET detecta estas emisiones "coincidentes" en el tiempo, lo que proporciona más información de localización de eventos de radiación y, por lo tanto, imágenes de mayor resolución espacial que SPECT (que tiene una resolución de aproximadamente 1 cm). Las exploraciones SPECT son significativamente menos costosas que las exploraciones PET, en parte porque pueden utilizar radioisótopos de mayor duración y más fáciles de obtener que la PET.

Dado que la adquisición de SPECT es muy similar a la obtención de imágenes de una cámara gamma plana, se pueden utilizar los mismos radiofármacos . Si un paciente es examinado en otro tipo de exploración de medicina nuclear, pero las imágenes no son diagnósticas, es posible pasar directamente a SPECT moviendo al paciente a un instrumento SPECT, o incluso simplemente reconfigurando la cámara para la adquisición de imágenes SPECT. mientras el paciente permanece en la mesa.

Máquina SPECT que realiza una gammagrafía ósea de todo el cuerpo. La paciente se acuesta en una mesa que se desliza a través de la máquina, mientras un par de cámaras gamma giran a su alrededor.

Para adquirir imágenes SPECT, la cámara gamma se gira alrededor del paciente. Las proyecciones se adquieren en puntos definidos durante la rotación, típicamente cada 3 a 6 grados. En la mayoría de los casos, se utiliza una rotación completa de 360 ​​grados para obtener una reconstrucción óptima. El tiempo necesario para obtener cada proyección también es variable, pero lo habitual es de 15 a 20 segundos. Esto da un tiempo total de exploración de 15 a 20 minutos.

Las cámaras gamma de varios cabezales pueden acelerar la adquisición. Por ejemplo, se puede usar una cámara de doble cabezal con los cabezales separados 180 grados, lo que permite adquirir dos proyecciones simultáneamente, y cada cabezal requiere 180 grados de rotación. También se utilizan cámaras de triple cabezal con un espacio de 120 grados.

Las adquisiciones sincronizadas cardíacas son posibles con SPECT, al igual que con las técnicas de imágenes planas, como la exploración de adquisición sincronizada múltiple (MUGA). Activada por electrocardiograma (EKG) para obtener información diferencial sobre el corazón en varias partes de su ciclo, la SPECT miocárdica sincronizada se puede utilizar para obtener información cuantitativa sobre la perfusión miocárdica, el grosor y la contractilidad del miocardio durante varias partes del ciclo cardíaco, y también para permitir el cálculo de la fracción de eyección del ventrículo izquierdo , el volumen sistólico y el gasto cardíaco.

Solicitud

SPECT se puede utilizar para complementar cualquier estudio de imágenes gamma, donde una verdadera representación en 3D puede ser útil, como imágenes de tumores, imágenes de infecciones ( leucocitos ), imágenes de tiroides o gammagrafía ósea .

Debido a que SPECT permite una localización precisa en el espacio 3D, se puede utilizar para proporcionar información sobre la función localizada en los órganos internos, como imágenes funcionales cardíacas o cerebrales.

Imágenes de perfusión miocárdica

Artículo principal: Imagen de perfusión miocárdica

Las imágenes de perfusión miocárdica (MPI) son una forma de imágenes cardíacas funcionales que se utilizan para el diagnóstico de la cardiopatía isquémica . El principio subyacente es que, en condiciones de estrés, el miocardio enfermo recibe menos flujo sanguíneo que el miocardio normal. MPI es uno de varios tipos de prueba de esfuerzo cardíaco .

Se administra un radiofármaco específico cardíaco, por ejemplo, 99m Tc- tetrofosmina (Myoview, atención sanitaria GE), 99m Tc-sestamibi (Cardiolite, Bristol-Myers Squibb) o talio-201 cloruro. Después de esto, la frecuencia cardíaca se eleva para inducir estrés miocárdico, ya sea mediante ejercicio en una cinta rodante o farmacológicamente con adenosina , dobutamina o dipiridamol ( se puede usar aminofilina para revertir los efectos del dipiridamol).

Las imágenes SPECT realizadas después del estrés revelan la distribución del radiofármaco y, por lo tanto, el flujo sanguíneo relativo a las diferentes regiones del miocardio. El diagnóstico se realiza comparando las imágenes de estrés con un conjunto adicional de imágenes obtenidas en reposo que normalmente se adquieren antes de las imágenes de estrés.

Se ha demostrado que el MPI tiene una precisión general de aproximadamente el 83% ( sensibilidad : 85%; especificidad : 72%) (en una revisión, no exclusivamente de SPECT MPI), [3] y es comparable (o mejor que) con otros no -Pruebas invasivas para cardiopatía isquémica.

Imágenes cerebrales funcionales

Artículo principal: Neuroimagen

Por lo general, el trazador emisor de rayos gamma que se utiliza en las imágenes cerebrales funcionales es el tecnecio (99mTc) exametazima . El 99m Tc es un isómero nuclear metaestable que emite rayos gamma detectables por una cámara gamma. Unirlo a la exametazima permite que sea absorbido por el tejido cerebral de una manera proporcional al flujo sanguíneo cerebral, lo que a su vez permite evaluar el flujo sanguíneo cerebral con la cámara gamma nuclear.

Debido a que el flujo sanguíneo en el cerebro está estrechamente relacionado con el metabolismo cerebral local y el uso de energía, el trazador 99m Tc-exametazima (así como el trazador similar 99m Tc-EC) se usa para evaluar el metabolismo cerebral regionalmente, en un intento de diagnosticar y diferenciar las diferentes patologías causales de la demencia . El metanálisis de muchos estudios publicados sugiere que la SPECT con este marcador es aproximadamente un 74% de sensibilidad para diagnosticar la enfermedad de Alzheimer frente al 81% de sensibilidad para el examen clínico ( pruebas cognitivas , etc.). Estudios más recientes han demostrado que la precisión de la SPECT en el diagnóstico de la enfermedad de Alzheimer puede llegar al 88%. [4]En el metanálisis, SPECT fue superior al examen clínico y los criterios clínicos (91% frente a 70%) para poder diferenciar la enfermedad de Alzheimer de las demencias vasculares. [5] Esta última capacidad se relaciona con las imágenes de SPECT del metabolismo local del cerebro, en el que la pérdida irregular del metabolismo cortical observada en múltiples accidentes cerebrovasculares difiere claramente de la pérdida más uniforme o "suave" de la función cerebral cortical no occipital típica del Alzheimer. enfermedad. Otro artículo de revisión reciente mostró que las cámaras SPECT de múltiples cabezales con análisis cuantitativo dan como resultado una sensibilidad general de 84-89% y una especificidad general de 83-89% en estudios transversales y una sensibilidad de 82-96% y una especificidad de 83-89 % para estudios longitudinales de demencia. [6]

99m Tc-exametazime compite exploración SPECT con fludesoxiglucosa (FDG) PET de exploración del cerebro, que trabaja para evaluar el metabolismo de la glucosa cerebral regional, para proporcionar información muy similar acerca de daño cerebral local a partir de muchos procesos. La SPECT está más disponible porque el radioisótopo utilizado es más duradero y mucho menos costoso en la SPECT, y el equipo de escaneo gamma también es menos costoso. Mientras que el 99m Tc se extrae de generadores de tecnecio-99m relativamente simples , que se envían a hospitales y centros de escaneo semanalmente para suministrar radioisótopos frescos, FDG PET se basa en FDG, que se fabrica en un costoso ciclotrón médico.y "hot-lab" (laboratorio de química automatizado para la fabricación de radiofármacos), y luego se entrega inmediatamente a los sitios de escaneo debido a la corta vida media natural de 110 minutos del flúor-18 .

Aplicaciones en tecnología nuclear

En el sector de la energía nuclear, la técnica SPECT se puede aplicar para obtener imágenes de distribuciones de radioisótopos en combustibles nucleares irradiados. [7] Debido a la irradiación de combustible nuclear (por ejemplo, uranio) con neutrones en un reactor nuclear, una amplia gama de radionucleidos emisores de rayos gamma se produce naturalmente en el combustible, como los productos de fisión ( cesio-137 , bario-140 y europio -154 ) y productos de activación ( cromo-51 y cobalto-58 ). Se pueden obtener imágenes de estos mediante SPECT para verificar la presencia de barras de combustible en un conjunto de combustible almacenado con fines de salvaguardias del OIEA [8], para validar las predicciones de los códigos de simulación básicos [9].o estudiar el comportamiento del combustible nuclear en funcionamiento normal [10] o en escenarios de accidente. [11]

Reconstrucción

Sinograma SPECT

Las imágenes reconstruidas suelen tener resoluciones de 64 × 64 o 128 × 128 píxeles, con tamaños de píxeles que oscilan entre 3 y 6 mm. El número de proyecciones adquiridas se elige para que sea aproximadamente igual al ancho de las imágenes resultantes. En general, las imágenes reconstruidas resultantes serán de menor resolución, tendrán un mayor ruido que las imágenes planas y serán susceptibles a los artefactos .

El escaneo requiere mucho tiempo y es esencial que no haya movimiento del paciente durante el tiempo de escaneo. El movimiento puede causar una degradación significativa de las imágenes reconstruidas, aunque las técnicas de reconstrucción con compensación de movimiento pueden ayudar con esto. Una distribución muy desigual de radiofármacos también tiene el potencial de causar artefactos. Un área de actividad muy intensa (p. Ej., La vejiga) puede causar una gran cantidad de rayas en las imágenes y oscurecer las áreas de actividad vecinas. Ésta es una limitación del algoritmo de reconstrucción de retroproyección filtrada . Reconstrucción iterativaes un algoritmo alternativo que está ganando importancia, ya que es menos sensible a los artefactos y también puede corregir la atenuación y el desenfoque dependiente de la profundidad. Además, los algoritmos iterativos se pueden hacer más eficaces utilizando la metodología de superiorización . [12]

La atenuación de los rayos gamma dentro del paciente puede conducir a una subestimación significativa de la actividad en los tejidos profundos, en comparación con los tejidos superficiales. Es posible una corrección aproximada, basada en la posición relativa de la actividad, y la corrección óptima se obtiene con los valores de atenuación medidos. El equipo SPECT moderno está disponible con un escáner CT de rayos X integrado. Como las imágenes de TC de rayos X son un mapa de atenuación de los tejidos, estos datos se pueden incorporar en la reconstrucción de SPECT para corregir la atenuación. También proporciona una imagen de TC registrada con precisión , que puede proporcionar información anatómica adicional.

La dispersión de los rayos gamma, así como la naturaleza aleatoria de los rayos gamma, también pueden llevar a la degradación de la calidad de las imágenes SPECT y provocar una pérdida de resolución. La corrección de dispersión y la recuperación de la resolución también se aplican para mejorar la resolución de las imágenes SPECT. [13]

Protocolos típicos de adquisición de SPECT

EstudioRadioisótopoEnergía de emisión (keV)Media vidaRadiofarmacéuticoActividad ( MBq )Rotación (grados)ProyeccionesResolución de imagenTiempo por proyección (s)
Radiografíatecnecio-99m1406 horasFosfonatos / Bifosfonatos800360120128 x 12830
Gammagrafía de perfusión miocárdicatecnecio-99m1406 horastetrofosmina; Sestamibi7001806064 x 6425
Gammagrafía de paratiroides con sestamibitecnecio-99m1406 horasSestamibi
Escaneo cerebraltecnecio-99m1406 horasTc exametazime; ECD555-111036064128 x 12830
Exploración de tumores neuroendocrinos o neurológicosyodo-123 o yodo-13115913 horas u 8 díasMIBG4003606064 x 6430
Escaneo de glóbulos blancosindio-111 y tecnecio-99m171 y 24567 horasleucocitos marcados in vitro183606064 x 6430

SPECT / CT

En algunos casos, se puede construir un escáner de rayos gamma SPECT para que funcione con un escáner de TC convencional , con coregistro de imágenes. Al igual que en la PET / TC , esto permite la localización de tumores o tejidos que pueden verse en la gammagrafía SPECT, pero son difíciles de localizar con precisión con respecto a otras estructuras anatómicas. Tales exploraciones son más útiles para los tejidos fuera del cerebro, donde la ubicación de los tejidos puede ser mucho más variable. Por ejemplo, SPECT / CT puede usarse en aplicaciones de exploración de paratiroides con sestamibi , donde la técnica es útil para localizar adenomas paratiroideos ectópicos que pueden no estar en sus ubicaciones habituales en la glándula tiroides. [14]

Control de calidad

El rendimiento general de los sistemas SPECT se puede realizar mediante herramientas de control de calidad como el fantasma Jaszczak . [15]

Ver también

  • Daniel Amen , psiquiatra que usa SPECT para diagnósticos
  • Neuroimagen funcional
  • Cámara gamma
  • Imagen de resonancia magnética
  • Neuroimagen
  • Tomografía de emisión de positrones
  • ISAS (Análisis Ictal-Interictal SPECT por SPM)

Referencias

  1. ^ SPECT en los encabezados de temas médicos de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.(MeSH)
  2. ^ Scuffham JW (2012). "Un detector de CdTe para imágenes SPECT hiperespectrales". Revista de instrumentación . Revista de instrumentación de IOP. 7 (8): P08027. doi : 10.1088 / 1748-0221 / 7/08 / P08027 .
  3. ^ Elhendy, A; Bax, JJ; Poldermans, D (2002). "Imágenes de perfusión miocárdica de estrés con dobutamina en la enfermedad de las arterias coronarias" . Revista de Medicina Nuclear . 43 (12): 1634–46. PMID 12468513 . 
  4. ^ Bonte FJ, Harris TS, Hynan LS, Bigio EH, White CL (2006). "Tc-99m exametazima SPECT en el diagnóstico diferencial de las demencias con confirmación histopatológica". Clin Nucl Med . 31 (7): 376–8. doi : 10.1097 / 01.rlu.0000222736.81365.63 . PMID 16785801 . S2CID 39518497 .  
  5. ^ Dougall Nueva Jersey, Bruggink S, Ebmeier KP (2004). "Revisión sistemática de la precisión diagnóstica de 99mTc-HMPAO-SPECT en la demencia". Soy J Geriatr Psychiatry . 12 (6): 554–70. doi : 10.1176 / appi.ajgp.12.6.554 . PMID 15545324 . 
  6. ^ Henderson, Theodore (diciembre de 2012). "El diagnóstico y evaluación de la demencia y deterioro cognitivo leve con énfasis en neuroimagen de perfusión SPECT". Espectros del SNC . 17 (4): 188–89. doi : 10.1017 / S1092852912000636 . PMID 22929226 . 
  7. ^ http://uu.diva-portal.org/smash/get/diva2:164459/FULLTEXT01.pdf
  8. ^ http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/25/037/25037535.pdf
  9. ^ Jacobsson Svärd Staffan, Håkansson Ane, Bäcklin Anders, Osifo Otasowie, Willman Christopher, Jansson Peter (2005). "Determinación experimental no destructiva de la distribución Pin-Power en conjuntos de combustible nuclear". Tecnología nuclear . 151 : 70–76. doi : 10.13182 / NT05-A3632 . S2CID 98426662 . CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  10. ^ Andersson P (2017). "Un método computarizado (UPPREC) para el análisis cuantitativo de conjuntos de combustible nuclear irradiados con tomografía de emisión gamma en el reactor Halden" . Annals of Nuclear Energy . 110 : 88–97. doi : 10.1016 / j.anucene.2017.06.025 .
  11. ^ Biard B (2013). "Análisis cuantitativo de la distribución del producto de fisión en un conjunto de combustible dañado mediante espectrometría gamma y tomografía computarizada para la prueba Phébus FPT3". Ingeniería y Diseño Nuclear . 262 : 469–483. doi : 10.1016 / j.nucengdes.2013.05.019 .
  12. ↑ Luo, S, Zhou, T (2014). "Superiorización del algoritmo EM y su aplicación en tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT)". Problemas inversos e imágenes . 8 : 88–97. arXiv : 1209.6116 . doi : 10.3934 / ipi.2014.8.223 . S2CID 119657086 . 
  13. ^ "D. Boulfelfel, RM Rangayyan, LJ Hahn, R. Kloiber, restauración de imágenes de tomografía computarizada por emisión de fotón único" . Consultado el 10 de enero de 2016 .
  14. ^ Neumann DR, Obuchowski NA , Difilippo FP (2008). "SPECT y SPECT / CT de sustracción preoperatoria de 123I / 99mTc-sestamibi en hiperparatiroidismo primario" . J Nucl Med . 49 (12): 2012–7. doi : 10.2967 / jnumed.108.054858 . PMID 18997051 . 
  15. ^ Jennifer Prekeges. Instrumentación de Medicina Nuclear . Editores Jones & Bartlett. 2012. ISBN 1449645372 p.189 
  • Cerqueira MD, Jacobson AF (1989). "Evaluación de la viabilidad miocárdica con imágenes de SPECT y PET". Revista estadounidense de roentgenología . 153 (3): 477–483. doi : 10.2214 / ajr.153.3.477 . PMID  2669461 .

Otras lecturas

  • Bruyant, PP (2002). "Algoritmos de reconstrucción analíticos e iterativos en SPECT" . Revista de Medicina Nuclear 43 (10): 1343-1358.
  • Elhendy et al., "Imágenes de perfusión miocárdica por estrés con dobutamina en la enfermedad de las arterias coronarias" , J Nucl Med 2002 43: 1634-1646.
  • Frankle W. Gordon (2005). "Imagen de neurorreceptores en psiquiatría: teoría y aplicaciones". Revista Internacional de Neurobiología . 67 : 385–440. doi : 10.1016 / S0074-7742 (05) 67011-0 . ISBN 9780123668684. PMID  16291028 .
  • Herman, Gabor T. (2009). Fundamentos de la tomografía computarizada: reconstrucción de imágenes a partir de proyecciones (2ª ed.). Saltador. ISBN 978-1-85233-617-2.
  • Jones / Hogg / Seeram (2013). SPECT / TC práctica en Medicina Nuclear . ISBN 978-1447147022 . 
  • Willowson K, Bailey DL, Baldock C, 2008. "Reconstrucción cuantitativa de SPECT utilizando correcciones derivadas de CT". Phys. Medicina. Biol. 53 3099–3112.

enlaces externos

  • Human Health Campus, el sitio web oficial de la Agencia Internacional de Energía Atómica dedicado a los Profesionales en Medicina Radioterápica. Este sitio es administrado por la División de Salud Humana, Departamento de Ciencias y Aplicaciones Nucleares
  • Centro Nacional de Desarrollo de Isótopos Información de referencia sobre radioisótopos, incluidos los de SPECT; coordinación y gestión de la producción, disponibilidad y distribución de isótopos
  • Desarrollo y producción de isótopos para investigación y aplicaciones (IDPRA) Programa del Departamento de Energía de EE . UU. Para la investigación y el desarrollo de producción y producción de isótopos
Recursos de la biblioteca sobre
SPECT
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