Imaging molecolare con radionuclidi: rivelatori ad alta
risoluzione nella diagnosi precoce e programmazione
terapeutica del cancro della mammella
- La Medicina moderna è sempre più Medicina molecolare
- Ruolo cruciale delle tecnologie avanzate di Imaging “in vivo”.
- Imaging con radionuclidi (Medicina Nucleare) sensibilita’ picomolare e
specificita’ (diagnosi di funzione, natura)
- Progressi derivano da Spin-off da ricerche di base
- L’ISS grande tradizione (collaborazone con INFN, DOE Johns Hopkins)
Progetto di Ricerca Finalizzata n. 4AG/F del Ministero
della Sanita’: Collaborazione tra ISS (Dipartiento TESA,
Reparto di Fisica e Tecnologie Nucleari per la Salute),
Dipartimento di Diagnostica per Immagini cella Universita’
di Tor Vergata – Roma e Istituto di Biostrutture e
Bioimmagini del CNR - Napoli
Il cancro della mammella e’ il tumore più diffuso nella
donna. La cura con successo è legata alla diagnosi precoce,
quindi alla rivelazione di tumori piccoli (< 10 mm,
possibilmente ≤ 5 mm). Tale rivelazione rende, infatti,
possibili interventi terapeutici presumibilmente in assenza di
metastasi. La tecnica di diagnosi più utilizzata è la
mammografia a raggi X, molto sensibile ma non specifica,
che non fornisce quindi, in pratica, informazioni sulla natura
delle lesioni
Il dispositivo progettato costruito e provato con trial clinici è atto
alla diagnosi precoce del cancro della mammella mediante la
tecnica di imaging molecolare con radionuclidi. Tumori più grandi di
10 mm sono rivelabili con gamma camere standard normalmente in
dotazione nei reparti di Medicina Nucleare.
Per la diagnosi di tumori più piccoli, minori di 10 mm,
possibilmente ~ 5 mm e’ necessario progettare rivelatori dedicati
ad alta risoluzione spaziale, buona efficienza e campo di vista
(Field Of View (FOV)) adeguato
La mammografia a
raggi X-e’ molto
sensibile ma non
specifica, non
fornisce cioe’
informazioni sulla
natura della lesione
(e’ o non e’ lesione
cancerosa)
Principale tumore delle donne
Mechanism
-valore “predittivo: 15-30%
nei casi dubbi da mammografia
si eseguono biopsie (invasive
ansiogene, costose e non esenti
da errore
Inoltre
non funziona bene per
tessuto mammario
denso. per mnammelle
con protesi o trattate
chirurgicamente
Sono quindi necessarie anche
altre tecniche.
L’ imaging con radionculidi ha un
ruolo cruciale. Le tecniche
multimodali ((ecografiascintigrafia, scintigrafia-MRI
(risonanza) sono “il futuro”)
Evoluzione del cancro della mammella
Diametro
1 mm.
7mm.
15 mm.
Fase preclinica
Prevenzione primaria
Diagnosi precoce
Chemioprevenzione
Fase clinica
Terapia
Si devono quindi rivelare tumori in fase preclinica !! (< 10 mm,
~ 5-mm)
CSPO- 2001
La tecnica “Single Photon”
4.Elettronica di Lettura
Amplifica e campiona i
segnali elettrici e li passa
al computer
1.Collimatore
Solo
i
gamma
perpendicolari al piano
vengono
Paziente iniettato con dell’immagine
raccolti
radiofarmaco,
2.Scintillatore
localizzato secondo le
5.Procedura di
sue proprieta’
Converte i gamma ricostruzione
metaboliche (tracciante) in luce
Elabora i segnali
Raggi gamma escono dal
tramite computer
paziente e possono
3.Fotosensore
e
produce
essere rivelati e usati
Converte
la
luce
in
l’immagine
per riprodurre immagini
segnale elettrico
Scintimammografia
La risoluzione spaziale
peggiora con la distanza e
gli apparecchi standard non
possono essere avvicinati
all’organo
Tumori palpabili
Tumori non palpabili
Distanza irriducibile
Necessari rivelatori dedicati ad alta risoluzione
Alta risoluzione spaziale,
alta sensibilita’, buona
risoluzione energetica
Prestazioni intrinseche Risoluzione spaziale Importanza della identificazione dei pixel
Caratteristica “unica” del
nostro rivelatore
Si e costruito un rivelatore con il
piu’ elevato numero di pixel per
unita’ di area esistente’: 1.2 mm
“pitch”.
Questo e’ possibile grazie ad una
elettronica in grado acquisire i
segnali di tutti i canali in modo
indipendente (fino a 4096 canali a
20 kHz). I rivelatori in uso nei
reparti di Medicina Nucleare,
usano 4 canali/rivelatore
Una buona identificazione dei pixel e’ fondamentale per una corretta digitalizzazione, influenzando la risoluzione
spaziale e quindi il contrasto
C8 strips
M64 (2 x 2) mm2
RIVELATORI UTILIZZATI PER COSTRUIRE LO SCINTIMAMMOGRAFO
Risoluzione
Risoluzione
spaziale
spaziale e
e linearità
linearità
 numero di p.e.
distribuzione di
luce
 campionamento
della luce
• spessore dello scintillatore
• granularità
CsI(Tl) 0.4 -1.0 mm pitch
MCP (Burle)
1.5x1.5 mm2
LaBr3
Lettura individuale di
tutti i canali importante
ma
elettronica più complessa
ALCUNI RISULTATI DI PROVE CLINICHE DELLO SCINTIMAMMOGRAFO
Rx
Scintimammo
T1
NMR T2 STIR
Caso 1
Rx
Caso 2
Scintimammo
L’esame
scintimammografico
risulta negativo
Alcuni risultati da trias clinici con “rivelatore singolo”: Caso 1: donna operata risultati dubbi
(recidiva, residuo da operazione?), da mammografia si sono rivelati “negativi” con mammoscintigrafia,
risonanza, ecografia e biopsia. Caso 2: mammografia “dubbia” (microcalcificazioni) risultati diversi da
risonanza ed ecografia, negativi da mammoscinigrafia e biopsia.
Caso 3.
Caso dubbio da mammografia:
tumore (< 10 mm) da
mammoscintigrafia e biopsia
Evoluzione del progetto
Costruzione di un rivelatore “dual” con proposta di uso di tecnica “originale”
per scintigrafia: la tecnica di “spot compression” consente di avvicinare il
rivelatore alla lesione con vantaggi rilevanti in termini di efficienza (sensibilita’)
e risoluzione spaziale e quindi di Signal to Noise Ratio (SNR) e cioe’ di
rivelabilita’ del tumore. L’SNR e’ ulteriormente migliorato mediante l’uso di
modalita’ particolari e tecniche di collimazione del tipo pinhole e (possibilmente)
multipinhole che consentono di aumentare l’efficienza di rivelazione
Italian Patent Pending No. RM2008A000541
Le caratteristiche del sistema e le modalita’ operative proposte consentono di migliorare
le capacita’ diagnostiche anche in casi particolarmente difficili (tumori vicini al torace e)
quindi in condizioni di fondo di notevole entita’
Vantaggi della
“spot compression”
in modalita’ duale:
Miglior risoluzione
spaziale,
miglior sensibilita’
Migliore rivelabilita’ per
tumori piccoli