MEDICINA NUCLEARE Campi applicativi: • Acquisizione generalmente non invasiva di dati fisiopatologici (morfo-funzionali) a scopo diagnostico; • dosaggi radio-immunologici in vitro; • possibilità di effettuare la misura della radioattività di campioni biologici prelevati dopo somministrazione di una sostanza radioattiva; • realizzazione di un effetto radiobiologico selettivo terapeutico su organi o tessuti (RT metabolica); • valutazione della densitometria ossea. Diagnostica tradizionale, ecografia, TC e RM: Sorgente di radiazioni → paziente → immagine IMAGING TRASMISSIVO Medicina Nucleare: Paziente sorgente di radiazioni → strumentazione → IMAGING EMISSIVO immagine Caratteristiche delle indagini scintigrafiche: • significato funzionale dell’esame; • precocità diagnostica. • Scarsa invasività MEDICINA NUCLEARE Utilizza radiofarmaci che sono farmaci legati a radionuclidi, prevalentemente ottenuti artificialmente, in forma non sigillata I radiofarmaci devono rispettare tutte le normative della farmacopea ufficiale. Proprietà di tutti i radiofarmaci iniettabili: • Sterili e apirogeni • Isotonici e con pH fisiologico • Con dose di radioattività misurata L’unità di misura della dose è il Becquerel con i suoi multipli (MegaBecquerel-MBq)in sostituzione dei sottomultipli del Curie (milliCurie – mCi). 1 Becquerel è l’attività di un radionuclide che presenta una disintegrazione al secondo. 1 Ci = 3,7 x 1010 disintegrazioni al secondo. 1 mCi = 37 MBq Per marcatura di un composto si intende la combinazione di un elemento radioattivo con un altro stabile che ha funzione di veicolo-vettore. CARATTERISTICHE DEI RADIONUCLIDI IMPIEGATI IN MEDICINA NUCLEARE: Tempo di dimezzamento: tempo necessario perché il numero dei nuclei radioattivi presenti si riduca a metà. Si esprime anche come Emivita fisica: TF. Emivita biologica: TB: tempo richiesto per eliminare dal corpo metà della dose somministrata. Emivita effettiva: TE: tempo necessario perché la radioattività di una determinata sostanza somministrata si riduca al 50% del suo valore iniziale per l’effetto combinato dei due tipi di decadimento. Tipo di emissione: Nella scelta di un radiofarmaco, la principale caratteristica è che sia un gamma emittente puro. Gli altri tipi di radiazioni non penetranti come le particelle alfa e beta sono inadatte per due ragioni: 1) alto LET (la frazione di energia depositata per cm è molto alta). Ciò comporta un assorbimento significativo di dose per il paziente. 2) Le poche particelle che emergono dal corpo del paziente non possono penetrare il cristallo e non danno nessun contributo all’immagine TIPI DI DECADIMENTO RADIOATTIVO: Decadimento alfa Decadimento beta Decadimento per emissione di positroni Cattura elettronica Transizione isomerica EMISSIONE DI RADIAZIONI GAMMA Proprietà del radiofarmaco ideale: 1. Gamma emittente puro; 2. Range di energia > 100 < 250 keV; 3. Emivita effettiva = 1,5 volte la durata dell’esame; 4. Alto rapporto tra marcato/non marcato; 5. Minima dose al paziente e al personale operativo; 6. Sicurezza del paziente; 7. Reattività chimica; 8. Costo non elevato e prontamente disponibile; 9. Semplicità nella preparazione e nel controllo di qualità; VIE DI SOMMINISTRAZIONE DEI RADIOFARMACI: • endovenosa (la maggior parte degli esami); • per os; • sottocutanea o interstiziale (per lo studio delle strutture linfatiche); • respiratoria (per lo studio della ventilazione polmonare mediante radiogas) GENERATORI Un generatore è un sistema che contiene una miscela di due radionuclidi in equilibrio; uno è l’elemento progenitore, l’altro l’elemento figlio. L’elemento figlio può essere raccolto separatamente in particolari contenitori. La principale utilità è di produrre certi radionuclidi in sede, in quanto data la loro breve emivita, non possono essere spediti. L’emivita più lunga del progenitore permette di superare questo problema. • Generatori di radionuclidi Comprendono 68Ga, 81mKr, 82Rb, 99mTc e 113mIn. Di particolare importanza è il 99mTc che è il radiofarmaco ideale a scopo diagnostico per la sua energia, emivita fisica e la capacità di legarsi a numerosi composti. Il tecnezio rappresenta più del 90% dei radionuclidi impiegati in diagnostica medico-nucleare. CARATTERISTICHE DEL 99MTC: • può essere somministrato in elevata quantità (370-740 Mbq; • emivita fisica di 6 ore; • bassi livelli di dose al paziente; • assenza di emissioni corpuscolari; • stabilità in diverse forme chimiche TERMINOLOGIA MEDICO-NUCLEARE TRACCIANTE RADIOATTIVO: E’ un radionuclide o un radiocomposto che, introdotto in quantità infinitesimali in un sistema biologico, si mescola rapidamente e uniformemente con i costituenti di questo e, pur essendo sempre identificabile e differenziabile da essi, ne riproduce il comportamento, senza influenzarlo. Un tracciante solitamente partecipa a un numero limitato di tappe della sostanza biologica. Traccianti omogenei Traccianti a equivalenza eterogenea Indicatori: traccianti a tropismo d’organo Area fredda: assenza del radiofarmaco a livello della lesione patologica. Normale distribuzione nel tessuto sano. Area calda: aumento della captazione del radiofarmaco a livello del focolaio patologico. Metastasi unica a carico di L2 da ca della mammella Ampia area fredda a carico del lobo sinistro tiroideo. Strumentazione in Medicina Nucleare Gamma camera (tecnica planare e tomografica): • a testata singola; • a due testate; • a tre testate; Tomografia per emissione di fotone singolo (SPET) Tomografia per emissione di positroni (PET) COMPONENTE ESSENZIALE DEL SISTEMA DI RILEVAZIONE E ACQUISIZIONE DEI DATI E’ IL SISTEMA DI ELABORAZIONE. Le apparecchiature attuali sono di tipo digitale. LA GAMMA CAMERA E’ UN’APPARECCHIATURA DI MEDICINA NUCLEARE CHE FORNISCE IMMAGINI SCINTIGRAFICHE STATICHE O DINAMICHE (TOMOGRAFICHE → SPECT), MEDIANTE L’ACQUISIZIONE DELLA DISTRIBUZIONE DI FOTONI EMESSI DAL PAZIENTE AL QUALE E’ STATO SOMMINISTRATO UN FARMACO MARCATO CON UN RADIONUCLIDE. DIVERSAMENTE DALLE APPARECCHIATURE RADIOLOGICHE TRADIZIONALI, LA GAMMA CAMERA NON EMETTE RADIAZIONI MA SI LIMITA A RILEVARE QUELLE EMESSE DAL PAZIENTE. Componenti di una gamma camera: • Collimatore • Rivelatore • Fotomoltiplicatori • Guida di luce COLLIMATORI: • basse energie 70 - 160 kev (99mTc, 201Tl, 123I) • medie “ 175 - 245 kev (111In, 67Ga) • alte “ > 245 kev (131I) • paralleli • convergenti • divergenti/ • pin-hole • c. con fascio a ventaglio (fan beam) (maggiore risoluzione spaziale) CRISTALLI • di forma circolare di diametro di 38-40 cm • di forma rettangolare di grandi dimensioni fino a 40 x 50 cm • spessore: 9,5 mm Gamma camera a testata singola. Gamma camera a due testate. Gamma camera a due testate angolate a 90°. Gamma camera a tre testate. Gammacamera: sistema di posizionamentote • Lettino porta paziente: - basso coefficiente di attenuazione - gradi di liberta’ di movimentazione - posizionamento semiautomatico • Stativo di posizionamento del rivelatore: necessita’ di proiezione da angoli differenti - minimizzazione della distanza paziente-collimatore Immagini planari Contributi dell’attivita’ sopra e sotto il piano rappresentato Limite intrinseco dell’imaging planare Caratteristiche dei sistemi SPECT Numero e geometria delle testate Immagini tomografiche: SPECT COMPONENTI DEL TOMOGRAFO PET Il tomografo PET è costituito da: cristalli scintillatori NaI(Tl) BGO LSO GSO fotomoltiplicatori elettronica per collimazione temporale e selezione di eventi CARATTERISTICHE DEI RIVELATORI Diversi tipi di cristalli usati in PET NaI(Tl) BGO ( germanato ossido di bismuto - Bi4Ge3O12) LSO (ortosilicato di lutezio - Lu2SiO5(Ce)) deriva da una terra rara presenta non trascurabili tracce di radiazione naturale alto fondo con aumento coincidenze casuali GSO (Ortosilicato di gadolinio Gd2SiO2(Ce)) Caratteristiche della radiazione ‘utilizzata’ •Il tracciante radioattivo iniettato nel paziente emette β+ (Positroni) •I positroni sono elettroni carichi positivamente, emessi da nuclei instabili caratterizzati da un eccesso di protoni • p n + β+ + ν INTERAZIONE β+ CON LA MATERIA Il positrone si annichila con un elettrone e sono generati simultaneamente due fotoni di 511 KeV Caratteristiche dei radionuclidi positroneemittenti Tempo di Energia dimezzamento massima (media) minuti keV 11C 20.4 970 (390) 13N 9.96 1190 (490) 15 O 2.07 1720 (740) 18F 110 635 (250) 82Rb 1.25 3356 (1532) Radionuclide Il radiofarmaco più utilizzato è….. FDG (2-DEOSSI-2-[18F]FLUORO-D-GLUCOSIO) Il fluorodesossiglucosio è un indicatore indiretto della proliferazione cellulare. Analogo del glucosio; Iniettato, viene fosforilato a FDG-6P; Non può essere metabolizzato; Rimane intrappolato a livello cellulare. Indicatore della proliferazione cellulare RIVELAZIONE DI ANNICHILAZIONE IN COINCIDENZA (ADC) Avviene in una finestra temporale Δt (alcuni nanosecondi) Presenza di collimazione di tipo elettronico alta sensibilità Assenza di collimazione con materiale attenuante bassa sensibilità APPARECCHIATURA IBRIDA PET-TC Vantaggi del sistema TC-PET - Unica sessione di esame senza spostamento del paziente; allineamento del paziente - Scan trasmissivo a basso rumore statistico Emissione a 511 keV del 18F non influenza dati TC Definizione del volume di acquisizione PET dallo scout Velocità di esecuzione dell'esame Sovrapposizione di immagini F I N E