• SPECT
• PET

SPECT

Tracciante radioattivo SPECT
La SPECT impiega traccianti radioattivi ottenuti marcando con radionuclidi emettitori di radiazioni gamma molecole sintetizzate in modo da “tracciare” (seguire) processi biochimici e fisiologici nell’organismo. La misura della distribuzione del radiotracciante nell’organismo, in accordo al processo biochimico o fisiologico in studio, fornisce informazioni sulla funzionalità regionale dell’organo in esame e dipendentemente dal radiotracciante utilizzato, si possono ottenere immagini rappresentative di funzioni diverse. I radionuclidi più comunemente usati in SPECT sono riportati in Tabella 1 con il loro tempo di dimezzamento T_1/2 (ovvero il tempo necessario perche’, dato un campione radioattivo, la sua radioattività si riduca di un fattore 2).

Tabella 1 - Radionuclidi SPECT

Radionuclide	T1/2 (h)
99mTc	6
123I	13
201Tl	67

Alcuni radiotraccianti usati in SPECT e le funzioni che possono essere studiate con questa metodica sono mostrati in Tabella 2.

Tabella 2 - Radiotraccianti SPECT

Radiotracciante	Funzione
99mTc-ECD; 99mTc-IMP	Perfusione cerebrale
99mTc-MIBI	Perfusione miocardica
123I-b cit; 123I-IBZM	Sistemi di neurotrasmissione

Rivelazione delle radiazioni e tomografi SPECT
In un tomografo SPECT, il sistema di rivelazione è costituito da una gamma camera rotante rotante intorno al paziente per registrare le radiazioni in molteplici posizioni angolari (Figura 1 e 2). Una gamma camera è un rivelatore di radiazioni di grandi dimensioni (es. 40x60 cm), che assorbe l’energia trasportata dalle radiazioni gamma e la trasforma in impulsi elettrici. Ogni volta che la gamma camera rivela una radiazione viene prodotto un impulso. Gli impulsi vengono digitalizzati e tutte le informazioni vengono pertanto registrate da un calcolatore elettronico. Per ogni posizione angolare della gamma camera durante l’esecuzione dell’esame SPECT, la rivelazione di un numero elevato di radiazioni durante l’esecuzione dell’esame SPECT e il riconoscimento del punto di rivelazione nella gamma camera rispetto al punto da cui le radiazioni sono state emesse dal corpo del paziente porta alla formazione di una immagine di distribuzione del tracciante radioattivo (immagine scintigrafica). Le immagini scintigrafiche non sono tuttavia immagini tomografiche (immagini di sezioni corporee), in quanto sono ottenute registrando le radiazioni emesse dal corpo del paziente, senza informazioni sulla profondità del punto da cui sono state emesse. Per ottenere immagini tomografiche, in un esame SPECT, la gamma camera ruota intorno al paziente producendo molteplici immagini scintigrafiche a diverse posizioni angolari. Queste immagini vengono elaborate da complessi algoritmi di ricostruzione, che forniscono nuove immagini di distribuzione del radiotracciante, questa volta di sezioni corporee (figura 2). Per rendere il sistema di rivelazione più efficiente e ridurre i tempi di esecuzione dell’esame, esistono tomografi SPECT a testa multipla, ovvero costituiti da 2 o 3 gamma camere rotanti, che rivelano simultaneamente la radioattività in diverse posizioni angolari. La risoluzione spaziale (capacità di distinguere strutture di piccole dimensioni e/o vicine tra loro) in SPECT è inferiore a quella PET (7-8 mm in SPECT e 4-5 mm in PET). Questo aspetto e il carattere non fisiologico dei traccianti rendono l’imaging SPECT qualitativamente inferiore a quello PET. Tuttavia i costi più contenuti e lo sviluppo di nuovi radiotraccianti hanno portato a una grande diffusione delle metodica SPECT con rilevanti applicazioni cliniche.



Figura 1.
Tomografo SPECT a Gamma Camera rotante



Figura 2.
Schema di formazione di immagini SPECT

PET

Tracciante radioattivo PET
La PET impiega traccianti radioattivi ottenuti marcando molecole normalmente presenti nei tessuti biologici (quali zuccheri, amminoacidi, l’acqua e le molecole gassose in aria) con radionuclidi emettitori positroni b+ (particelle con la stessa massa degli elettroni, ma con carica elettrica positiva). I radionuclidi più comunemente usati in PET sono riportati in Tabella 1 con il loro tempo di dimezzamento T_1/2 (tempo necessario, perchè, dato un campione radioattivo, la sua radioattività si dimezzi).

Tabella 1 - Radionuclidi PET

Radionuclide	T1/2 (min)
11C	20
13N	10
15O	2
18F	109

I radionuclidi usati in PET hanno due caratteristiche importanti:

1. hanno un tempo di dimezzamento breve (dell’ordine dei minuti);
2. sono isotopi di elementi principali costituenti la materia biologica.

Il breve tempo di dimezzamento comporta la necessità di disporre di un ciclotrone, acceleratore di particelle impiegato per la produzione dei radionuclidi PET, nelle strette vicinanze del centro PET. La complessità e i costi della strumentazione sono stati la principale causa della ridotta diffusione che la metodica PET avuto per parecchi anni dopo la sua introduzione negli anni ’70. Tuttavia, il crescente interesse per le applicazioni cliniche e di ricerca della PET, in particolare in ambito oncologico, ha portato in questi anni a un significativo aumento delle installazioni PET in Italia e nel mondo.
Per un elenco dei centri PET attualmente (ottobre 2004) presenti in Italia clicca qui.

Il problema della disponibilità dei radionuclidi, è oggi parzialmente risolto, per quanto riguarda il ¹⁸F (T_1/2 = 109 min) mediante l'organizzazione di reti di distribuzione sul territorio.
La seconda caratteristica dei radionuclidi usati in PET riguarda la loro natura “fisiologica”: i nuclei radioattivi di C, N, O, F (che è chimicamente sostituibile all’idrogeno H), essendo, come detto, isotopi di elementi principali costituenti la materia biologica, possono essere legati a molecole fisiologiche per formare traccianti radioattivi che, una volta somministrati, si comportano nell’organismo in modo uguale ai loro analoghi non radioattivi. Le immagini PET di distribuzione di un tracciante radioattivo, riflettono quindi il processo biochimico o fisiologico al quale partecipa il tracciante stesso. A titolo di esempio, il ¹⁸F-Fluorodeossiglucosio (¹⁸F-FDG), che è il tracciante più largamente usato in PET, è un analogo del glucosio e permette di studiare il metabolismo regionale di glucosio nell’organismo. In Tabella 2 sono riportati alcuni dei traccianti radioattivi PET e le funzioni che essi consentono di studiare.

Tabella 2 - Radiotraccianti PET

Radiotracciante	Funzione
18F-FDG	Metabolismo del glucosio
18FESP	D2 e antagonista del recettore 5-HT2
15O-H2O	Perfusione cerebrale Studi attivazione funzionale
11C-AMMONIA	Perfusione miocardica
11C-FLUMAZENILE	Antagonista del recettore della benzodiazepina
11C-RACLOPRIDE	Antagonista del recettore della dopamina D2
11C-FE-bCIT	Inibitore del recupero della dopamina
11C-METILCOLINA	Cancro alla prostata
11C-FLUVOXAMINA	Inibitore del recupero della serotonina
11C-PALMITATO	Metabolismo degli acidi grassi

Rivelazione delle radiazioni e tomografi PET

Un positrone emesso per il decadimento di un nucleo radioattivo presente nell’organismo dopo la somministrazione del radiotracciante, percorre una breve distanza (dell’ordine di frazioni di mm) e, dopo aver cedutoin interazioni successive tutta la sua energia, incontra un elettrone della materia. L’interazione tra un elettrone e un positrone dà luogo ad un evento, noto come evento di annichilazione, in cui le masse del positrone e dell’elettrone scompaiono per generare due radiazioni elettromagnetiche emesse a 180° l’una rispetto all’altra con energia pari a 511keV ciascuna (Figura 1). Un tomografo PET consiste di norma di una serie di anelli di rivelatori (di dimensioni dell’ordine di pochi mm ciascuno), che consentono di rivelare (con tecnica di rivelazione in coincidenza) le radiazioni elettromagnetiche generate negli eventi di annichilazione nella porzione di corpo del paziente posizionata nel campo di vista del tomografo (Figura 3). La rivelazione delle radiazioni nel tomografo PET dà quindi luogo ad impulsi elettrici che, opportunamente processati, digitalizzati e registrati su computer, rappresentano il “campionamento” spaziale di radioattività nel corpo del paziente. I dati di campionamento vengono elaborati mediante complessi algoritmi di ricostruzione tomografica per la formazione di immagini di distribuzione del tracciante radioattivo in sezioni dell’organismo. Strumentazione sempre più sofisticata ha portato ad ottenere immagini PET di alta qualità, con una risoluzione spaziale (capacità di distinguere strutture di piccole dimensioni e/o vicine tra loro) dell’ordine di 4-5 mm. In Figura 4 è mostrato uno studio cerebrale di metabolismo di glucosio con ¹⁸F-FDG in un soggetto normale.

Figura 1. Il fenomeno di annichilazione

Figura 2. Rivelazione delle radiazioni

Figura 3.
Il tomografo PET




Figura 4.
Studio PET con ¹⁸F-FDG in un soggetto normale.
Le immagini rappresentano il consumo regionale di glucosio

Tomografi PET/TC

Le immagini PET, che descrivono come detto processi biochimici e fisiologici, sono spesso povere di riferimenti anatomici e questo rende difficile la loro interpretazione. In Figura 5 è mostrata a titolo di esempio un’immagine PET con ¹⁸F-FDG in un paziente con metastasi ossea a seguito di una neoplasia polmonare. La lesione è evidente come regione di iper-accumulo del radiotracciante, ma per la sua localizzazione anatomica è necessario sovrapporre lo studio PET ad uno studio morfologico TC o RM, opportunamente allineato spazialmente. La sovrapposizione dell’immagine PET alla corrispondente immagine TC permette di localizzare anatomicamente la lesione funzionale.

Figura 5.
Studio PET/TC in un paziente oncologico

La necessità di disporre di un primo studio funzionale PET e un secondo studio anatomico TC, in particolare nelle applicazioni oncologiche, ha portato allo sviluppo di sistemi integrati PET/TC, in cui un tomografo PET e un tomografo TC sono accostati in un unico sistema di rilevazione. Il paziente, senza muoversi dal lettino, viene sottoposto alle due indagini in una unica sessione di esame e le corrispondenti immagini PET e TC, spazialmente allineate, possono essere direttamente sovrapposte e usate in modo sinergico ai fini di una diagnosi integrata.

Figura 6.
Schema di acquisizione di una PET/TC


Figura 7.
Sistema PET/TC