Le modalità di medicina nucleare come la tomografia a emissione di positroni (PET) e la tomografia computerizzata a emissione di fotone singolo (SPECT) svolgono un ruolo fondamentale in molte aree dell'assistenza sanitaria, tra cui la diagnostica del cancro e l'imaging cardiaco, tra gli altri. Parallelamente, progetti di ricerca innovativi mirano a migliorare continuamente queste tecniche di imaging molecolare, riducendo al minimo la quantità di tracciante radioattivo necessaria, riducendo il tempo di imaging richiesto o migliorando la qualità dell'immagine. Al recente Riunione Annuale della Società di Medicina Nucleare e Imaging Molecolare (SNMI), i ricercatori hanno presentato gli ultimi progressi nella strumentazione PET e SPECT.
La PET senza CT riduce la dose di radiazioni
Gli scanner PET total-body con un lungo campo visivo assiale possono consentire scansioni PET a dosi estremamente basse. Ma la scansione TC eseguita parallelamente per ottenere mappe di attenuazione può fornire una notevole dose di radiazioni, annullando questi benefici a basse dosi. All'Assemblea Annuale SNMMI, Mohammadreza Teimorisichani di Siemens Medical Imaging ha presentato una tecnica di imaging PET completamente quantitativa che non richiede una scansione TC di accompagnamento e riduce drasticamente la quantità di radiazioni erogate al paziente. L'approccio potrebbe rivelarsi di particolare beneficio per i pazienti pediatrici e per coloro che richiedono scansioni multiple.
"La maggior parte dei moderni scanner PET utilizza scintillatori a base di lutezio per rilevare i fotoni gamma", spiega Teimoorisichani in un comunicato stampa. “Il lutezio nello scintillatore contiene una piccola quantità – meno del 3% – del radioisotopo 176Lu, che emette radiazioni di fondo durante la scansione. Nel nostro studio, abbiamo utilizzato questa radiazione di fondo come fonte di trasmissione per ricostruire simultaneamente mappe di attenuazione e immagini PET quantitative senza l'uso della TC".
I ricercatori hanno valutato la tecnica di ricostruzione proposta utilizzando i dati di una scansione clinica FDG-PET acquisita con uno scanner Siemens Biograph Vision Quadra PET/CT. Al paziente sono stati iniettati circa 170 MBq di 18F-FDG e scansionato 55 min dopo l'iniezione per una durata di 10 min. Utilizzando i fotoni gamma da 202 e 307 keV di 176Lu per ricostruire le mappe di attenuazione, hanno generato immagini PET utilizzando vari algoritmi di ricostruzione senza CT.
Il confronto dei risultati con le immagini PET/TC standard ha mostrato che i maggiori errori di quantificazione nelle mappe di attenuazione apparivano attorno al confine del paziente. Dei vari organi esaminati, il cervello presentava l'errore quantitativo maggiore (sottostima dell'attività del 15-21%). Tuttavia, le immagini PET ricostruite senza CT hanno mostrato errori quantitativi medi degli organi del 4.8% e del 10% per due tecniche di ricostruzione esaminate.
Oltre a ridurre la dose al paziente, il metodo proposto elimina anche la potenziale errata registrazione della mappa di attenuazione che può insorgere a causa del movimento del paziente tra le scansioni TC e PET. L'approccio potrebbe anche fornire una tecnica affidabile per la correzione dell'attenuazione negli scanner ibridi PET/RM.
"Questo studio è un passo importante verso l'imaging PET quantitativo pratico senza CT", osserva Teimoorisichani. “Oltre a ridurre l'esposizione alle radiazioni del paziente, una vera scansione PET quantitativa a basse dosi può avere un grande impatto sugli studi di ricerca che mirano a comprendere meglio la fisiologia umana a livello molecolare e sulla ricerca che coinvolge lo sviluppo di radiofarmaci. L'algoritmo è attualmente in fase di valutazione su un gran numero di pazienti per scoprirne tutte le potenzialità".
La SPECT auto-collimante offre immagini cardiache rapide
Un team Università di Tsinghua a Pechino ha progettato un sistema SPECT cardiaco che esegue scansioni da 10 a 100 volte più velocemente degli attuali dispositivi SPECT. Il nuovo sistema impiega rivelatori attivi in un'architettura multistrato che svolgono la doppia funzionalità di rilevamento e collimazione. Questo concetto di "auto-collimazione" migliora gli approcci SPECT convenzionali per offrire un tempo di scansione notevolmente ridotto, una migliore qualità dell'immagine, una maggiore produttività del paziente e una ridotta esposizione alle radiazioni per i pazienti.
«La SPECT è un importante strumento di imaging non invasivo per la diagnosi e la stratificazione del rischio dei pazienti con malattia coronarica», afferma Debin Zhang in un comunicato stampa. “Tuttavia, la SPECT convenzionale soffre di lunghi tempi di scansione e scarsa qualità dell'immagine a causa dell'affidamento a un collimatore meccanico. Il nuovo sistema SPECT è in grado di eseguire scansioni dinamiche a inquadratura rapida di alta qualità.”
La SPECT cardiaca auto-collimante è costituita da tre unità rivelatori trapezoidali identiche, unite per formare un mezzo esagono che racchiude un campo visivo sferico. Ciascuna unità rivelatore comprende una piastra di tungsteno interna contenente molte aperture, seguita da quattro strati rivelatori impilati, tre contenenti scintillatori disposti in modo sparso in uno schema a scacchiera e quello esterno contenente scintillatori fitti. Questi scintillatori svolgono la doppia funzione di rilevamento e collimazione dei fotoni.
I ricercatori hanno confrontato tre schemi di apertura nella piastra metallica (che fornisce anche parte della collimazione) e hanno scoperto che una distribuzione casuale di 140 aperture forniva migliori prestazioni segnale-rumore rispetto a 48 o 140 aperture in uno schema a griglia. Usando questa configurazione casuale, la SPECT cardiaca aveva una sensibilità media di 0.68 nel campo visivo.
Nelle scansioni dei fantocci, il sistema è stato in grado di separare aste da 4 mm in un fantoccio hot-rod ed è stato in grado di identificare un difetto in un fantoccio cardiaco in appena 2 secondi.
Il team conclude che il design del rilevatore proposto ha il potenziale per espandere le applicazioni cliniche della SPECT cardiaca dinamica, eliminando l'impatto del movimento respiratorio del paziente, aumentando la produttività del paziente, consentendo l'imaging a dosi ultra basse e quantificando con precisione il flusso sanguigno miocardico e la riserva di flusso coronarico.
