Tomografia por emissão de pósitrons

Radionuclídeos e radiotracersEdit

os Radionuclídeos usados em PET digitalização normalmente são isótopos com meia-vida curta, como o carbono-11 (~20 min), nitrogênio-13 (~10 min), oxigênio-15 (~2 min), flúor-18 (~110 min), gálio-68 (~67 min), de zircónio-89 (~78.41 horas), ou rubídio-82(~1.27 min). Estes radionuclídeos são incorporados em compostos normalmente utilizados pelo organismo, tais como glucose (ou análogos de glucose), água ou amoníaco, ou em moléculas que se ligam a receptores ou outros locais de Acção do fármaco. Esses compostos rotulados são conhecidos como Radio-localizadores. A tecnologia PET pode ser usada para rastrear a via biológica de qualquer composto em seres humanos vivos (e muitas outras espécies também), desde que possa ser marcado radioactivamente com um isótopo PET. Assim, os processos específicos que podem ser sondados com PET são virtualmente ilimitados, e os radiotransmissores para novas moléculas e processos alvo continuam a ser sintetizados; a partir desta escrita já existem dezenas em uso clínico e centenas aplicadas em pesquisa. Em 2020, o radiotransmissor mais usado na varredura de animais de estimação clínicos é 18F-FDG, FDG um análogo de glicose que é rotulado com flúor-18. Este radiotransmissor é usado essencialmente em todos os scanners para oncologia e na maioria dos scanners em neurologia, e, portanto, constitui a grande maioria do radiotransmissor (>95%) usado em PET e PET-CT scanning.

devido às curtas semi-vidas da maioria dos radioisótopos emissores de positrões, os radiotransmissores têm sido tradicionalmente produzidos usando um ciclotrão na proximidade da instalação de imagem PET. A semi-vida do flúor-18 é longa o suficiente para que os radiotransmissores rotulados com flúor-18 possam ser fabricados comercialmente em locais exteriores e enviados para centros de imagem. Recentemente, os geradores rubidium-82 tornaram-se comercialmente disponíveis. Estes contêm estrôncio-82, que decai por captura eletrônica para produzir rubídio emissor de positrões-82.

Imuno-PETEdit

o isótopo 89Zr foi aplicado ao rastreio e quantificação de anticorpos moleculares com Câmaras de tomografia de emissão positrão (PET) (um método chamado “imuno-PET”). O método utiliza um succinylated derivados de desferrioxamine B (N-sucDf) como um bifuncional quelato,

EmissionEdit

Para realizar a digitalização, a uma curta duração traçador radioativo do isótopo é injetado na vida do sujeito (geralmente em circulação do sangue). Cada átomo marcador foi quimicamente incorporado numa molécula biologicamente activa. Há um período de espera enquanto a molécula ativa se concentra em tecidos de interesse; em seguida, o sujeito é colocado no scanner de imagem. A molécula mais comumente usada para este propósito é a fluorodeoxiglicose F-18 rotulado (FDG), um açúcar, para o qual o período de espera é tipicamente uma hora. Durante o exame, é feito um registo da concentração tecidular à medida que o marcador decai.

As the radioisotope undergoes positron emission decay( also known as positive beta decay), it emits a positron, an antiparticle of the electron with opposite charge. O pósitron emitido viaja no tecido por uma curta distância (normalmente inferior a 1 mm, mas dependente do isótopo), durante o qual perde energia cinética, até desacelerar para um ponto onde pode interagir com um elétron. O encontro aniquila tanto elétrons quanto pósitrons, produzindo um par de fótons de aniquilação (gama) movendo-se em direções aproximadamente opostas. Estes são detectados quando atingem um cintilador no dispositivo de varredura, criando uma explosão de luz que é detectada por tubos fotomultiplicadores ou fotodiodos de avalanche de silício (Si APD). A técnica depende da detecção simultânea ou coincidente do par de fótons movendo-se em direções aproximadamente opostas (eles seriam exatamente opostos em seu centro de moldura de massa, mas o scanner não tem como saber isso, e assim tem uma tolerância de erro de direção embutida-em leve direção -). Fótons que não chegam em “pares” temporais (ou seja, dentro de uma janela de tempo de alguns nanossegundos) são ignorados.

Localização da aniquilação de pósitrons eventEdit

mais significativa fração de elétrons–pósitrons annihilations resulta em dois 511 keV gama fótons emitidos em quase 180 graus um do outro; por isso, é possível localizar a sua origem ao longo de uma linha reta de coincidência (também chamado de linha de resposta, ou LOR). Na prática, a LOR tem uma largura não-zero, uma vez que os fótons emitidos não estão exatamente 180 graus separados. Se o tempo de resolução dos detectores for inferior a 500 picosegundos em vez de cerca de 10 nanosegundos, é possível localizar o evento para um segmento de um acorde, cujo comprimento é determinado pela resolução de tempo do detector. À medida que a resolução de tempo melhora, a relação sinal-ruído (SNR) da imagem vai melhorar, exigindo menos eventos para alcançar a mesma qualidade de imagem. Esta tecnologia ainda não é comum, mas está disponível em alguns novos sistemas.

Imagem reconstructionEdit

Os dados brutos coletados por um animal de ESTIMAÇÃO scanner está uma lista de ” coincidência de eventos que representam perto de detecção simultânea (geralmente, dentro de uma janela de 6 a 12 nanossegundos do outro) de fótons de aniquilação por um par de detectores. Cada evento de coincidência representa uma linha no espaço conectando os dois detectores ao longo dos quais a emissão de positrões ocorreu (isto é, a linha de resposta (LOR)).Técnicas analíticas, como a reconstrução da tomografia computadorizada (CT) e dados da tomografia computadorizada de emissão de fótons únicos (SPECT), são comumente usadas, embora o conjunto de dados coletados em PET seja muito mais pobre do que a CT, então as técnicas de reconstrução são mais difíceis. Eventos de coincidência podem ser agrupados em imagens de projeção, chamados sinogramas. Os sinogramas são ordenados pelo ângulo de cada visão e inclinação (para imagens 3D). As imagens do sinograma são análogas às projeções capturadas por scanners de tomografia computadorizada (CT), e podem ser reconstruídas de forma semelhante. As estatísticas dos dados assim obtidos são muito piores do que as obtidas através da tomografia de transmissão. Um conjunto normal de dados PET tem milhões de contagens para toda a aquisição, enquanto a TC pode chegar a alguns bilhões de contagens. Isto contribui para que as imagens PET apareçam “mais ruidosas” do que a CT. Duas principais fontes de ruído no PET são de dispersão (detectado um par de fótons, pelo menos, um dos quais foi desviada do seu caminho original, por interação com a matéria no campo de visão, levando a par de serem atribuídos a um incorrecto LOR) e eventos aleatórios (fótons provenientes de dois diferentes eventos de aniquilação, mas incorrectamente registados como uma coincidência do par, pois a sua chegada, em seus respectivos detectores ocorreu dentro de uma coincidência janela de tempo).

na prática, é necessário um pré—tratamento considerável dos dados—correcção em caso de coincidências aleatórias, estimativa e subtracção de fótons dispersos, correcção de tempo-morto do detector (após a detecção de um fóton, o detector deve “arrefecer” novamente) e correcção de sensibilidade do detector (tanto para a sensibilidade inerente ao detector como para as alterações de sensibilidade devidas ao ângulo de incidência).

a retro-projecção filtrada (FBP) tem sido frequentemente utilizada para reconstruir imagens a partir das projecções. Este algoritmo tem a vantagem de ser simples enquanto tem um baixo requisito para recursos de computação. As desvantagens são que o ruído de tiro nos dados brutos é proeminente nas imagens reconstruídas, e áreas de alta captação de tracer tendem a formar riscas através da imagem. Além disso, o FBP trata os dados deterministicamente—não contabiliza a aleatoriedade inerente associada aos dados PET, exigindo assim todas as correções pré-reconstrução descritas acima.Métodos estatísticos baseados na probabilidade:Algoritmos de maximização de expectativa iterativa baseados em probabilidade estatística, como o algoritmo de Shepp-Vardi são agora o método preferido de reconstrução. Estes algoritmos calculam uma estimativa da provável distribuição de eventos de aniquilação que levaram aos dados medidos, com base em princípios estatísticos. A vantagem é um melhor perfil de ruído e resistência aos artefatos streak comum com o FBP, mas a desvantagem é os requisitos de recursos de computador mais elevados. Uma outra vantagem das técnicas estatísticas de reconstrução de imagens é que os efeitos físicos que precisariam ser pré-corrigidos ao usar um algoritmo de reconstrução analítica, como fótons dispersos, coincidências aleatórias, atenuação e tempo-morto detector, podem ser incorporados no modelo de probabilidade que está sendo usado na reconstrução, permitindo uma redução adicional de ruído. A reconstrução iterativa também mostrou resultar em melhorias na resolução das imagens reconstruídas, uma vez que modelos mais sofisticados da física de scanner podem ser incorporados no modelo de probabilidade do que os utilizados pelos métodos de reconstrução analítica, permitindo uma melhor quantificação da distribuição de radioatividade.

Research has shown that Bayesian methods that involve a Poisson probability function and an appropriate prior probability (e.g., uma suavização antes, levando a variação total regularização ou um Laplaciano de distribuição, levando a ℓ 1 {\displaystyle \ell _{1}} base de regularização em uma wavelet ou outro domínio), como através de Ulf Grenander da Peneira ou através do estimador de Bayes pena de métodos ou através de I. J. Good rugosidade método pode produzir um desempenho superior à expectativa de maximização baseado em métodos que envolvem um de Poisson probabilidade de função, mas não envolvem uma prévia.Correcção de atenuação: a imagiologia quantitativa de PET requer correcção de atenuação. Nestes sistemas, a correção da atenuação é baseada em uma varredura de transmissão usando a fonte de haste rotativa 68Ge.

os varredores de transmissão medem directamente os valores de atenuação a 511keV. A atenuação ocorre quando os fótons emitidos pelo radiotransmissor no interior do corpo são absorvidos pelo tecido intermediário entre o detector e a emissão do fóton. Como diferentes Boros devem atravessar diferentes espessuras de tecido, os fótons são atenuados diferentemente. O resultado é que as estruturas profundas do corpo são reconstruídas como tendo uma captação falsamente baixa. Os scanners contemporâneos podem estimar a atenuação usando equipamentos integrados de raios X CT, em vez de equipamentos anteriores que ofereciam uma forma bruta de CT usando uma fonte de raios gama (emissores de positrões) e os detectores PET.Embora as imagens corrigidas pela atenuação sejam geralmente representações mais fiéis, o processo de correção é suscetível a artefatos significativos. Como resultado, as imagens corrigidas e não corrigidas são sempre reconstruídas e lidas em conjunto.

2D/reconstrução 3D: Os primeiros scanners PET tinham apenas um único anel de detectores, portanto a aquisição de dados e subsequente reconstrução foi restrita a um único plano transversal. Scanners mais modernos agora incluem múltiplos anéis, essencialmente formando um cilindro de detectores.Existem duas abordagens para reconstruir dados de tal scanner: 1) tratar cada anel como uma entidade separada, de modo que apenas coincidências dentro de um anel de são detectados, a imagem de cada anel pode, então, ser reconstruído individualmente (2D reconstrução), ou 2) permitir coincidências para ser detectada entre anéis, bem como dentro de anéis, em seguida, reconstruir todo o volume (3D).

técnicas 3D têm melhor sensibilidade (porque mais coincidências são detectadas e usadas) e, portanto, menos ruído, mas são mais sensíveis aos efeitos de dispersão e coincidências aleatórias, bem como requerendo correspondentes maiores recursos de computador. O advento dos detectores de resolução de tempo sub-nanossegundo proporciona uma melhor rejeição de coincidências aleatórias, favorecendo assim a reconstrução de imagens 3D.

Time-of-flight (TOF) PET: para sistemas modernos com uma maior resolução de tempo (aproximadamente 3 nanosegundos) uma técnica chamada “Time-of-flight” é usada para melhorar o desempenho geral. O PET de tempo de voo utiliza Detectores de raios gama muito rápidos e sistemas de processamento de dados que podem decidir mais precisamente a diferença de tempo entre a detecção dos dois fotões. Embora seja tecnicamente impossível localizar o ponto de origem do evento de aniquilação exatamente (atualmente dentro de 10 cm), assim a reconstrução da imagem ainda é necessária, a técnica TOF dá uma notável melhoria na qualidade da imagem, especialmente a relação sinal-ruído.

combinação de PET com CT ou MRIEdit

PET scans estão cada vez mais lido juntamente com a tomografia computadorizada ou a ressonância magnética (MRI) verifica, com a combinação (chamado de “co-registo”) dando tanto anatômicas e metabólicas informações (por exemplo, que a estrutura é, e o que ele está fazendo bioquimicamente). Como a imagem PET é mais útil em combinação com a imagem anatômica, como a CT, os scanners PET modernos estão agora disponíveis com scanners CT multi-detector de alta qualidade (chamados “PET-CT”). Como as duas varreduras podem ser realizadas em sequência imediata durante a mesma sessão, com o paciente não mudando de posição entre os dois tipos de varreduras, os dois conjuntos de imagens são registrados mais precisamente, de modo que as áreas de anormalidade na imagem PET podem estar mais perfeitamente correlacionadas com a anatomia nas imagens da TC. Isto é muito útil em Mostrar vistas detalhadas de órgãos móveis ou estruturas com maior variação anatômica, que é mais comum fora do cérebro.

no Jülich Institute of Neurosciences and Biophysics, o maior dispositivo de IRM para animais de estimação do mundo começou a funcionar em abril de 2009: um tomógrafo de ressonância magnética 9.4-tesla (MRT) combinado com um tomógrafo de emissão de positrões (PET). Atualmente, apenas a cabeça e o cérebro podem ser fotografados com essas altas forças do campo magnético.

para imagiologia cerebral, o registro de tomografia computadorizada, ressonância magnética e tomografia computadorizada pode ser realizado sem a necessidade de um scanner integrado PET-CT ou PET-MRI usando um dispositivo conhecido como n-Localizador.

LimitationsEdit

the minimization of radiation dose to the subject is an attractive of the use of short-lived radionuclides. Além de seu papel estabelecido como uma técnica de diagnóstico, o PET tem um papel em expansão como um método para avaliar a resposta à terapia, em particular, a terapia do câncer, onde o risco para o paciente de falta de conhecimento sobre o progresso da doença é muito maior do que o risco da radiação de teste. Uma vez que os marcadores são radioativos, os idosos e as grávidas não podem usá-lo devido aos riscos colocados pela radiação.

as limitações à utilização generalizada de PET resultam dos elevados custos dos ciclotrões necessários para produzir os radionuclídeos de vida curta para a varredura de PET e da necessidade de aparelhos de síntese química especialmente adaptados no local para produzir os radiofármacos após a preparação de radioisótopos. Moléculas orgânicas Radio-localizadoras que conterão um radioisótopo emissor de positrões não podem ser sintetizadas primeiro e depois o radioisótopo preparado dentro delas, porque o bombardeio com um ciclotrão para preparar o radioisótopo destrói qualquer portador orgânico para ele. Em vez disso, o isótopo deve ser preparado primeiro, depois, a química para preparar qualquer Radio-Localizador orgânico (como FDG) realizado muito rapidamente, no curto período de tempo antes do isótopo decair. Poucos hospitais e universidades são capazes de manter tais sistemas, e a maioria do PET clínico é apoiado por fornecedores de terceiros de radiotransmissores que podem fornecer muitos locais simultaneamente. Esta limitação restringe clínico do animal de ESTIMAÇÃO, principalmente para o uso de traçadores marcados com flúor-18, que tem uma meia-vida de 110 minutos e pode ser transportado a uma distância razoável antes de usar, ou rubídio-82 (usado como rubídio-82 cloreto), com uma meia-vida de 1,27 minutos, que é criado em um gerador portátil e é utilizado para estudos de perfusão miocárdica. No entanto, nos últimos anos, alguns ciclotrons no local com blindagem integrada e” laboratórios quentes ” (laboratórios de química automatizados que são capazes de trabalhar com radioisótopos) começaram a acompanhar unidades PET para hospitais remotos. A presença do pequeno ciclotron no local promete se expandir no futuro como os ciclotrons encolhem em resposta ao alto custo do transporte de isótopos para máquinas de PET remotas. Nos últimos anos, a escassez de tomografias de PET tem sido atenuada nos EUA, já que a implantação de radiofármias para o fornecimento de radioisótopos tem crescido 30% ao ano.

uma vez que a semi-vida do flúor-18 é de cerca de duas horas, a dose preparada de um radiofarmacêutico contendo este radionuclídeo sofrerá várias semi-vidas de decaimento durante o dia de trabalho. Tal requer uma recalibração frequente da dose restante (determinação da actividade por unidade de volume) e um planeamento cuidadoso no que respeita à programação dos doentes.