Tomografía computarizada por emisión de fotón único

La tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT, o menos comúnmente, SPET) es una técnica de imagen tomográfica de medicina nuclear que utiliza rayos gamma. Es muy similar a las imágenes planares de medicina nuclear convencional que utilizan una cámara gamma (es decir, una gammagrafía), pero es capaz de proporcionar información 3D real. Esta información generalmente se presenta como cortes transversales a través del paciente, pero se puede reformatear o manipular libremente según sea necesario.

La técnica requiere la administración de un radioisótopo emisor de rayos gamma (un radionúclido) al paciente, normalmente a través de una inyección en el torrente sanguíneo. En ocasiones, el radioisótopo es un ion disuelto soluble simple, como un isótopo de galio (III). Sin embargo, la mayoría de las veces, un radioisótopo marcador se une a un ligando específico para crear un radioligando, cuyas propiedades lo unen a ciertos tipos de tejidos. Este matrimonio permite que la combinación de ligando y radiofármaco sea transportada y unida a un lugar de interés en el cuerpo, donde la concentración de ligando es vista por una cámara gamma.

Principios

En lugar de simplemente "tomar una imagen de las estructuras anatómicas", una exploración SPECT monitorea el nivel de actividad biológica en cada lugar de la región 3D analizada. Las emisiones del radionúclido indican cantidades de flujo sanguíneo en los capilares de las regiones fotografiadas. De la misma manera que una radiografía simple es una vista bidimensional (2D) de una estructura tridimensional, la imagen obtenida por una cámara gamma es una vista bidimensional de la distribución tridimensional de un radionúclido.

Las imágenes SPECT se realizan mediante el uso de una cámara gamma para adquirir múltiples imágenes 2D (también llamadas proyecciones), desde múltiples ángulos. Luego se usa una computadora para aplicar un algoritmo de reconstrucción tomográfica a las múltiples proyecciones, lo que produce un conjunto de datos tridimensionales. Luego, este conjunto de datos puede manipularse para mostrar cortes delgados a lo largo de cualquier eje elegido del cuerpo, similares a los obtenidos con otras técnicas tomográficas, como imágenes por resonancia magnética (MRI), tomografía computarizada de rayos X (X-ray CT) y tomografía por emisión de positrones (PET).

SPECT es similar a PET en el uso de material trazador radioactivo y detección de rayos gamma. A diferencia de PET, los trazadores utilizados en SPECT emiten radiación gamma que se mide directamente, mientras que los trazadores PET emiten positrones que se aniquilan con electrones a unos pocos milímetros de distancia, lo que hace que se emitan dos fotones gamma en direcciones opuestas. Un escáner PET detecta estas emisiones "coincidentes" en el tiempo, lo que proporciona más información de localización de eventos de radiación y, por lo tanto, imágenes de mayor resolución espacial que SPECT (que tiene una resolución de aproximadamente 1 cm). Las exploraciones SPECT son significativamente menos costosas que las exploraciones PET, en parte porque pueden usar radioisótopos de vida más larga y más fáciles de obtener que la PET.

Debido a que la adquisición de SPECT es muy similar a las imágenes de la cámara gamma plana, se pueden usar los mismos radiofármacos. Si se examina a un paciente en otro tipo de exploración de medicina nuclear, pero las imágenes no son diagnósticas, es posible pasar directamente a SPECT moviendo al paciente a un instrumento SPECT, o incluso simplemente reconfigurando la cámara para la adquisición de imágenes SPECT. mientras el paciente permanece en la mesa.

Para adquirir imágenes SPECT, la cámara gamma se gira alrededor del paciente. Las proyecciones se adquieren en puntos definidos durante la rotación, generalmente cada 3 a 6 grados. En la mayoría de los casos, se utiliza una rotación completa de 360 grados para obtener una reconstrucción óptima. El tiempo necesario para obtener cada proyección también es variable, pero lo normal es de 15 a 20 segundos. Esto da un tiempo de escaneo total de 15 a 20 minutos.

Las cámaras gamma de varios cabezales pueden acelerar la adquisición. Por ejemplo, se puede usar una cámara de dos cabezales con cabezales separados 180 grados, lo que permite adquirir dos proyecciones simultáneamente, y cada cabezal requiere 180 grados de rotación. También se utilizan cámaras de tres cabezales con espaciado de 120 grados.

Las adquisiciones sincronizadas cardíacas son posibles con SPECT, al igual que con las técnicas de imágenes planares como la exploración de adquisición sincronizada múltiple (MUGA). Activada por electrocardiograma (EKG) para obtener información diferencial sobre el corazón en varias partes de su ciclo, la SPECT miocárdica sincronizada puede usarse para obtener información cuantitativa sobre la perfusión miocárdica, el grosor y la contractilidad del miocardio durante varias partes del ciclo cardíaco, y también para permitir el cálculo de la fracción de eyección del ventrículo izquierdo, el volumen sistólico y el gasto cardíaco.

Solicitud

SPECT se puede utilizar para complementar cualquier estudio de imágenes gamma, donde una representación 3D real puede ser útil, como imágenes de tumores, imágenes de infecciones (leucocitos), imágenes de tiroides o gammagrafía ósea.

Debido a que SPECT permite una localización precisa en el espacio 3D, se puede utilizar para proporcionar información sobre funciones localizadas en órganos internos, como imágenes cardíacas o cerebrales funcionales.

Imágenes de perfusión miocárdica

La imagenología de perfusión miocárdica (MPI) es una forma de imagenología cardiaca funcional, utilizada para el diagnóstico de cardiopatía isquémica. El principio subyacente es que, en condiciones de estrés, el miocardio enfermo recibe menos flujo sanguíneo que el miocardio normal. MPI es uno de varios tipos de prueba de esfuerzo cardíaco.

Se administra un radiofármaco específico para el corazón, por ejemplo, ^99mTc-tetrofosmina (Myoview, GE Healthcare), ^99mTc-sestamibi (Cardiolite, Bristol-Myers Squibb) o Cloruro de talio-201. Después de esto, se eleva la frecuencia cardíaca para inducir estrés miocárdico, ya sea mediante ejercicio en una cinta rodante o farmacológicamente con adenosina, dobutamina o dipiridamol (la aminofilina se puede usar para revertir los efectos del dipiridamol).

Las imágenes SPECT realizadas después del estrés revelan la distribución del radiofármaco y, por lo tanto, el flujo sanguíneo relativo a las diferentes regiones del miocardio. El diagnóstico se realiza comparando imágenes de estrés con un conjunto adicional de imágenes obtenidas en reposo que normalmente se adquieren antes de las imágenes de estrés.

Se ha demostrado que MPI tiene una precisión general de alrededor del 83 % (sensibilidad: 85 %; especificidad: 72 %) (en una revisión, no exclusivamente de SPECT MPI), y es comparable con (o mejor que) otros no -Pruebas invasivas para cardiopatía isquémica.

Imágenes cerebrales funcionales

Por lo general, el trazador emisor de rayos gamma que se usa en las imágenes cerebrales funcionales es exametazima de tecnecio (99mTc). El 99mTc es un isómero nuclear metaestable que emite rayos gamma detectables por una cámara gamma. Su unión a exametazima permite que el tejido cerebral la absorba de manera proporcional al flujo sanguíneo cerebral, lo que a su vez permite evaluar el flujo sanguíneo cerebral con la cámara gamma nuclear.

Debido a que el flujo sanguíneo en el cerebro está estrechamente relacionado con el metabolismo cerebral local y el uso de energía, el marcador ^99mTc-exametazima (así como el similar ^99mTc-EC trazador) se utiliza para evaluar el metabolismo cerebral regionalmente, en un intento de diagnosticar y diferenciar las diferentes patologías causales de la demencia. El metanálisis de muchos estudios informados sugiere que la SPECT con este marcador tiene una sensibilidad de aproximadamente el 74 % para diagnosticar la enfermedad de Alzheimer frente al 81 % de sensibilidad para el examen clínico (pruebas cognitivas, etc.). Estudios más recientes han demostrado que la precisión de la SPECT en el diagnóstico de Alzheimer puede llegar al 88 %. En el metanálisis, la SPECT fue superior al examen clínico y los criterios clínicos (91 % frente al 70 %) para poder diferenciar la enfermedad de Alzheimer de las demencias vasculares. Esta última capacidad se relaciona con las imágenes de SPECT del metabolismo local del cerebro, en las que la pérdida irregular del metabolismo cortical que se observa en múltiples accidentes cerebrovasculares difiere claramente de las más uniformes o "suaves". pérdida de la función cerebral cortical no occipital típica de la enfermedad de Alzheimer. Otro artículo de revisión reciente mostró que las cámaras SPECT de cabezales múltiples con análisis cuantitativo dan como resultado una sensibilidad general del 84-89 % y una especificidad general del 83-89 % en estudios transversales y una sensibilidad del 82-96 % y una especificidad del 83-89 %. % para estudios longitudinales de demencia.

^99mTc-exametazime SPECT compite con la exploración PET con fludesoxiglucosa (FDG) del cerebro, que funciona para evaluar el metabolismo de la glucosa cerebral regional, para proporcionar información muy similar sobre el daño cerebral local de muchos procesos. SPECT está más disponible porque el radioisótopo utilizado es más duradero y mucho menos costoso en SPECT, y el equipo de escaneo gamma también es menos costoso. Mientras que el ^99mTc se extrae de generadores de tecnecio-99m relativamente simples, que se envían semanalmente a hospitales y centros de escaneo para suministrar radioisótopos frescos, FDG PET se basa en FDG, que se fabrica en un costoso ciclotrón médico y & #34;laboratorio caliente" (laboratorio de química automatizado para la fabricación de radiofármacos), y luego entregados inmediatamente a los sitios de escaneo debido a la corta vida media natural de 110 minutos del flúor-18.

Aplicaciones en tecnología nuclear

En el sector de la energía nuclear, la técnica SPECT se puede aplicar para generar imágenes de distribuciones de radioisótopos en combustibles nucleares irradiados. Debido a la irradiación de combustible nuclear (p. ej., uranio) con neutrones en un reactor nuclear, se produce naturalmente en el combustible una amplia gama de radionucleidos emisores de rayos gamma, como productos de fisión (cesio-137, bario-140 y europio-154) y productos de activación (cromo-51 y cobalto-58). Estos pueden generarse imágenes utilizando SPECT para verificar la presencia de barras de combustible en un conjunto de combustible almacenado con fines de salvaguardias del OIEA, para validar las predicciones de los códigos de simulación del núcleo o para estudiar el comportamiento del combustible nuclear en funcionamiento normal. o en escenarios de accidentes.

Reconstrucción

Las imágenes reconstruidas suelen tener resoluciones de 64 × 64 o 128 × 128 píxeles, con tamaños de píxeles que oscilan entre 3 y 6 mm. El número de proyecciones adquiridas se elige para que sea aproximadamente igual al ancho de las imágenes resultantes. En general, las imágenes reconstruidas resultantes tendrán una resolución más baja, tendrán mayor ruido que las imágenes planas y serán susceptibles a artefactos.

La exploración requiere mucho tiempo y es esencial que no haya movimiento del paciente durante el tiempo de exploración. El movimiento puede causar una degradación significativa de las imágenes reconstruidas, aunque las técnicas de reconstrucción de compensación de movimiento pueden ayudar con esto. Una distribución muy desigual de radiofármacos también tiene el potencial de causar artefactos. Un área de actividad muy intensa (p. ej., la vejiga) puede causar rayas extensas en las imágenes y oscurecer las áreas de actividad vecinas. Esta es una limitación del algoritmo de reconstrucción de retroproyección filtrada. La reconstrucción iterativa es un algoritmo alternativo que está ganando importancia, ya que es menos sensible a los artefactos y también puede corregir la atenuación y el desenfoque dependiente de la profundidad. Además, los algoritmos iterativos se pueden hacer más eficaces utilizando la metodología de Superiorización.

La atenuación de los rayos gamma dentro del paciente puede conducir a una subestimación significativa de la actividad en los tejidos profundos, en comparación con los tejidos superficiales. Es posible una corrección aproximada, basada en la posición relativa de la actividad, y la corrección óptima se obtiene con los valores de atenuación medidos. El equipo SPECT moderno está disponible con un escáner CT de rayos X integrado. Como las imágenes de TC de rayos X son un mapa de atenuación de los tejidos, estos datos se pueden incorporar en la reconstrucción de SPECT para corregir la atenuación. También proporciona una imagen de TC registrada con precisión, que puede proporcionar información anatómica adicional.

La dispersión de los rayos gamma, así como la naturaleza aleatoria de los rayos gamma, también pueden provocar la degradación de la calidad de las imágenes SPECT y provocar la pérdida de resolución. La corrección de dispersión y la recuperación de la resolución también se aplican para mejorar la resolución de las imágenes SPECT.

Protocolos típicos de adquisición de SPECT

SPECT/TC

En algunos casos, se puede construir un escáner gamma SPECT para que funcione con un escáner CT convencional, con registro conjunto de imágenes. Al igual que en la PET/TC, permite localizar tumores o tejidos que pueden verse en la gammagrafía SPECT, pero que son difíciles de localizar con precisión respecto a otras estructuras anatómicas. Tales exploraciones son más útiles para los tejidos fuera del cerebro, donde la ubicación de los tejidos puede ser mucho más variable. Por ejemplo, SPECT/CT se puede utilizar en aplicaciones de exploración de paratiroides con sestamibi, donde la técnica es útil para localizar adenomas paratiroideos ectópicos que pueden no estar en sus ubicaciones habituales en la glándula tiroides.

Control de calidad

El rendimiento general de los sistemas SPECT se puede realizar mediante herramientas de control de calidad como el fantoma de Jaszczak.