new i radiofarmacinelladiagnosticaper immaginie in radioterapia · 2011. 4. 26. · ga 90-180-300...

University of Verona

Docentedi Chimica Generaleed Inorganica,

Università di Verona

I RadiofarmacinellaDiagnosticaper

Immaginie in Radioterapia

UldericoMazzi

TECNICHE DI IMAGING

Tecniche che permettono di ottenere immagini della

“mappatura” interna di un organismo in modo non invasivo.

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X-RAY IMAGING

Sorgente di radiazioni esterna al paziente

Basata sull’impiego di raggi X (a bassa E) che

attraversano i tessuti a seconda del loro grado

di compattezza e vengono deflessi in base alla

loro densità elettronica

STRUMENTAZIONE:

Sorgente: tubo catodico riscaldato

produce elettroni accelerati verso

un un anodo di tungsteno (ddpdi

100KeV)

Distanza:

≥1 m dal paziente

Rilevamento: lastra con emulsione

sensibile (sali di Ag)

IMMAGINI:

•zone chiare tessuti molli, polmoni

•mezzi di contrasto: sali di bario o ioduri

•immagini bidimensionali

TECNICHE CON RADIOAZIONI IONIZZANTI DI TRASMISSIONE

X-RAY COMPUTED TOMOGRAPHY -TAC

STRUMENTAZIONE:

lettinoscorrevole

sorgente rotante

attorno alla parte in

esame

radiazioni trasmesse

raccolte a diverse

angolazioni e trasformate in segnali elettrici

Metà degli anni ‘70

IMMAGINI:

•morfologico-

strutturali

•tridimensionali

•molto dettagliate

IMPIEGHI:

studi lesioni del SNC,

organi addominali,

apparato muscolo-scheletrico

diagnosi dei tumori

SVANTAGGI:

•costoso

•dose di radiazioni

ionizzanti superiore

MAGNETIC RESONANCE IMAGING

-Recente sviluppo: 1980

-Basata sullo stesso principio dell’NMR

impiegato per analisi strutturali

-Misurazione e mappatura delle proprietà

magnetiche di un oggetto

Isotopi naturali:

1H, 13C, 23Na, 31P, 39K

Isotopo

1H:

presente

nell’H

2O jntutte le parti

dell’organismo

STRUMENTAZIONE:

Magnete: permanente o semiconduttivo,

leghe di Nb-Ti, 0.15-2 T (allineamento)

Bobine a radiofrequenza di superficie:

sagomate in base alla regione da studiare,

generano brevi impulsi di RF a lunghezza

d’onda e potenza precise (eccitazione) e

rilevano “segnali di risonanza” emessi dagli

atomi di H durante il rilassamento

TECNICHE CHE UTILIZZANO RADIAZIONI NON IONIZZANTI

IMMAGINI:

•Tipo T1o T2(tempi di rilassamento nucleare)

-Contrasto dovuto al diverso intorno magnetico

del nucleo in esame nei vari tipi di tessuto e

nei vasi sanguigni

•mezzi di contrasto: es. gadolinio

VANTAGGI:

•alta risoluzione

•indolore

•riscaldamento non >0.5°C

SVANTAGGI:

•costoso,

immobilità e

rumore

•non possibile per i

portatori di pace-maker,

preparati metallici

intracranici, protesi dotate

di circuiti elettronici etc.

MAGNETIC RESONANCE IMAGING

IMPIEGHI:

studi anatomici e morfo-strutturali,

studi del flusso sanguigno

IMMAGINI AD ULTRASUONI per trasmissione

•Suoni di frequenza superiore al limite percettivo umano

(maggiori di 16-25 kHz)

•costituiti da onde elastiche di compressione e rarefazione

longitudinali e, trasferendo energia meccanica, richiedono

un mezzo per propagarsi.

Ecografia cardiaca

Ecografie dell’addome

TECNICHE CON RADIOAZIONI IONIZZANTI DI EMISSIONE

•Sorgente di radiazioniinterna al paziente

•Basate sull’impiego di radiofarmaci (radiodiagnostici)

•Radionuclidi emettitori di radiazioni

γ γγγo

β βββ+

•Radionuclidi come tali o molecole biologicamente attive

marcate o da marcare sotto forma di kit liofilizzati

•Somministrazione ev, per os

RADIAZIONI γ γγγ

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68 min

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110 min

GAMMA CAMERE

SPECT

(Single Photon Emission ComputedTomography)

PET

(PositronEmission Tomography)

GAMMA CAMERE

TECNICHE RADIOATTIVE DI EMISSIONE

STRUMENTAZIONE

Collimatore:focalizza le radiazioni

per “assorbimento”; setti di metallo

ad alto potere schermante (Pb);

spessore setti varia a seconda

dell’energia dei fotoni

Cristallo rilevatore: centro di scintillazione;

NaI(Tl); circolare o rettangolare; efficienza

80% per radiazioni < 200KeV

Fotomoltiplicatori: fotocatodo + serie di

dinodi; trasformazione fotoni

luminosi

in

segnali elettrici amplificati

Circuiti di elaborazione: localizzano l’origine

dell’evento;

eliminano

le

radiazioni

di

scattering (finestra energetica prescelta);

digitalizzazione (CAD)

Computer: memorizzazione dei dati sotto forma di matrici formate dai pixel;

tanto più grande la matrice, tanto più piccoli i pixel, tanto maggiore è la

risoluzione; 64x64, 128x128, 256x256, 512x512

Immagini bidimensionali

Che schiacciano la

distribuzione tridimensionale

in due dimensioni


SPECT(Single Photon Emission ComputedTomography)

STRUMENTAZIONI

-Sviluppatasi inizi anni ‘60

-Emettitori radiazioni

γ:

99mTc (140 KeV, 6,02h)

-Ottenimento di immagini

tridimensionali in forma

transassiale, coronale e

saggitale

Rilevamento

delle

radiazioni

con GAMMA

CAMERA SINGOLA ROTANTE attorno alla

regione di interesse che raccoglie immagini ad

angolazioni predefinite con incrementi da 3 a 10°

Qualità delle immagini migliore perché i punti

sorgenti di radioattività non risultano sovrapposti

Il rapporto segnale/rumore aumenta notevolmente

Per aumentare la sensibilità, che dipende dal

numero di fotoni primari rilevati, la risoluzione

spaziale e,

quindi, la qualità dell’immagine:

SISTEMI A PIU’ TESTE

Risoluzione 14-17 mm


SPECT a due teste

SPECT a tre teste

Raccolta di 2, 3 o 4 immagini

contemporaneamente

da

angolazioni

diverse

con

riduzione

dei

tempi

di

ottenimento

dell’immagine

tridimensionale

Ryng-typesystem

Multidetectorssystem o annular

detector (cristallo cilindrico)

SPECT a quattro teste

Risoluzione

5-10 mm


APPLICAZIONI

A differenza di RMI e TAC che permettono acquisizione di

dati anatomici e morfo-strutturali, le tecniche di imaging

radioattive di emissione forniscono anche dati di tipo

FUNZIONALE e METABOLICO: possibile comprensione dei

meccanismi fisiopatologici alla base di molte malattie,

identificazione della malattia nello stadio precoce (assenti

alterazioni strutturali) e valutazione delle caratteristiche

biochimiche dei tessuti.

SPECT:

studi di patologie coronariche, malattie SNC

(Parkinson, Alzheimer, epilessia, demenza), epatopatie,

nefropatie.

Possibile monitoraggio dell’efficacia terapeutica.

ACCOPPIAMENTO SPECT-TAC,

SPECT-MRI:

singole immagini che forniscono direttamente

una correlazione morfologica e funzionale


Immagini transassialidel cervello: a sinistraflusso sanguigno normale;

a destraarea frontale sinistra priva di flusso per emorragia sub-aracnoidale


PET(PositronEmission Tomography)

-Sviluppatasi inizi anni ‘50

-Emettitori radiazioni

β+

-Ottenimento di immagini

tridimensionali in forma

transassiale, coronale e

saggitale

Basata sul fenomeno dell’ANNICHILAZIONE

POSITRONE-ELETTRONE:

produzione di 2 radiazioni gamma di 511 KeV

emesse a 180°; collisione generalmente a non più

di 1mm di distanza dal punto di emissione

STRUMENTAZIONE

Rivelatori a coppie posti a 180°:possono essere in serie disposti

circolarmente oppure rotanti

Cristallo rivelatore: costituito da germanatodi bismuto (BGO)

Circuito di coincidenza: seleziona gli eventi che sono visti dai due

rilevatori accoppiati entro un breve intervallo di tempo (10-20 nsec)


Efficienza e risoluzione maggiori (3-4 mm)

•possibilità di

impiegare il circuito di

coincidenza

esclude

la

necessità

del

collimatore (collimazione elettronica)

•possibilità di localizzare l’evento sfruttando

la differenza di tempo impiegato dai 2 raggi

gamma per raggiungere i rivelatori

Radiofarmaci impiegati

•PERFUSIONALI

NH3marcata con 13N: perfusione miocardica e

cerebrale;

H2O marcata con 15O: perfusione cerebrale;

•METABOLICI

FDG marcato con 18F:

studio del metabolismo miocardico (zone

ischemiche), cerebrale (zone di

ridotto

metabolismo per epilessia parziale, Parkinson,

Alzheimer), tissutale (diagnosi neoplasi)

•RECETTORIALI

sovraepressionerecettori in masse tumorali


www.med.harward.edu/AANLIB/home.html

Combinazione PET/TAC

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sono al di sotto delle quantità che possono

interferire con la resa e le capacità diagnostiche

della molecola marcata.

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APPLICAZIONI MEDICO NUCLEARI

DEI RADIOFARMACI

Passato:Diagnosticaclinica relativaa disfunzionia caricodi

Tiroide, Ossa, Reni, Fegato, Cuore, Cervello

Agentidi perfusione

Futuro:Diagnosticadi Infiammazioni, Infezioni, Trombosi,

Attivitàcerebralee Diagnosie TerapiadeiTumori

MolecoleRecettoriali

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ApprocciodellaConiugazioneprima dellamaratura

Essoconsistein:

-unamodificazionedellabio-molecola con un

legantebifunzionale, seguitadamarcaturacon 99mTc

Essaè usataquando:

-è possible coniugaregruppifunzionaliad unabio-molecola

(essipossonoancheappartenereallabio-molecolastessa)

adattia produrrecomplessidi tecneziostabili.

A voltepossonoservireco-leganti

-Il sistemachelantedevepossederela piùaltaaffinitàper il

tecneziorispettoa tuttiglialtriset coordinativi presenti

nellabio-molecola

Approcciodellamarcaturaprima della

coniugazione

Essaconsistenella:

-marcaturadi un legantebifunzionalecon 99mTc, seguito

daunareazionedi coniugazionecon unabio-molecola.

Alcunevolteservonoanchedeico-leganti.

Essasiusaquando:

-le condizionidi marcaturadistruggonola bio-molecola

-Il complessodi tecneziolascialiberodacoordinazione

un gruppoadattoallaconiugazionedellabiomolecola

-la resa dellareazionedi coniugazioneè maggiore di

quelladi marcatura

(la marcaturanecessitadi purificazione)

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RADIONUCLIDI

β βββ+EMETTITORI PRODOTTI DA CICLOTRONE

15O T½ =2 min

13N T½ =10 min

62Cu T½ =10 min

11C T½ =20 min

68Ga T½ =68 min

18F T½ =110 min

Sintetizzatore di 18F-FDG

Ciclotrone dedicato

18F-Fluorodeoxyglucose

OH

OH

OH

H

18F

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H

H

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Glucose transporter substrate

POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY -PET

RADIONUCLIDE PER ECCELLENZA: FLUORO-18

SINTESI DI 18F-FDG

11C-Acetate

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Radiofarmaciper la PET = 11C-Acetato

18F-Fluoro-dopa

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Radiofarmaciper la PET = 18F-dopa

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