pet/ct scanners spect cardiac scanners

QUALI RICHIESTE ALLO SPECIALISTA IN FISICA
MEDICA IN MEDICINA NUCLEARE
MEDICINA NUCLEARE E IMAGING MOLECOLARE
PET/CT SCANNERS
DIAGNOSI E TERAPIA
Oncologia
Prof. Giovanni LUCIGNANI
CHIMICA
Cardiologia
Endocrinologia
BIOLOGIA
Neurologia
……………..
TECNOLOGIE BIOMEDICHE
BIOCHIMICA
Discovery
UNIVERSITÀ di MILANO
FISICA
FARMACOLOGIA
ST, STE, RX
Biograph
Gemini
6,40,64
GLX, TF
Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biomediche, Sezione di Scienze Radiologiche
BGO- LYSO
A.O. San Paolo
FISIOLOGIA
Dipartimento dei Servizi Diagnostici,
U.O. Medicina Nucleare
Associazione Italiana di Medicina Nucleare e Imaging Molecolare
LSO
4.7x6.3x30mm3
6.4x6.4x25mm3
4.2x6.2x30mm3
4.0x4.0x20mm3
GSO- LYSO
4.0x4.0x30mm3
4.0x4.0x22mm3
2D/3D (septa)
3D only (no septa)
3D only (no septa)
15.7cm axial FOV
21.8cm axial FOV
18cm axial FOV
8, 16, 64 slice CT
6, 40, 64 slice CT
6, 16, 64 slice CT
SPECT CARDIAC SCANNERS
RISPOSTA AL TRATTAMENTO
[18F]FDG-PET/TC in soggetto
di 61 anni con tumore
polmonare.
A) Stadiazione pre-RT
B) Dopo 50 Gy
C) 3 mesi dopo RT
Alcyone
CARDIUS ACT
Contornamento delle
ipermetaboliche
sull’immagine TC.
aree
PET
Diminuzione progressiva delle
dimensioni
dell’area
ipermetabolica.
3 Head – 180°
D SPECT
Pixelated CsI(Tl) 6.1x6.1x5mm
90° geometry
SiPM
Pixelated CZT 2.46x2.46x5mm
Fan beam collimator
Parallel Hole collimator
Rotating chair
Rotating detectors
4.36mm FWHM
7.5min acquisition
2-4min acquisition
X ray Tube
180° geometry
CardiArc
Pixelated CZT
3 Head
-
Curved NaI large crystals
Focused collimator
PMT array – Anger logic
Curved collimator
3-5mm FWHM
Rotating collimator
5min acquisition
3.6mm FWHM @82mm
(64 MDCT)
3-4min acquisition
Messa et al. Q J Nucl Med Mol Imaging. 2006
1
PET/MRI
FULLY INTEGRATED BASED ON APDs
Imaging Molecolare: Tecnologia di imaging
La caratterizzazione iniziale del tumore valutazione della risposta al
trattamento effettuate visivamente non sono ormai più sufficienti….
Sviluppo poderoso!
Imaging multimodale
Acquisizioni 4/5D
Outcome!
Risoluzione spaziale e sensibilità
Accuratezza diagnostica
Riduzione della dose
Maggiore efficienza (Tecnica) ed efficacia (Clinica)
Competitività e sinergie interdisciplinari
…devono essere accompagnate da una analisi quantitativa del
metabolismo tumorale!
BJ PICHLER,, Eur Radiol, 2007
[18F]FDG-PET: analisi quantitativa del
metabolismo del glucosio
"In physical science the first essential step in the direction of
learning any subject is to find principles of numerical
SUV: indice di accumulo regionale del radiotracciante
reckoning and practicable methods for measuring some
quality connected with it. I often say that when you can
Tumor
measure what you are speaking about, and express
it in numbers, you know something about it; but
you cannot measure it,, when y
you cannot
when y
express it in numbers, your knowledge is of a
meagre and unsatisfactory kind; it may be the
richiede:
beginning of knowledge, but you have scarcely in your
thoughts advanced to the state of Science, whatever the
matter may be." [PLA, vol. 1, "Electrical Units of
Measurement", 1883-05-03]
SUV =
Ac, tissue
Ao
M
SUV: Standardized Uptake Value
Ac,tissue: Concentrazione di attività nel volume di interesse
Ao:
Attività iniettata
M:
Massa del paziente
™ Assunzioni sulla composizione del volume biologico
L’impiego del SUV permette di:
Lord Kelvin
™ Acquisizioni dinamiche con buona statistica di conteggio
™ paragonare le differenze di captazione tra diverse regioni del corpo
1824 -1907
™ Campionamenti di sangue arterioso
™ paragonare esami PET successivi dello stesso paziente
William Thomson
™ elaborare una strategia per il monitoraggio della risposta al trattamento
2
Il SUV come biomarker basato sulle immagini
PET?
Il SUV dipende in modo critico da:
Il SUV dipende in modo critico da:
EFFETTO DI VOLUME PARZIALE
Un biomarker è un indicatore di una specifica proprietà
biologica che può essere utilizzato ad esempio per misurare lo
stato e la progressione della malattia o la risposta al
trattamento.
PET
•
TEMPO DI CAPTAZIONE DEL TRACCIANTE
•
Accuratezza della misura della attività iniettata
•
Accuratezza nella registrazione dell’orario di iniezione
CT
Procedura di ricostruzione
delle immagine
Correzioni e filtrazioni applicate
Sfere da 10, 12, 16, 22, 28 e 34 mm
alle immagini
Perché il SUV possa essere un biomarker deve:
essere un indice riproducibile
differenziare responders e non
non--responders alla terapia
Soret et al. J Nucl Med. 2007
Approcci per la determinazione del SUV
1) Variabilità tra gli operatori
SUVmax
100%
50%
SUVauto
SUVpeak
SUVmean
33 pazienti con osteosarcoma o sarcoma dei tessuti molli,
sottoposti a indagine [18F]FDG-PET/TC prima e dopo chemioterapia
2) Differenze tra responders e non-responders
SUVmax ≈ SUVpeak > SUVmean > TBR > SUVauto
33 pazienti con
osteosarcoma o
sarcoma dei
tessuti molli,
molli
sottoposti a
indagine
[18F]FDG-PET/TC
prima e dopo
chemioterapia
SUVmax ≈ SUVauto(50%) < SUVpeak < SUVmean < TBR
TBR=SUVmax/BG
Pixel
Qual’ è il metodo
migliore affinché il
SUV sia un
biomarker tumorale?
Benz et al. J. Nucl Med. 2008
Benz et al. J. Nucl Med. 2008
3
... perché il SUV dipende in modo critico anche
dall’eterogeneità della massa tumorale:
stato di perfusione e
ossigenazione del tumore
Terapia del Carcinoma Tiroideo
Imaging Molecolare: Metodologia e analisi dati
Chirurgia, RGS
Sviluppo incerto
LT4
131I
Quantificazione vs. Strategie d’imaging semplificate
(empiriche)
Interpretazione visiva vs. analisi quantitativa
disponibilità e offerta di
substrati metabolici
attività “fisse”
Validazione clinica
131I
“wait and see”
attivita
“calcolata”
calcolata
presenza
di
tessuto
necrotico o di cicatrici
(dosimetria)
Outcome!
embolizzazione
Diagnostica descrittiva e probabilistica
presenza
di
cellule
normali, di elementi legati
ad
Infiammazione
(es.
linfociti e macrofagi), di
sangue o secrezioni del
tumore
Terapia delle metastasi
attività fisse o empiriche
Rt esterna
Scarsa personalizzazione
EBRT, IMRT
RF,laser, stents, etc.
rhTSH,litio,etc.
Attività Fisse nella Terapia delle Metastasi
Beierwaltes et al.
150-175 mCi mts. linfonodali
175-200 mCi mts. polm
200 mCi mts. ossee
Schlumberger et al.
Hindiè et al.
al
100 mCi ogni 3-6 mesi
Brown et al.
150 mCi ogni 3-4 mesi
Petrich et al
100 mCi, se TxWBS positivo subito
altri 200 mCI
300 mCi ad intervalli di 3 mesi
Menzel et al
LIMITI DELLE ATTIVITÀ FISSE O
EMPIRICHE
“ … relying or based on practical experience without
references to scientific principles.”
•
•
•
•
Dose al bersaglio non “massimizzata”
Dose all’organo critico non “minimizzata”
Effetto “dose rate” non sfruttato
Dosi sub-letali possono:
- ridurre l’efficacia di attività successive
- dedifferenziare la neoplasia (?)
5.55 - 11.1 GBq (150-300 mCi)
4
Dose al bersaglio?
9
9
9
9
9
9
9
9
9
131I
Dose al midollo (calcoli previsionali)
Paziente di 66 aa, sesso femminile
Tiroidectomia totale nel 1994
pT3 n1a,M+, II Stadio
Pap. varietà follicolare (insulare)
131I terapia (5 cicli in 12 anni)
Attività cumulativa : 35 GBq
Rx torace : piccoli noduli bilaterali
Tg : 18616 ng/ml (TSH < 0.005)
Paziente in buone condizioni
cliniche
TxWBS
150 mCi
Atkins FB et
al.
J Nucl Med
2005;46:129P
Tuttle RM et
al.
J Nucl Med
2006;47:1587
5%
3%
200 mCi
250 mCi
11%
8%
Previsione di Tossicità da 131I
Età del
paziente
200 mCi
250 mCi
< 70 anni
8 15 %
8-15
22%
> 70 anni
22-38%
50%
17%
19%
superamento di 2 Gy con attività fisse vs. età
superamento di 2 Gy al sangue con attività fisse
Inefficacia del trattamento con attività fisse di 131I
RISOLUZIONE
COMPLETA
QUADRO
MIGLIORATO
TERAPIA
INEFFICACE
polmone
268/584 (45,8%)
52/188 (27,7%)
46/188 (24,5%)
osso
32/466 (6,9 %)
66/144 (45,8 %)
78/144 (54,2 %)
linfonodi
116/170 (68,2 %)
12/64 (18,8 %)
8/32 (25 %)
Principali Approcci Dosimetrici
Tuttle RM et al. J Nucl Med 2006;47:1587
E’ POSSIBILE SOMMINISTRARE UN’ATTIVITÀ
TUMORICIDA DI 131I (D > 100GY) SENZA PROVOCARE
TOSSICITÀ MIDOLLARE (< 2Gy) ?
¾Dose Massima al Midollo (met. di Benua)
massima attività di 131I che si può somministrare
Maxon III HR and Smith HS End Metab North Am 19:685-718, 1990
senza avere significativa
g
soppressione
pp
midollare
Si
¾ Dosimetria Quantitativa al Tumore (met. di Maxon)
attività di 131I necessaria per trattare con successo
metastasi linfonodali o a distanza
131I terapia,
probabilmente
“curativa”
No
- EBRT
131I terapia,
probabilmente
- chirurgia
“palliativa”
- wait & see
5
Prospettive Future in Dosimetria
Diffusione di nuove metodologie
9 32 pts. sottoposti ad almeno 1 trattamento a scopo curativo
9 Dosimetria previsionale combinata midollo rosso – tumore
Dosimetria al Memorial Sloan-Kettering Cancer
Center ( New York)
- Distribuzione spaziale della dose assorbita
(istogrammi dose volume, EUD)
- Dosimetria con 124I PET
9Dosimetria su tutti i pazienti con metastasi locali e a
distanza da carcinoma tiroideo
9Metodo utilizzato: Benua-Leeper
9Periodo analizzato: Marzo 1993-Gennaio 1999
9N ° studi dosimetrici : 535 / 328 pts.
976 dosimetrie/anno (6 mese)
9 Endpoint terapeutico: dose assorbita alle mts ≥ 100Gy
9 Dose al midollo (3Gy), ai polmoni (30Gy) = LD5/5 EBRT
9 Attività somministrata da 200-1.040 mCi ( media 597 mCi)
9 In 12 pts. (38%), di cui 9 con mts. ossee, si è ottenuta Tg<1ng/ml
9 Xerostomia di grado medio-moderato
9 Transitoria depressione midollare con spontaneo recovery
9 Nessun sintomo di insufficienza polmonare
Iodio-124
Schema di decadimento: complesso
- 25 transizioni CE
-6
- 97
“
“
positroniche
gamma
Emivita fisica: 4,2 gg.
Disponibilità: recente
Produzione: ottimizzata
Uso: per dosimetria e diagnosi
Dose efficace: 7.0 mSv (74 MBq 124I)
11.0 mSv (185 MBq 131I)
340 mSv (5.550 MBq 131I)
Ruolo di nuovi fattori biologici e fisici
- Basso dose rate e biologically effective dose (BED)
- Effetto bystander
- Radiosensibilità e parametri α, β e μ
- Ritmo di proliferazione cellulare
9 Somministrazione di 131I e.v. in 15-30 min
Sgouros G JNM 2005
J Nucl Med 2003;44:451
124I
Tuttle RM et al. J Nucl Med 2006;47:1587
PET/TC per uso diagnostico
Superiorità rispetto a 131I DxWBS
Risultati analoghi a 131I TxWBS
In pazienti con Tg elevata prima di terapia con 131I
Complementare a 18F FDG-PET/TC
La TC permette identifica lesioni non-iodocaptanti
124I
Analisi quantitativa (L/B ratio, p<0.001)
PET/TC per dosimetria
• Attività massima sicura (met. di Benua)
• Dose alla lesione (met. di Maxon)
- elevato rapporto lesione/fondo
- preciso calcolo dei volumi
131I
TxWBS
124
I PET
6
benua
25-75 MBq 124NaI capsule
maxon
124I
prelievi ematici
PET/TC
(2,4,24,48,72,96h)
(4,24,48,72,96h)
volume delle lesioni ed
conteggi WB
(2,4,24,48,72,96h)
dose al sangue
attività accumulata
Dose alle lesioni
dose assorbita stimata
alle singole lesioni per
GBq di 131I somministrato
Bassa
dose
Attività max sicura
attività stimata di 131I tale da
non somministrare più di 2 Gy
al midollo osseo
con l’obiettivo di somministrare più di 100Gy alle lesioni
senza eccedere la dose di 2 Gy al midollo osseo
Ringraziamenti:
Alta
dose
Determinazione dell’attività di 131I
…when you
cannot
express it in
numbers, your
knowledge is
of a meagre
and
unsatisfactory
kind…
M. Salvatori (Univ Cattolica)
Lord Kelvin
E. Brianzoni (Osp Macerata)
L. Tagliabue (AO San Paolo)
M. Lecchi (UNIMI)
M.C. Gilardi (CNR-UNIMIB)
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