Grassi PET

CORSO (TC-) PET - RADIOTERAPIA: METODICHE A CONFRONTO NELLA REALTA DELLAZIENDA

PET: caratteristiche tecniche e funzionamento

Elisa Grassi Servizio di Fisica Sanitaria ASMN

Il nostro viaggio Tomografia ad Emissione di Positroni: introduzione alla metodica Qual la sorgente di radiazioni? Come rivelo gli eventi? Isotopi PET

Rivelatori utilizzati in PET

Assetto geometrico di un tomografo PET Il problema dellattenuazione della radiazione allinterno del corpo Caratterizzazione fisica di un tomografo PET Nuove prospettive

+

Isotopi

+

Sintesi Radiofarmaco

Acquisizione e ricostruzione dei dati

Cervello sano

P.F. 70 aa, m, c.a. polmonare




COSE UN POSITRONE? Lemissione di positroni una forma di radioattivit, in cui un protone allinterno di un nucleo atomico trasformato in un neutrone.

p

n+

++

Il positrone una particella che ha stessa massa e spin dellelettrone ma carica opposta: viene emesso dal nucleo con energie variabili da zero fino allenergia massima (Emax) caratteristica di ciascun nucleo.

PROCESSO DI ANNICHILAZIONE

Tomografo PETUn tomografo ad emissione di positroni si bassa sulla rivelazione in coincidenza della radiazione di annichilazione generata dallinterazione tra il positrone emesso da un nucleo radioattivo ed un elettrone della materia circostante.

Principali radioisotopi utilizzati per studi PET e loro caratteristicheRadioisotopo F C 13 N 15 O11 18

Emivita (min) 109.8 20.4 10.0 2.0

Emissione (%) 96.9 99.8 100 99.9

+

Energia cinetica massima di emissione (MeV) 0.633 0.960 1.198 1.732

Breve emivita

Riduzione della dose assorbita Vengono assorbiti e consumati senza essere riconosciuti come estranei

Isotopi dei principali elementi costituenti la materia biologica




Una premessa fondamentale

TIPI DI EVENTI IN PET

Coincidenze vere

Coincidenze casuali

Coincidenze da radiazione diffusa

Quali sono le caratteristiche di un rivelatore IDEALE per sistemi PET ?- elevato numero atomico ed elevata densit, per garantire un elevato potere di frenamento alle radiazione di 511 keV - elevata efficienza di scintillazione, ossia alto fattore di conversione in luce dellenergia dissipata in esso dalla radiazione ionizzante, per una elevata discriminazione energetica ed una stretta finestra temporale - tempo di decadimento della luce emessa sufficientemente breve, per un basso tempo morto del sistema e quindi buone prestazioni in termini di frequenza di conteggio; - elevato potere di trasmissione della luce; - buona facilit di produzione, conservazione e di impiego.

UN PASSO INDIETROIl principio fisico di funzionamento di un cristallo scintillatore pu essere schematizzato dal grafico seguente:

FOTOMOLTIPLICATORE

Segnale elettrico

Rivelatori utilizzati nei sistemi PET

NaI(Tl) Densit (gr/cm 3) Numero atomico effettivo Coeff. di attenuaz. lineare (cm -1) Eff. di scintillazione (% del NaI) Costante di decadimento ( nsec) 3.67 51 0.34 100 230

BGO 7.13 75 0.92 15 300

GSO 6.70 59 0.62 25 56

LSO 7.4 66 0.81 65 40

EFFICIENZA DI RIVELAZIONE 511KeV (%)

82 80 74 50

NaI

BGO

LSO20 mm

GSO20 mm

25.4 mm 20 mm



BGO 7.13 75 0.92 15 300

GSO 6.70 59 0.62 25 56

LSO 7.4 66 0.81 65 40

RISOLUZIONE ENERGETICA

25 mm NaI 3Dcts.

20 mm BGO 3Dcts.

Finestra Energetica utilizzata

Finestra Energetica utilizzata

12 % 20 %

100 200 300 400 500 600 700 800

100 200 300 400 500 600 700 800

keV

keV

RISOLUZIONE ENERGETICA 511KeV (%)

30 20 10

NaI

BGO

LSO

GSO



BGO 7.13 75 0.92 15 300

GSO 6.70 59 0.62 25 56

LSO 7.4 66 0.81 65 40

Maggior capacit di conteggio del sistema, quando accoppiati ad una veloce elettronica di acquisizione




AUMENTO DEL CAMPO DI VISTA ASSIALE

Fine anni 70

Inizio anni 80

Inizio anni 90

Sistemi per Tomografia ad Emissione di PositroniMulti-ringBGO

Blocchi rotanti

Full-ring

Dual-head

NaI

PET multi-ring Cristalli Dimensioni BGO

PET full-ring NaI(Tl)

PET dual-head NaI(Tl) 508 x 39,1 x 15,9 mm

4,0 x 8,1 x 30 mm 500 x 300 x 25 mm 672 per anello 18 anelli 55,0 x 15,2 cm 56 x 25.6 cm

Campo di vista (FOV)

50,8 x 38,1 cm

MODALITA DI ACQUISIZIONE IN PET

2DSETTI DI PIOMBO

3D

Z

Sensibilit 3D = 5*Sensibilit 2D

2D

3Dscatter

sensibilit: 1

5

12 % Risoluzione energetica

Sottrazione della Radiazione diffusa mediante algoritmi matematici

FRAZIONE DI RADIAZIONE DIFFUSA IN MODALITA 3D

Cervello FS: 30%

Torace FS: 50%

NaI(Tl) Wide Area Detector C-Pet (Philips)

BSO e LSO Multi-ring Block CTI, Siemens e GE

GSO Detector Array Allegro (Philips)




ATTENUAZIONE IN PET

IMMAGINE NON CORRETTA PER LATTENUAZIONE

IMMAGINE CORRETTA

VANTAGGI DELLA CORREZIONE PER LATTENUAZIONE

-Miglioramento della localizzazione anatomica e della definizione spaziale del tumore;

-compensazione delle distorsioni geometriche osservate negli studi non corretti;

-possibilit di quantificare la captazione del tracciante

ATTENUAZIONE

D1

X1 X2 Coincidenza

p = exp( x )1 1

p = exp( x ) p = exp( (x + x ))2 2 1 2

D2

Probab. che entrambi i fotoni vengano rivelati

CORREZIONE PER LATTENUAZIONE CALCOLATA LATTENUAZIONE

Ipotesi:

COSTANTE

CORREZIONE PER LATTENUAZIONE MISURATA LATTENUAZIONE

Sorgente puntiforme 137 Cs 662 keV

Sorgente lineare 68Ge + emittente

CORREZIONE PER LATTENUAZIONE MISURATA LATTENUAZIONE Ricordando la legge di attenuazione I=I0exp(- x) BLANK Niente allinterno del campo di vista [I0]

TRASMISSIVA Paziente nel campo di vista [I0exp(- x)]

BLANK I0 ACF = ------------------------- = ----------------- = exp( x) I0exp(- x) TRASMISSIVACoefficienti di correzione per lattenuazione

PET CORREZIONE PER LATTENUAZIONE MISURATA LATTENUAZIONE

BLANK

TRASMISSIVA

Immagine corretta per lattenuazione

Immagine NON corretta per lattenuazione




CARATTERIZZAZIONE FISICA DI UN SISTEMA PET In principali parametri che caratterizzano un sistema PET sono: * Risoluzione Spaziale * Linearit di conteggio * Efficienza di rivelazione * Frazione di radiazione diffusa

Risoluzione Spaziale

La risoluzione spaziale definita dalla FWHM e FWTM dei profili di attivit della sorgente a 1, 5, 10 e 15 cm dal centro nel piano transassiale

La Risoluzione Spaziale dipende da:

Range del positrone Deviazione da 180 della direzione di emissione dei fotoni di annichilazione Dimensione dei rivelatori Inaccuratezza della posizione dovuta allelettronica Metodo di ricostruzione

LEfficienza di rivelazione dipende da:

Lefficienza del materiale rivelatore, basata sulla densit e sullo spessore del cristallo di rivelazione.

La geometria del tomografo, ossia larea attiva del tomografo

SISTEMA PETCRISTALLO

CPET

GE Advance

ECAT HR+

ECAT ACCEL

ALLE GRO

Na(I)500x300x2 5

BGO4.0x8.2x3 0

BGO4.0x4.4x3 0

LSO6.8x6.8x2 0

GSO4.0x6.0x2 0

DIMENSIONI RISOLUZIONE SPAZIALE @10cm EFFICIENZA (Kcps/mCi/cc) FRAZIONE DI RADIAZIONE DIFFUSA (%) 50% TEMPO MORTO (Kcps/mCi)

6.4

5.4

5.4

6.7

5.9

450 25

1060 35

900 36

900 36

> 800 25

0.2

0.9

0.6

>

0.6




TAC

[18F]FDG PET

FUSIONE DI IMMAGINE MEDIANTE MARKERS ESTERNI

Una nuova era I SISTEMI CT-PET

CTRuolo nella diagnosi oncologica precoce e stadiazioneImmagini anatomiche

PET

CT/PET

Immagini funzionali Eccellente nella rivelazione e stadiazione di tumori

Punti di forza Punti di debolezza

Visualizzazione di fini dettagli, eccellente nella localizzazione del tumore Non molto sensibile e specifica nella rivelazione e stadiazione di tumori.

Combina i punti di forza di PET e CT

Una volta rivelato il tumore, la localizzazione per il trattamento difficile

Aspetti tecnici e protocolli da ottimizzare

Anatomia

Attivit metabolica

Attivit metabolic + anatom

Cosa vedi

TAC-PET

VANTAGGITempi ridotti di esame Migliore qualit delle immagini PET (correzione per attenuazione, ricostruzione) Accurata interpretazione delle immagini funzionali PET sulla base delle immagini anatomiche TAC (correlazione anatomo-funzionale) Diagnosi integrata PET-TAC

AMBITI DI STUDIOASPETTI TECNICI Interferenza tra i due tomografi (es. temperatura) Contaminazione 511 keV su immagini CT PROTOCOLLO DI ACQUISIZIONE Condizioni di respiro Posizione delle braccia ELABORAZIONE DELLE IMMAGINI Correzione per attenuazione con CT (calibrazione a 511 keV)

Grazie per lattenzione !

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