PET – POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY PROFESSOR RODRIGO PENNA.

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PET – POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY

PROFESSOR RODRIGO PENNA

Professor Rodrigo Penna

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Blog: www.quantizado.blogspot.com

Link para currículo no Sistema Lattes:http://lattes.cnpq.br/6150368513460565

EMAILsprofessorrodrigopenna@yahoo.com.br

penna@nuclear.ufmg.br

INTRODUÇÃO

Os exames PET são relativamente recentes, e a técnica vem sendo implementada com maior destaque a partir da década de 90.

Na verdade, o PET é uma das técnicas de um conjunto que é chamado de Medicina Nuclear.

Envolve uma tecnologia sofisticada e, claro, altos custos e investimento pesado.

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A FÍSICA

Desde o início do século XX já se propunha a existência da chamada antimatéria: a cada partícula corresponderia uma antipartícula irmã.

O pósitron é a antipartícula do elétron.Possuem a mesma massa (pequena) e

cargas iguais e opostas: como o nome já sugere, o pósitron é positivo.

5Professor Rodrigo Penna

ANIQUILAÇÃOQuando um par elétron-pósitron se encontra,

eles se aniquilam, e surgem dois fótons de radiação de energia 511KeV.

Observe que os dois fótonssaem em direções opostas,a partir da aniquilação.O PET se baseia neste princípio.

PRODUÇÃO DE RADIONUCLÍDEOS

Da mesma forma que na Cintilografia (SPECT) é necessário produzir uma fonte de radiação adequada ao exame.

No caso do PET, o radioisótopo é produzido com um acelerador Ciclotron.

No Brasil, o IPEN cuida da produção em São Paulo.

Não dá tempo! (meia-vida muito curta!) de transportar para outro estado. O exame tem que ser feito lá mesmo.

ESQUEMA DO CICLOTRON

OS CICLOTRONS - BrasilI - Produção e Injeção: Ocorre a formação de íons negativos (plasma) e são injetados axialmente no interior, precisamenteno centro da câmara de aceleração (tanque). Esta etapa é constituída principalmente pelo Sistema de Fonte de Íons e de Injeção;II - Aceleração e Extração: Os íons são colocados em movimento circular e acelerados, fornecendo energia aos íons negativos. Em seguida são transformados em íons positivos, e então extraídos do tanque numa órbita específica. Esta etapa é constituída pelos sistemas Magnético, de Radiofreqüência e de Extração.III - Transporte: Nesta etapa os íons positivos extraídos são conduzidos através das Linhas de Transporte de Feixe até o alvo específico. Esta etapa é constituída pelo Sistema de Transporte de Feixe;IV. Preparação e Irradiação: São realizados os preparativos de montagem do porta-alvo específico e o respectivo bombardeamento com íons positivos (feixe de prótons) do material-alvo a ser irradiado, resultando no radioisótopo. Esta etapa é constituída pelo Sistema de Porta-Alvos.

CICLOTRON AUSTRÁLIA

Atualmente, mais de 120 ciclotrons para aplicação médicase encontram em operação espalhados pelo mundo. 3 naAustrália.

OS RADIONÚCLIDEOS

Radionuclides Nuclear reaction Production yield

Oxygen-15 14N(d,n)15O 300mCi (12GBq)

Nitrogen-13 16O(p,)13N 100mCi (4GBq)

Carbon-11 14N(p,)11C 800mCi (32GBq)

Fluorine-18 18O(p,n)18F 800mCi (32GBq)

AUSTIN, AUSTRÁLIA

Produzidos num ciclotron com feixe de prótonsde 10MeV ou feixe de dêuterons de 5MeV.

CURVA DE ESTABILIDADE

OS RADIOFÁRMACOSRadiotracers & radiopharmacuticals Examples of biomedical applications

15O-oxygen oxygen metabolism15O-carbon monoxide blood volume15O-carbon dioxide blood flow15O-water blood flow13N-ammonia blood flow18F-FDG glucose metabolism18F-FMISO hypoxic cell tracer11C-SCH23390 dopamine DI receptor11C-flumazenil benzodiazepine receptor

A RADIOFARMÁCIAAPARELHAGEM SOFISTICADA

MEIA-VIDA T1/2 MUITO CURTA!Observe na tabela a meia-vida de cada

radioisótopo utilizado em PET.Seus valores são de fato muito baixos

para que possam ser transportados para longe do local de produção.

UTILIZAÇÃO DO PET - 1

Estudo da viabilidade do miocárdio (Austin).

Pacientes com conhecida e diagnosticada doença aguda no coração.

A técnica PET demonstrou maior eficiência que a cintilografia com Tálio (SPECT) no diagnóstico da viabilidade do miocárdio.

Neurociência e Psiquiatria.Estudo para o entendimento da bioquímica

dos processos e funções cerebrais (sofisticados!).

Epilepsia, doenças neurodegenerativas como os conhecidos mal de Alzheimer e Parkinson.

Tem sido usado para estudo do metabolismo em áreas específicas do cérebro.

Oncologia.Permite o estudo do metabolismo tumoral.Diagnóstico de vários tipos de tumores em

estágios iniciais, o que potencializa em muito os prognósticos positivos de tratamento.

Tem sido usado em estudos e testes para novas drogas contra o câncer.

PRINCÍPIOS BÁSICOS - 1

DESCRIÇÃO - 1

Um radiofármaco específico é produzido e administrado no paciente.

Dentro do paciente, um núcleo pai sofre um decaimento +: 1 próton decai em 1 nêutron, 1 pósitron e um neutrino.

O pósitron encontra um elétron e sofre uma aniquilação.

Dois fótons de 511KeV são emitidos.

PRINCÍPIOS BÁSICOS - 2

DESCRIÇÃO - 2

Numa câmara PET, os detectores (cristais cintiladores como na cintilografia!) são construídos em posições opostas.

Os cristais opostos detectam então as chegadas dos dois fótons de 511KeV emitidos em sentidos opostos.

Somente os eventos coincidentes são contados para efeito de geração de imagem.

OS CRISTAIS DETECTORESAo contrário da Cintilografia, onde se usa

mais comumente o NaI(Tl), muitos sistemas PET atualmente usam o cristal de germanato de bismuto (Bi4Ge3O12 – BGO).

Suas vantagens são uma maior eficiência para os fótons de 511KeV do PET.

Apesar de sua saída de luz ser de apenas cerca de 12 a 14% do NaI(Tl), o BGO é mais denso e tem e tem um maior peso atômico.

CORREÇÃO DA ATENUAÇÃO

DESCRIÇÃO - 3Após a aniquilação, os dois fótons opostos

não percorrem caminhos iguais no interior do paciente: um deles sempre vai enfrentar um caminho maior e neste trajeto sofrer uma maior atenuação.

Este efeito precisa ser levado em conta. Cálculos matemáticos sofisticados, realizados por computador, corrigem este efeito para melhorar a qualidade da imagem.

ERROS NAS CONTAGENS

LOR = LINHA DE RESPOSTA, em inglês.

DESCRIÇÃO - 4Um outro efeito que pode contribuir para a

perda de qualidade da imagem a ser gerada é que nem sempre os detectores contam um evento (aniquilação) corretamente.

Isto pode ocorrer por espalhamento do fóton ou até aleatoriamente, isto é, por coincidência.

Assim, este problema também precisa ser tratado.

COLIMADORES - 1

COLIMADORES - 2

Os efeitos devidos aos espalhamentos dos fótons podem ser minimizados através do uso de colimadores.

A programação do computador, para cada tipo diferente de imagem a ser gerada, pode contabilizar como verdadeira e correta as contagens para determinados colimadores.

Podem ser geradas imagens bi ou tridimensionais.

DESCRIÇÃO - 5

AS CÂMARAS PETAUSTRÁLIA

Austin & Repatriation Medical CentreProfessor Rodrigo Penna

MAIS CÂMARAS

O EXAME

PET - CT

A grande vantagem de PET em relação à cintilografia convencional e aos demais exames de diagnóstico por imagem como Tomografia Computadorizada,

Ressonância e Ultra-som, é que o método é capaz de detectar com enorme precocidade mínimas

áreas de tumor (até 4 mm) que não podem ser vistas nos demais exames, senão tardiamente, quando o tumor já apresenta grandes dimensões e portanto

maior gravidade para o paciente.

Apesar das imagens de PET serem altamente informativas da presença do tumor, muitas vezes não

se consegue identificar com precisão a localização das mesmas em um determinado órgão. Os aparelhos de PET de última geração foram portanto concebidos

híbridos, isto é, com a associação em um mesmo equipamento, do PET que é chamado de um método metabólico com um tomógrafo convencional (CT) que

é um método morfológico. Tal associação (PET + CT = PET-CT) permite então que se localize com grande

precocidade e com alta precisão as pequenas lesões tumorais.

INFORMAÇÕESCusto: US$4.000 (USA); R$3.000 aqui.Exame diagnóstico por imagem que mais

cresceu nos EUA nos últimos 2 anos.Apesar de caro, estudos demonstram uma

boa relação custo benefício. Afinal, o PET pode ajudar a evitar biopsías e outros procedimentos invasivos, como cirurgias.

Nos EUA a economia chega a milhões de dólares!

IMAGENS – Falso positivo! Paciente mujer de 45 años de edad sometida a cuadrantectomía y linfadenectomía por carcinoma de mama

izquierda. Recibió quimio y radioterapia posteriormente. Ante elevación de marcadores tumorales se realiza PET-FDG mostrando captaciones en porción anterior de bases de ambos hemitórax próximos a mediastino no confirmadas en TAC y con ecocardiograma normal.

Un nuevo PET-FDG de control con fusión PET-TAC, confirma el origen cardíaco fisiológico de las captaciones iniciales

IMAGEM 2 Paciente de 37 años de edad diagnosticado de linfoma de Hodgkin tipo celularidad mixta estadio clínico II-B

con voluminosa afectación mediastínica. Recibió quimioterapia, y radioterapia de mediastino, con estudios PET-FDG y galio-67 normales. En PET-FDG de control ocho meses después se objetivó lesión hipermetabólica en región paratraqueal inferior izquierda

Los estudios TAC de control fueron normales. PET-FDG a los 3 meses, dentro de la normalidad. La actividad observada en PET-FDG era captación normal en cavidades cardíacas.

SUSPEITA DE REINCIDÊNCIADE CÂNCER RETAL

Carcinoma PulmonarCOMPARAÇÃO ENTRE

IMAGENS

Cintilografia - carcinoma

PET - carcinoma

Carcinoma Epidermoide Faringo-Laringeo

BIBLIOGRAFIA1. Austin & Repatriation Medical Centre, centro médico da Austrália, site

http://www.petnm.unimelb.edu.au/ em 10/11/04.

2. The Essential Physics of Medical Imaging, Bushberg, Seibert, Leidholdt e Boone, Ed. Lippincott Williams & Wilkins - tem na biblioteca da escola.

3. Guia Prático de Medicina Nuclear, tem na biblioteca.

4. IPEN, site http://www.ipen.br/ em 12/11/04.

5. Radioproteção e Dosimetria: Fundamentos, Luiz Tauhata, Ivan P. A. Salati, Renato Di Prinzio e Antonieta R. Di Prinzio, IRD, CNEN. Também está disponível gratuitamente na internet no site http://www.ird.gov.br/tauhata/FundamentosCORv5.pdf (ou http://www.ird.gov.br/) em 08/08/2004.

6. Sociedade Espanhola de Medicina Nuclear, site http://www.semn.es/ em 18/11/04.

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