Transcript Ponencia_MicroPET _JMMarti

micro-PET
Josep M Martí-Climent
Clínica Universidad de Navarra
Pamplona, España
micro-PET
1. Necesidades
2. Evolución del tomógrafos micro-PET
3. Tecnología
4. ¿Analizamos la imagen?
Índice
micro-PET
1. Necesidades
2. Evolución del tomógrafos micro-PET
3. Tecnología
4. ¿Analizamos la imagen?
Índice
¿Por qué la imagen PET de pequeños animales?
18F-FHBG
1,4
1,2
%ID/g
1,0
PET-CUN
tk
LacZ
0,8
AdCMVLacZ
0,6
AdCMVtk
0,4
0,2
0,0
0
10
20
30
40
tiempo (min)
50
60
hígado
riñones
vejiga
Ecat HR+
Peñuelas, Molecular Imaging and Biology, 2003
¿Por qué la imagen PET de pequeños animales?





Misma tecnología que en estudios con humanos
Técnica no invasiva que permite estudios longitudinales
Técnica CUANTITATIVA
Auténtica imagen molecular: muestra la fisiopatología in vivo
Alta sensibilidad
Estudios con
animales
Biología &
Bioquímica
INVESTIGACIÓN TRASLACIONAL
Imagen PET
Estudios con
pacientes
Necesidades
PET de personas a animales
Resolución
Hombre
Rata
Ratón
70000 g
300 g
30 g
102 - 103
FWHM
10 mm
< 1 mm
Volumen sujeto
Resolución volumétrica
Sensibilidad
Determina
Señal / Ruido
Eficiencia perfecta
+4p
PET de animales
x 200
x 1000
x 30
Nº detecciones
Resolución volumétrica
PET de personas
0.3%
2D
4%
3D
Aumento de la actividad
Mejor reconstrucción, optimización estadística
¿Qué animales?
Necesidades
Mosaic, PET-CUN
micro-PET
1. Necesidades
2. Evolución del tomógrafos micro-PET
3. Tecnología
4. ¿Analizamos la imagen?
Índice
Evolución
Mercadillo de lo equipos PET
P4
(Concorde/Siemens)
Inveon (Siemens)
Focus
(Concorde/Siemens)
nanoScan PET/CT
(Mediso)
Mosaic
(Philips)
SuperArgus
(Sedecal)
nanoScan PET
(Bioscan)
Clear-PET
(Raytest)
Albira
(Oncovisión)
(Bruker)
LabPET TriumphTM
(GE)
VECTor
(Milabs)
Evolución
Características de los equipos PET
Concorde Concorde Siemens
Siemens
Raytest
Philips
Siemens
Clear
PET
LYSO
/LuYAP
Bloque
8x8
Phoswich
Mosaic
mCT
GSO
LSO
Pixelado
Lógica
Anger
Bloque
12x12
R4
P4
Focus
120
Focus
220
Cristal
LSO
LSO
LSO
LSO
Diseño
Bloque
8x8
Bloque
8x8
Bloque
12x12
Bloque
12x12
Electrónica
PS-PMT
PS-PMT
PS-PMT
PS-PMT
PS-PMT
PMT
PMT
Tamaño
(mm)
2.1x2.1
x10
2.2x2.2 1.51x1.51 1.51x1.51
x10
x10
x10
2.0 x 2.0
x(10+10)
2.0x2.0
x10
4.0x4.0
x20
Nº cristal
6144
10752
13824
24192
10240
14456
32448
Anillo (cm)
15
26.1
15
26
13.7
21
84.2
10
19
10
19
--
12.8
70
7.8
7.8
7.6
7.6
11.0
12.0
21.8
Knoess,
2003
Tai,
2001
Kim,
2007
Tai,
2005
Ziemons,
2005
Huisman,
2007
Marti,
2013
Tx FOV
(cm)
Ax FOV
(cm)
Referencia
Evolución
Características de los equipos PET
Siemens
GE
GE
Inveon
eXplore
Vista
LYSO/
GSO
Bloque
13x13
Phoswich
LabPET
8
LYSO/
LGSO
Cristal
LSO
Diseño
Bloque
20x20
Electrónica PS-PMT
Gamma
Medica
Bioescan
Carestream Suinsa
Mediso
X-PET
nanoPET
Albira
VrPET
BGO
LYSO
LYSO
LYSO
Phoswich
Bloque
8x8
12 Módulos Continuo
81x39
pirámide
Bloque
30x30
PS-PMT
APD
PMT
PS-PMT
PS-PMT
PS-PMT
Tamaño
(mm)
1.5x1.5
x10
1.45x1.45
x(7+8)
2.0x2.0
x(14+14)
2.32x2.32
x 9.8
1.12x1.12
x 13
40x40
x10
1.4x1.4
x12
Nº cristal
25600
6084 x 2
6144 x 2
11520
37908
8
3600
Anillo (cm)
16.1
11.8
16.2
16.5
18.1
21
14
10
6.7
10
10
12.3
12.8
12.7
4.8
7.5
11.6
9.5
12.0
4.56
Visser,
2009
Wang,
2006
Prassad,
2011
Prassad,
2010
Szanda,
2011
Sánchez,
2012
Lage,
2008
Tx FOV
(cm)
Ax FOV
(cm)
Referencia
Argus,
Sedecal
Gamma
Medica
micro-PET
1. Necesidades
2. Evolución del tomógrafos micro-PET
3. Tecnología
4. ¿Analizamos la imagen?
Índice
Tecnología
Centelleadores
Material
Densidad Nº Atómico
(g/cm3)
efectivo
(Z)
m
a 511 keV
(cm-1)
Constante
decay
(ns)
Intensidad
(% relativa
a NaI)
l
(nm)
NaI(Tl)
3.67
51
0.35
230
100
410
BGO
7.13
75
0.95
300
15
480
BaF2
4.88
53
0.45
2
12
220, 310
LSO
7.40
65
0.86
40
75
420
LYSO
7.10
64
0.83
40
75
420
LGSO
7.23
65
0.84
60
40
420
GSO
6.71
59
0.70
60
30
430
YSO
4.45
36
0.36
70
45
550
YAP
5.55
32
0.37
27
40
350
LuAP
8.34
64
0.87
17
30
365
Tecnología
Fotomultiplicadores
PS-PMT
Luz emitida
durante
losfirst
primeros
100 ns:
Light emitted
during the
100 ns:
LSO 69%; Nal 35%; GSO 19.8%; BGO 4.3%
LSO 69%; NaI 35%; GSO 19.8%; BGO4.3%
Luz
PMT
Light Characteristics of LSO
Tiempo en ns después de la
excitación a 511 keV
1
Siemens Medical Solutions
Innovation is i
Molec
Fotomultiplicadores - Fotodiodos
PS-PMT
PD
Tecnología
Fotón centelleador
-V
capa-p
región-i
+
depleción
200-500 mm
+
-
Pares
electrónagujero
capa-n
 Malla fina
 Estructura de dinodos en
canales metálicos
preamplificador
APD
 Alta tensión
 Proceso de avalancha
8 x 4 Elementos
1.6 x 1.6 mm
Tecnología
Resolución
Factor
FWHM
Ancho del cristal
d
*
0 acopla. Individual
2.2 mm (L. Anger)
Lógica Anger
No colinealidad
180o  0.25o
Rango del positrón
Reconstrucción
Paralaje
d/2
1.3 mm (cabeza)
2.1 mm (corazón)
*
e+
e+
e+
*
e+
0.5 mm (18F)
4.5 mm (82Rb)
variable
FWHM = 1.25 [ (d/2)2 + b2 + (0.0022 D)2 + r2 +p2] 1/2
Tecnología
Resolución
Resolución vs tamaño cristal
R4
R4
Focus 120
FOCUS120
120
Focus
Tamaño cristal
2.1 x 2.1 x 10
1.5 x 1.5 x 10
Knoess, 2003
Kim, 2007
Resolución
Tecnología
Resolución vs tamaño cristal
Goertzen, 2012
Tecnología
Resolución
Resolución Radial: Efecto de paralaje
Se desconoce la profundidad de la interacción
R4
LOC
Fotones
Knoess, 2003
Función de:
 Radio del equipo
 Profundidad del detector
 Posición radial de la fuente
 Material del detector
Tecnología
Resolución
Profundidad de interacción (DOI)
1. Discriminación de altura de pulsos
2. Discriminación de forma de pulsos
3. Razón de señales con fotodetectores
4. Medida de la dispersión de la luz
Albira
Tecnología
Resolución
Profundidad de interacción (DOI)
Tamaño cristal (mm)
1.45 x 1.45 x 7 LYSO
1.45 x 1.45 x 8 GSO
eXplore Vista
Wang, 2006
SuperArgus (Sedecal)
Tecnología
Resolución
Reconstrucción
FORE-FBP
3D OSEM
Ratón 26 g 11 MBq FDG
Ratón 29 g 11 MBq F-18
eXplore Vista
Wang, 2006
Tecnología
Sensibilidad
e = (1 – e-md) F
m
F
d
Coeficiente de atenuación
Fracción de fotones dentro de
la ventana (350-650 keV)
Espesor del cristal
W = 4 P sen (tan-1 (A/D))
A
D
Campo axial
Diámetro del anillo
d
D
A
Tecnología
Sensibilidad
Sensibilidad total (%)
3
2.5
1
0.8
2
0.6
1.5
0.4
1
0.5
0
0.2
0
Inveon
Bao, 2009
Sensibilidad
Aumenta con:
 Ventana energía mayor
Ligero aumento con ventana coincidencia mayor
Ventana de coincidencia
2.808, 3.432, 4.056 y 4.680 ns
350–625 keV
 Variación menor del 1.5 %
Tecnología
Focus 120
Kim, 2007
Inveon
Bao, 2009
Fracción de dispersión
Tecnología
Disminuye con:
 Ventana energía menor
 Maniquí menor
No depende de ventana coincidencia
En equipo microPET
 La mayor fuente de la radiación dispersa es el estativo!!!
Focus 220
Tai, 2005
Yang, 2006
Calidad de la imagen
Tecnología
Coeficiente de recuperación (P4)
Inveon
Bao, 2009
Goertzen, 2012
Reconstrucción
Tecnología
10 MBq FDG
30 min adquisición
nanoScan
Bioscan
Tecnología
Calibración y tiempo muerto
1,6
Factor tiempo muerto
1,5
rat
mouse
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
0,0E+00
2,0E+06
4,0E+06
6,0E+06
8,0E+06
1,0E+07
Average singles (cps)
Factor de calibración
NAC
Datos imagen (cpm)  nCi/mL 43.3
Ratón
Rata
AC
23.7
F x L (mm)
30 x 70
60 x 150
Mosaic
PET-CUN
PET-SPECT simultáneo
Tecnología
Clustered Multi Pin-hole
3 NaI(Tl)
59.5 x 47.2 x 0.95 cm
PET
F-18-FDG
Ratón, 60 min con
37 MBq 18F-FDG
29 MBq 123I-FP-CIT
Goorden, 2010
SPECT
I-123-FP-CIT
VECTor, Milabs
micro-PET
1. Necesidades
2. Evolución del tomógrafos micro-PET
3. Tecnología
4. ¿Analizamos la imagen?
Índice
Análisis de la imagen
Estudio semicuantitativo
¿Cómo medir de la perfusión en animales operados?
¿Qué radiofármaco?
13N-amonio
¿Qué protocolo?
Estudios dinámicos y curvas actividad-tiempo
Estudios estáticos: 10 min incorporación + 10 adquisición
¿Cómo cuantificar? Dibujo ROIs en extremidades
Ratio de actividades
A
B
C
day +1
D
day +7
E
day +14
day +30
Peñuelas et al. J Nucl Med, 2007
Análisis de la imagen
Estudio cuantitativo
18FDG
¿Cómo cuantificar la función cardíaca?
 Puesta a punto de protocolo
 Creación de mapas polares
 Valoración semi-cuantitativa
 de extensión
 de evolución de IM
2d
7d
14d
30d
Validación
Peñuelas et al. Nuklearmedizin, 2007
Análisis de la imagen
Nuevas herramientas
¿Cómo cuantificar?
Modelo de enfermedad
de Parkinson en
Macaca fascicularis
18F-DOPA:
metabolismo de
dopamina
18F-DOPA
11C-DTBZ:
ligando del
transportador
VMAT2
11C-DTBZ
Control
Asymptomatic
Recovered
Moderate
Severe
Blesa et al. Neurobiol Dis, 2010
Nuevas herramientas
Análisis de la imagen
¿Cómo cuantificar?
3
Imágenes
originales
2
NORMALIZACIÓN
ESPACIAL
+
1
0
T-score
PLANTILLAS
VOIs
SPM
T-score
estandarizadas
Plantilla RM
Problema: no existen plantillas
para nuestro modelo animal
Solución: creación de plantillas
Plantilla
18F-DOPA
de RM y PET propias
Plantilla
11C-DTBZ
Collantes, Prieto, et al. Neuroimage, 2009
Análisis de la imagen
Nuevo radiofármaco
18F-Tetrafluoroborato
Importancia de la especie
RATA
RATÓN
4
20
20
thyroid
thyroid
stomach
glandular
stomach
wall
0 SUV
SUV
0
SUVmax
SUVmax
0 SUV
Collantes et al, Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2011
Análisis de la imagen
Nuevo radiofármaco
18F-Tetrafluoroborato
Estudio dosimétrico
DOSIS EQUIVALENTE
Órgano
Dosis (mSv/MBq)
Estómago
65,0
Tiroides
42,5
Pared vejiga
26,0
Riñones
22,5
Pulmones
19,2
Páncreas
17,8
Dosis efectiva
0,02 mSv/MBq
Martí-Climent et al. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2012
Conclusiones
Equipo microPET
Agradecimientos
Optimizar
1.Resolución
2.Sensibilidad
Análisis de la imagen/ los estudios
Trabajo de equipo
micro-PET
Josep M Martí-Climent
Clínica Universidad de Navarra
Pamplona, España
Tecnología
Ritmo de sucesos
Maniquí de Ratón
True
NEC
Scater
Random
Maniquí de Rata
Goertzen, 2012
Mosaic
Huisman, 2007
NECR
Mayor
 A mayor sensibilidad
 A mayor campo axial
Pico a mayor actividad
 A diámetro mayor