SPECT CARDIAC SCANNERS

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1 QUALI RICHIESTE ALLO SPECIALISTA IN FISICA MEDICA IN MEDICINA NUCLEARE Prof. Giovanni LUCIGNANI MEDICINA NUCLEARE E IMAGING MOLECOLARE DIAGNOSI E TERAPIA Oncologia Cardiologia Endocrinologia Neurologia.. TECNOLOGIE BIOMEDICHE CHIMICA BIOLOGIA BIOCHIMICA PET/CT SCANNERS UNIVERSITÀ di MILANO Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biomediche, Sezione di Scienze Radiologiche A.O. San Paolo Dipartimento dei Servizi Diagnostici, U.O. Medicina Nucleare Associazione Italiana di Medicina Nucleare e Imaging Molecolare FISICA FARMACOLOGIA FISIOLOGIA Discovery ST,STE,RX BGO- LYSO 4.7x6.3x30mm 3 4.2x6.2x30mm 3 2D/3D (septa) 15.7cm axial FOV 8, 16, 64 slice CT Biograph 6,40,64 LSO 6.4x6.4x25mm 3 4.0x4.0x20mm 3 3D only (no septa) 21.8cm axial FOV 6, 40, 64 slice CT Gemini GLX, TF GSO- LYSO 4.0x4.0x30mm 3 4.0x4.0x22mm 3 3D only (no septa) 18cm axial FOV 6, 16, 64 slice CT RISPOSTA AL TRATTAMENTO [ 18 F]FDG-PET/TC in soggetto di 61 anni con tumore polmonare. SPECT CARDIAC SCANNERS A) Stadiazione pre-rt B) Dopo 50 Gy C) 3 mesi dopo RT Contornamento delle aree ipermetaboliche PET sull immagine TC. Diminuzione progressiva delle dimensioni dell area ipermetabolica. D SPECT 90 geometry Pixelated CZT 2.46x2.46x5mm Parallel Hole collimator Rotating detectors 4.36mm FWHM 2-4min acquisition CARDIUS ACT 3 Head 180 Pixelated CsI(Tl) 6.1x6.1x5mm SiPM Fan beam collimator Rotating chair 7.5min acquisition X ray Tube CardiArc 3 Head Curved NaI large crystals PMT array Anger logic Curved collimator Rotating collimator 3.6mm 3-4min acquisition Alcyone 180 geometry Pixelated CZT - Focused collimator 3-5mm FWHM 5min acquisition (64 MDCT) Messa et al. Q J Nucl Med Mol Imaging

2 PET/MRI FULLY INTEGRATED BASED ON APDs Imaging Molecolare: Tecnologia di imaging Sviluppo poderoso! Imaging multimodale Acquisizioni 4/5D La caratterizzazione iniziale del tumore valutazione della risposta al trattamento effettuate visivamente non sono ormai più sufficienti. BJ PICHLER,, Eur Radiol, 2007 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! "In physical science the first essential step in the direction of learning any subject is to find principles of numerical [ 18 F]FDG-PET: analisi quantitativa del metabolismo del glucosio 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 measure what you are speaking about, and express it in numbers, you know something about it; but when you cannot measure it, when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a Tumor Ac, SUV = Ao M tissue SUV: Standardized Uptake Value A c,tissue : Concentrazione di attività nel volume di interesse M Ao : Attività iniettata meagre and unsatisfactory kind; it may be the 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", ] William Thomson Lord Kelvin richiede: Assunzioni sulla composizione del volume biologico Acquisizioni dinamiche con buona statistica di conteggio Campionamenti di sangue arterioso M: Massa del paziente L impiego del SUV permette di: paragonare le differenze di captazione tra diverse regioni del corpo paragonare esami PET successivi dello stesso paziente elaborare una strategia per il monitoraggio della risposta al trattamento 2

3 Il SUV come biomarker basato sulle immagini PET? 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. Perché il SUV possa essere un biomarker deve: essere un indice riproducibile differenziare responders e non-responders alla terapia Il SUV dipende in modo critico da: EFFETTO DI VOLUME PARZIALE Procedura di ricostruzione delle immagine PET CT Correzioni e filtrazioni applicate Sfere da 10, 12, 16, 22, 28 e 34 mm alle immagini Il SUV dipende in modo critico da: TEMPO DI CAPTAZIONE DEL TRACCIANTE Accuratezza della misura della attività iniettata Accuratezza nella registrazione dell orario di iniezione Soret et al. J Nucl Med Approcci per la determinazione del SUV 1) Variabilità tra gli operatori 2) Differenze tra responders e non-responders 100% SUV max 33 pazienti con osteosarcoma o sarcoma dei tessuti molli, sottoposti a indagine [ 18 F]FDG-PET/TC prima e dopo chemioterapia SUV max SUV peak >SUV mean >TBR>SUV auto SUV peak Qual è il metodo migliore affinché il SUV sia un biomarker tumorale? SUV mean TBR=SUV max /BG 50% SUV auto Pixel SUV max SUV auto(50%) <SUV peak <SUV mean < TBR Benz et al. J. Nucl Med Benz et al. J. Nucl Med pazienti con osteosarcoma o sarcoma dei tessuti molli, sottoposti a indagine [ 18 F]FDG-PET/TC prima e dopo chemioterapia 3

4 ... perché il SUV dipende in modo critico anche dall eterogeneità della massa tumorale: stato di perfusione e ossigenazione del tumore disponibilità e offerta di substrati metabolici presenza di tessuto necrotico o di cicatrici presenza di cellule normali, di elementi legati ad Infiammazione (es. linfociti e macrofagi), di sangue o secrezioni del tumore Imaging Molecolare: Metodologia e analisi dati Sviluppo incerto Quantificazione vs. Strategie d imaging semplificate Interpretazione visiva vs. analisi quantitativa Validazione clinica Outcome! Diagnostica descrittiva e probabilistica Scarsa personalizzazione Terapia del Carcinoma Tiroideo Chirurgia, RGS LT4 wait and see embolizzazione EBRT, IMRT rhtsh,litio,etc. I attività fisse (empiriche) I attivita calcolata (dosimetria) Rt esterna RF,laser, stents, etc. Terapia delle metastasi attività fisse o empiriche GBq ( mci) Attività Fisse nella Terapia delle Metastasi Beierwaltes et al. Schlumberger et al. Hindiè et al. Brown et al. Petrich et al Menzel et al mci mts. linfonodali mci mts. polm 200 mci mts. ossee 100 mci ogni 3-6 mesi 150 mci ogni 3-4 mesi 100 mci, se TxWBS positivo subito altri 200 mci 300 mci ad intervalli di 3 mesi 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 (?) 4

5 Dose al bersaglio? Dose al midollo (calcoli previsionali) Previsione di Tossicità da I ITxWBS Paziente di 66 aa, sesso femminile Tiroidectomia totale nel 1994 pt3 n1a,m+, II Stadio Pap. varietà follicolare (insulare) I terapia (5 cicli in 12 anni) Attività cumulativa : 35 GBq Rx torace : piccoli noduli bilaterali Tg : ng/ml (TSH < 0.005) Paziente in buone condizioni cliniche Atkins FB et al. J Nucl Med 2005;46:129P Tuttle RM et al. J Nucl Med 2006;47: mci 200 mci 250 mci 5% 11% 17% 3% 8% 19% superamento di 2 Gy al sangue con attività fisse Età del paziente 200 mci 250 mci <70anni 8-15 % 22% > 70 anni 22-38% 50% superamento di 2 Gy con attività fisse vs. età Tuttle RM et al. J Nucl Med 2006;47:1587 Inefficacia del trattamento con attività fisse di I 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 %) Maxon III HR and Smith HS End Metab North Am 19: , 1990 Principali Approcci Dosimetrici Dose Massima al Midollo (met. di Benua) massima attività di I che si può somministrare senza avere significativa soppressione midollare Dosimetria Quantitativa al Tumore (met. di Maxon) attività di I necessaria per trattare con successo metastasi linfonodali o a distanza E POSSIBILE SOMMINISTRARE UN ATTIVITÀ TUMORICIDA DI I (D > 100GY) SENZA PROVOCARE TOSSICITÀ MIDOLLARE (< 2Gy)? Si I terapia, probabilmente curativa I terapia, probabilmente palliativa No - EBRT - chirurgia -wait& see 5

6 32 pts. sottoposti ad almeno 1 trattamento a scopo curativo Dosimetria previsionale combinata midollo rosso tumore Endpoint terapeutico: dose assorbita alle mts 100Gy Dose al midollo (3Gy), ai polmoni (30Gy) = LD 5/5 EBRT Somministrazione di I e.v. in min Attività somministrata da mci ( media 597 mci) In 12 pts. (38%), di cui 9 con mts. ossee, si è ottenuta Tg<1ng/ml Xerostomia di grado medio-moderato Transitoria depressione midollare con spontaneo recovery Nessun sintomo di insufficienza polmonare JNuclMed2003;44:451 Prospettive Future in Dosimetria Diffusione di nuove metodologie - Distribuzione spaziale della dose assorbita (istogrammi dose volume, EUD) - Dosimetria con I PET 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 Sgouros G JNM 2005 Dosimetria al Memorial Sloan-Kettering Cancer Center ( New York) Dosimetria su tutti i pazienti con metastasi locali e a distanza da carcinoma tiroideo Metodo utilizzato: Benua-Leeper Periodo analizzato: Marzo 1993-Gennaio 1999 N studi dosimetrici : 535 / 328 pts. 76 dosimetrie/anno (6 mese) Tuttle RM et al. J Nucl Med 2006;47:1587 Iodio- Schema di decadimento: complesso - 25 transizioni CE - 6 positroniche - 97 gamma Emivita fisica: 4,2 gg. Disponibilità: recente Produzione: ottimizzata Uso: per dosimetria e diagnosi Dose efficace: 7.0 msv (74 MBq I) 11.0 msv (185 MBq I) 340 msv (5.550 MBq I) I PET/TC per uso diagnostico Superiorità rispetto a IDxWBS Risultati analoghi a ITxWBS In pazienti con Tg elevata prima di terapia con I Complementare a 18 F FDG-PET/TC La TC permette identifica lesioni non-iodocaptanti I PET/TC per dosimetria Attività massima sicura (met. di Benua) Dose alla lesione (met. di Maxon) - elevato rapporto lesione/fondo - preciso calcolo dei volumi Analisi quantitativa (L/B ratio, p<0.001) ITxWBS I PET 6

7 maxon I PET/TC (4,24,48,72,96h) volume delle lesioni ed attività accumulata Dose alle lesioni dose assorbita stimata alle singole lesioni per GBq di I somministrato MBq NaI capsule prelievi ematici (2,4,24,48,72,96h) dose al sangue benua conteggi WB (2,4,24,48,72,96h) Attività max sicura attività stimata di I tale da non somministrare più di 2 Gy al midollo osseo Determinazione dell attività di I con l obiettivo di somministrare più di 100Gy alle lesioni senza eccedere la dose di 2 Gy al midollo osseo Bassa dose Alta dose when you cannot express it in numbers, your knowledge is of a meagre and unsatisfactory kind Lord Kelvin Ringraziamenti: M. Salvatori (Univ Cattolica) E. Brianzoni (Osp Macerata) L. Tagliabue (AO San Paolo) M. Lecchi (UNIMI) M.C. Gilardi (CNR-UNIMIB) 7