La tomografia computerizzata per emissione comprende due metodiche principali: la tomografia a emissione di positroni (PET) e la tomografia a emissione di fotone singolo (SPECT).
Principi di Base
La medicina nucleare utilizza molecole simili a quelle elaborate dal nostro corpo, diverse a seconda dell’organo che si vuole studiare; tali molecole vengono legate a un elemento radioattivo (radioisotopo): il composto ottenuto prende il nome di radiofarmaco. Il radiofarmaco viene introdotto nell’organismo del paziente (per via endovenosa, per bocca o per aerosol) ed emette radiazioni; le radiazioni vengono rilevate e registrate da apposite apparecchiature, le gammacamere, che consentono di visualizzare le zone dell’organismo in cui si è accumulato il radiofarmaco.
La SPECT è simile all’imaging planare (scintigrafia), in quanto utilizza una gammacamera e prevede l’utilizzo di radiofarmaci. Elaborando opportunamente i segnali elettrici che provengono dalla gamma camera si ottengono le immagini tomografiche, ovvero “fotografie” della distribuzione del radiofarmaco su “fette” (strati) virtuali del corpo della persona.
Radiofarmaci: Cosa Sono?
In medicina nucleare si utilizzano, a scopo diagnostico oppure terapeutico, composti chiamati radiofarmaci: sono costituiti da una sostanza dotata di funzioni biologiche e da un particolare tipo di atomo radioattivo, detto radionuclide. La parte biologicamente attiva ha la proprietà di localizzarsi a livello dei tessuti veicolando in essi il radionuclide al quale è abbinata.
I radiofarmaci sono composti chimici che contengono radionuclidi. Un radionuclide è un nucleo atomico instabile che si disintegra, trasformandosi in nuclei più leggeri a seguito di radiazioni particolarmente intense. Esistono radionuclidi naturali e artificiali. Quelli naturali sono ad esempio l’uranio o il radio. I radionuclidi contenuti nei radiofarmaci hanno la funzione di emettere una particolare radiazione in base allo scopo per il quale vengono utilizzati.
Quando un radiofarmaco viene somministrato per l’esecuzione della PET, il radionuclide annesso ha la funzione di rendere visibili le caratteristiche e lo stato di attività dei tessuti nei quali il radiofarmaco va a localizzarsi. I radiofarmaci vengono utilizzati in quantità minime, dettate da linee guida europee e/o internazionali.
Radiazioni e Fotoni Gamma
Un fotone gamma è una radiazione. In fisica si parla di radiazione quando si è in presenza di energia che viene trasportata attraverso lo spazio.
Gli apparecchi SPECT usano gamma-camere per rilevare emissioni gamma dai traccianti iniettati al paziente. I raggi gamma sono un tipo di luce che viaggia con lunghezze d’onda diverse dallo spettro visibile.
Nonostante appartenga alla famiglia dei dispositivi di diagnostica per immagine, la SPECT non emette radiazioni, a differenza delle apparecchiature radiologiche.
Differenze Chiave tra SPECT e PET
Tali metodiche differiscono tra loro per il sistema di rivelazione e per il tipo di radiazioni utilizzate (rispettivamente positroni e fotoni gamma); queste ultime sono comunque raccolte da uno scanner rotante attorno al paziente, elaborate e trasformate in immagini con un processo di ricostruzione computerizzata analogo a quello della TAC.
A differenza della tomografia assiale computerizzata (TAC) e della risonanza magnetica nucleare (RMN), che rendono visibili le caratteristiche strutturali dei tessuti e degli organi e quindi forniscono informazioni di tipo morfologico, la PET da informazioni di tipo funzionale (analogamente a quanto avviene con la scintigrafia).
La differenza principale è che mentre nella TAC la sorgente della radiazione è esterna alla persona, nella SPECT la sorgente delle radiazioni (il radiofarmaco) è interna alla persona e le immagini sono legate non tanto alla forma degli organi e dei tessuti, come nella TAC, ma soprattutto al modo in cui l'organismo trasforma il radiofarmaco.
La differenza principale tra SPECT e PET è il tipo di tracciante radioattivo impiegato, mentre la SPECT si basa su raggi gamma, il decadimento dei traccianti usati nella PET genera particelle infinitesimali note come positroni. I positroni reagiscono con gli elettroni del corpo; quando queste due particelle si combinano, si annullano a vicenda. Questo processo produce una piccola quantità di energia sotto forma di due fotoni che vengono emessi in direzioni opposte.
Applicazioni Cliniche
I principali settori di applicazione di questa tecnica per immagini sono la cardiologia, la neurologia e l'oncologia. La PET è usata molto sia in oncologia clinica per avere rappresentazioni dei tumori e per la ricerca di loro diffusioni (metastasi) sia nelle ricerche cardiologiche e neurologiche. La PET gioca un ruolo sempre maggiore nella verifica della risposta alla terapia, specialmente in particolari terapie anti-cancro.
La SPECT permette anche di studiare malattie cerebrali e, in particolare, malattie cerebrovascolari, epilessie, malattie neurodegenerative e tumori cerebrali.
La PET è utilizzata principalmente per la diagnosi e la valutazione di tumori, ma può anche essere utilizzata per diagnosticare altre patologie come le malattie cardiache e neurologiche. Lo scopo principale della PET è il rilevamento del cancro e il monitoraggio della sua progressione, la risposta al trattamento e l’identificazione di metastasi.
La SPECT è usata principalmente nella diagnosi e monitoraggio delle cardiopatie, per esempio delle ostruzioni coronariche. Ci sono traccianti radioattivi per rilevare disturbi delle ossa, della colecisti e dell’intestino (sanguinamenti).
In effetti, il grado di aggressività della maggior parte dei cancri è grossolanamente proporzionale alla velocità di utilizzazione del glucosio.
Spesso, e sempre più frequentemente, le scansioni della tomografia a emissione di positroni sono raffrontate con le TAC, in modo da ottenere informazioni sia sulla struttura sia sul livello di funzionalità di un determinato organo: questo tipo di esame viene detto PET-TC.
La PET gioca un ruolo sempre maggiore nella verifica della risposta alla terapia, specialmente in particolari terapie anti-cancro.
Per esempio, nei casi in cui sia necessario stabilire la fonte esatta di un sanguinamento intestinale, si possono marcare con atomi radioattivi campioni di globuli rossi prelevati dal paziente. I globuli rossi così marcati vengono quindi re-iniettati nel paziente; la SPECT permetterà di seguire il percorso del sangue nel paziente.
Come Funziona la SPECT: Componenti Chiave
- Collimatore: un dispositivo che ha la primaria funzione di schermare le radiazioni emesse dal paziente verso il cristallo. È composto da una struttura in metallo con alto potere schermante. La struttura è costituita da formazioni “a nido d’ape” per permettere il passaggio delle radiazioni.
- Cristallo: superficie tonda o rettangolare che permette di irradiare le radiazioni attraverso il collimatore, trasformarle in fotoni luminosi (scintille) e inviarli ai fotomoltiplicatori. È composto da ioduro di sodio (NaI) e tallio (Tl) ed è inserito all’interno di uno strato di alluminio rivestito da materiale riflettente in quanto è estremamente delicato e per questo deve essere attentamente protetto dall’umidità.
- Fotomoltiplicatore: dispositivo che riceve le radiazioni dal cristallo attraverso una connessione ottica, ne rileva i fotoni luminosi trasformandoli in segnale elettrico. Successivamente amplifica il segnale e lo conduce ai circuiti di elaborazione.
- Circuiti di elaborazione: step finale del circuito; sono gli analizzatori di ampiezza che permettono, ai segnali elettrici trasformati dal fotomoltiplicatore, di diventare immagini visibili dal computer e quindi replicabili per la futura diagnosi.
Le apparecchiature SPECT generano immagini tridimensionali (3D) della distribuzione del tracciante radioattivo somministrato al paziente.
Considerazioni sulla Sicurezza
Inoltre, è importante sottolineare che la medicina nucleare è una tecnologia molto sicura, che comporta un rischio molto basso di effetti collaterali o reazioni avverse.
Gli isotopi radioattivi vengono somministrati principalmente per via endovenosa.
Sebbene i rischi derivanti dall’esposizione del corpo umano a radiazioni a basso livello non siano ancora pienamente compresi, l’approccio universalmente adottato prevede la massima cautela possibile, attraverso l’utilizzo della dose ragionevolmente più bassa possibile (in inglese ALARP, As Low As Reasonably Practicable).
Evoluzione della SPECT
La SPECT è una delle scoperte più importanti in ambito diagnostico della seconda metà del 1900. Chiaramente in quasi 70 anni di storia, la SPECT ha avuto numerosi upgrade. Basti pensare all’introduzione del 3D o alla diffusione dei rilevatori di messa a fuoco che permettono di circondare il paziente senza sensazioni di claustrofobia. Inoltre, i nuovi dispositivi in commercio permettono di visualizzare più isotopi contemporaneamente.
Abbiamo già il 3D, abbiamo già immagini a 360°, abbiamo già la visualizzazione a colori. I principali produttori ci stanno già lavorando e la rispostaarriverà sul mercato quanto prima: imaging molecolare con SPECT dinamica in 3D.
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