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03/06/2010 1 Corso di Metodologia clinica , 2010 Medicina Nucleare Prof. Luigi Mansi Radiazioni nucleari Elettromagnetiche: γ : Senza massa né carica, penetranti perché hanno bassa probabilità d’interazione con la materia. Si usano in diagnostica Corpuscolate: α : altissimo potere lesivo locale in un range di angstrom/microns : terapia ? β - : alto potere lesivo locale (mm) : terapia β - : alto potere lesivo locale (mm) : terapia β + (positroni ) : diventano gamma attraverso il processo d’annichilazione. Si usano quindi in diagnostica. scaricato da www.sunhope.it

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Corso di Metodologia clinica , 2010Medicina Nucleare

Prof. Luigi Mansi

Radiazioni nucleari

• Elettromagnetiche:• γ : Senza massa né carica, penetranti perché hanno

bassa probabilità d’interazione con la materia.• Si usano in diagnostica

• Corpuscolate:• α : altissimo potere lesivo locale in un range di

angstrom/microns : terapia ?β- : alto potere lesivo locale (mm) : terapia• β- : alto potere lesivo locale (mm) : terapia

• β+ (positroni ) : diventano gamma attraverso ilprocesso d’annichilazione.

• Si usano quindi in diagnostica.

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Medicina Nucleare

Diagnostica in vitro, con somministrazione diradioattivo al paziente o senza (RIA- IRMA)

Diagnostica per immagini in vivo• γ camera : scintigrafie• Tomoscintigrafo γ (fotone singolo): SPET • Tomoscintigrafo ad emissione di β+ : PET

Diagnostica senza immagini• es.: chirurgia radioguidata

Terapia

Diagnostica medico nucleare

• Segnale parte dal paziente al qualesono somministrati radionuclidi cheemettono radiazioni γ o positroni

• Vengono detti Esami ad Emissione per• Vengono detti Esami ad Emissione perdistinguerli da quelli radiologici basatisulla trasmissione.

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Linfonodo Sentinella

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Diagnostica per Immagini

• Morfostrutturale• Funzionale• Integrato : fusion imaging• Integrato : fusion imaging

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Imaging Morfostrutturale Rx, US, TC, RM

Anatomia e morfologiaalterazione anatomo- patologica

Imaging Funzionale Medicina Nucleare

Fisiologia e funzione alterazione fisiopatologica

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Imaging morfostrutturale versus fisiopatologico

Mortecerebrale

Normale

Scenari Diagnostici

Anatomia, morfologia,anatomia patologica

Fisiologia, funzione, fisiopatologia

Imaging Morfologico

Imaging fisiopatologico

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Comparazione visiva

Imaging integratofusion imaging

• Tra immagini acquisite separatamente

• Macchine ibride • PET – TC• PET TC• SPET – TC• PET – RM

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acquisizione con un unico esame

Anatomia, morfologia,anatomia patologica

Fisiologia, funzione, fisiopatologia

q

Imaging Morfologico e funzionale

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Siemens

PET – TC con FDG , cancro polmonare

Data Courtesy of Hong Kong Baptist Hospital, Dr. Yau

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PET- RM

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Scenario DiagnosticoMorfostrutturale

• Individuazione lesioni millimetriche• Alta risoluzione anatomica • Favorevole analisi locoregionale• Diagnosi basata su anatomia patologica

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Animal imaging in MN

Gated SPECT con traccianti di perfusione

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19 year old man presenting to ER after fall

SCAPHOID OCCULT FRACTURE

XRay day of injuryno evidence of fracture

XRay 10 days post trauma no evidence of fracture

16MSCT 10 days post traumano evidence of fracture

BS 10 days post traumapositive

British Journal of Radiology, 78 (2005), 57-59

MRI 14 days post traumaline fracture suggestion

XRay 7 weeks post traumaline fracture identified

Imaging molecolare

Marcando le più importanti molecolebiologiche, cellule e farmaci è possibiletracciare la fisiopatologia di tutte lefunzioni del corpo umano ottenendoinformazioni che possono permettere unadiagnosi precoce ed una migliorediagnosi precoce ed una miglioreconnessione con prognosi e terapia.

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siamo fatti di molecole

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From anatomy to molecular imagingBiology

OpticalSignal transduction

Stem cell function

Nanosystems Protein dynamicsZeptomolar 10-21 Mole/L

Femtomolar 10-15 Mole/L

Attomolar 10-18 Mole/L

MRS

NM/PET

MRI

X Ray Angio

Echo, NM/PET

MetabolismReceptors

Perfusion

Gene expressionSignal transduction

Picomolar 10-12 Mole/L

Micromolar 10-6 Mole/L

Nanomolar 10-9 Mole/L

Anatomy

X-Ray Angio

X-RayMSCT

Pump function Millimolar 10-3 Mole/L

L. Fass, GE Healthcare

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1012Morte del paziente

Oggi … diagnosi e terapie

PERCHE’ L’IMAGING MOLECOLAREm

ero

di c

ellu

le 109

106

103

diagnosi e terapie tardive

Domani … rilevazione precoce, migliore prognosi

Soglia di rivelabilità(Approx. 1 cm3)

Inferiore alla risoluzionedell’imaging

Anni di malattia

Num

0100-10

Futuro … Predire e prevenire

DIAPO VARRONE

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Imaging medico nucleare Si basa su differenze di concentrazione (e non di densità), è( ),possibile solo sul vivente e può permettere:

• Diagnosi precoce• Valutazione della funzione parenchimale• migliore rapporto con prognosi e terapia• informazione originale e/o integrativa rispetto a

quella morfostrutturale

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Il meccanismo di concentrazione

• Il fatto che l’immagine dipenda dai i di i ilmeccanismi di concentrazione crea il

presupposto per esami d’organo edesami total body.

• Vi lt l ità di• Viene peraltro meno la capacità dianalisi locoregionale tra organifunzionalmente diversi.

Esame d’organoScintigrafia epatosplenica

con radiocolloidi

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Esame total body Scintigrafia ossea

Presupposti fisiopatologici

La concentrazione di un radiocompostoavviene anche in sedi eterotopiche el’accumulo è presente esclusivamente inpresenza di cellule “funzionalmente attive” alivello del territorio esaminato, non essendopossibile ad es dove c’è fibrosi o necrosipossibile, ad es., dove c’è fibrosi o necrosi.

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Diverticolo di Meckel

Dizionario dei termini medico nucleari

Attività di malattiaAttività di malattia

Indipendentemente dalle dimensioni lemetodiche medico nucleari possono fornireinformazioni di attività di malattia, ad es.,nella sarcoidosi, nella m. di Crohn, etc.

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II UNIVERSITA’ DI NAPOLI – SERVIZIO DI MEDICINA NUCLEARERESPONSABILE : PROF. LUIGI MANSI

M. di Crohn in fase attiva

Dizionario dei termini medico nucleari

T iTracciante

• Traccia il comportamento della molecola/cellula nativaseguendo gli stessi meccanismi di concentrazione.

A d d i i i di t i li d fi i• A seconda dei meccanismi di concentrazione li definiamotraccianti di perfusione, vascolari, metabolici, recettoriali,immunologici, etc.

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Dizionario dei termini medico nucleari

Radiocomposto

•Radio ( nuclide, isotopo) etichetta che permette la visualizzazione dall’esterno

•Composto (farmaco, cellula, etc.) vettore che determina la distribuzione in vivo e

definisce l’esame

I radionuclidi più usati

• Gamma emittenti (scintigrafie, SPECT)– Tc-99m , I-123, In-111

• Emettitori di positroni (PET)– F-18 C-11 N-13 O-15 Ga-68F 18, C 11, N 13, O 15, Ga 68

• Per la terapia medico nucleare – I-131, Sr-89, Re-186, Sa-153, Lu-177, Y-90

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Gli indicatori negativi

• Si concentrano secondo meccanismi tipici delt t l il l ’è t itessuto normale verso il quale c’è tropismo(dovunque esso si trovi) .

• La lesione viene vista come area di ridottaconcentrazione ( ipocaptazione e/o area fredda).

• Risentono del potere di risoluzione spaziale (equindi non può essere vista una lesione più piccoladel potere di risoluzione della macchina usata)

Scintigrafia TiroideaTc 99m

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Gli indicatori positivi

• Si concentrano secondo meccanismitipici della lesione vista come area dicaptazione aumentata ( ipercaptazionee/o area calda ).

• Si avvantaggiano della risoluzioneggbiologica che permette diagnosiprecoci (es.: meta ossee) con possibilealta sensibilità e bassa specificità .

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19 year old man presenting to ER after fall

SCAPHOID OCCULT FRACTURE

XRay day of injuryno evidence of fracture

XRay 10 days post trauma no evidence of fracture

16MSCT 10 days post traumano evidence of fracture

BS 10 days post traumapositive

British Journal of Radiology, 78 (2005), 57-59

MRI 14 days post traumaline fracture suggestion

XRay 7 weeks post traumaline fracture identified

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Analisi quantitativa in MN

Metodiche accurate, riproducibili, non operatore dipendenti,eseguibili in tutti i pazienti, in condizioni basali e dopostimolo

L’analisi numerica può permettere:•Individuazione di patologia (anche non focale)

U i li l i d l d f i l•Una migliore valutazione del dato funzionale•Una migliore analisi nel follow up•Una migliore valutazione della risposta alla terapia•Una più rigorosa esecuzione di test da stimolo.

Scintigrafia Renale Sequenziale

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Scintigrafia Renale Sequenziale

fase escretivacon furosemide

ostruttivafunzionaleimmaginiimmagini

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fase escretivatest con furosemide

renogrammirenogrammi

pattern ostruttivopattern funzionale

ggwashoutwashout

Il ruolo di una metodica dipende da :

• Proprie capacità • Capacità delle metodiche alternative• Domande cliniche:diagnosi, prognosi, collegamento con terapia.• Strumenti e procedure usate nella routine St u e t e p ocedu e usate e a out e • Scenario locale:

epidemiologico, clinico, socioeconomico• Rischi e pregiudizi

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Differenza tra rischio e percezione del rischio

Percezione psicologica del rischioPercezione psicologica del rischio(sindrome del 12 settembre)

rischio + pregiudizi ( rischio x fattore irrazionale)

• La MN sta ad Hiroshima e Chernobyl come un farmaco sta ad un veleno

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Rischi della Medicina Nucleare

• Il rischio di morte dovuto a cancro daradiazioni è compreso tra 35-250 casi permilione, estremamente basso rispetto allanaturale incidenza di cancro, corrisponde a :

• arrampicarsi in montagna 75 minuti• 17 ore di vita normale di un uomo di 60 anni.

Rischi delle procedure diagnostichesono solo determinati dalle radiazioni ionizzanti?

R di i i i i i • Radiazioni ionizzanti • Mezzi di contrasto• RM (pacemaker, metalli, etc.) • Tecniche invasive (angiografia, endoscopia,

invasive ultrasounds approcci chirurgici etc )

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invasive ultrasounds, approcci chirurgici, etc.) • Anestesia, intolleranza a farmaci, …….

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Altri rischi

• Ritardo nella diagnosi finale• Durata e fattibilità della procedura• Mancanza di possibile rianimazione• Errori diagnostici

– Falsi negativi e falsi positivi

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– Ritardo di diagnosi o precoce dimissione– Errori nelle strategie terapeutiche

Rapporto costo / beneficio

• Dosimetria bassa e rischi (stocastici) paragonabili allaDosimetria bassa e rischi (stocastici) paragonabili alla maggior parte di quelli presenti nella vita quotidiana.

• L’esame è eseguibile in tutti i pazienti se c’è indicazione clinica (giustificazione).

• A parità d’informazione va scelto l’esame a più basso rischio e costo (dell’intero percorso diagnostico e terapeutico)

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Presupposti fisiopatologici ai più importanti esami di MN

• Traccianti iodomimeticiacc a t odo et c• Traccianti vascolari (Globuli rossi, Albumina) • Traccianti di perfusione (cardiaca, cerebrale, polmonare) • Indicatori oncotropi• Traccianti di cellularità• Traccianti recettoriali (somatostatina, catecolamine, dopamina, etc.) • Traccianti dell’infiammazione (Globuli bianchi etc )• Traccianti dell infiammazione (Globuli bianchi, etc.)• Traccianti a tropismo d’organo • …………………………………..

Perché la SM è strumento potente di stratificazione prognostica ?

Perché studia i due principali determinanti prognostici:

la funzione ventricolareil deficit perfusivo

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La PET

• La Tomografia ad emissione di positroni (PET), vertice tecnologico della Medicina Nucleare, utilizza come segnale alla base dell’immagine radionuclidi emettitori di positroni.

Principali Radionuclidi emettitori di positroni

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FDG

Glucosio come tracciante

D fi i l’ i i à b li d i i l l• Definisce l’attività metabolica ed in particolare la glicolisi anaerobica.

• L’attività metabolica aumenta nelle neoplasie maligne, ma anche, in minore entità e meno frequentemente in alcuni casi di patologia benignafrequentemente, in alcuni casi di patologia benigna

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FDG, meccanismo di captazione

PET – FDG in OncologiaIn linea di massima si può assumere che :

• L’assenza di captazione fa escludere la malignitàL assenza di captazione fa escludere la malignità

(o esprime caratteri prognostici favorevoli) • Esiste possibilità di (pochi) falsi positivi, con

captazione in genere meno intensa rispetto ai tumori

• Non c’è captazione a livello di necrosi e fibrosiNon c è captazione a livello di necrosi e fibrosi

• C’è più precoce risposta alla terapia rispetto alla TC

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PET – FDG in Oncologia

P. Valk, MD, Northern California PET Imaging Center, Sacramento, CA

PET – FDG

Non infectious inflammatory diseases:Aortitis

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Gwyther, Eur J Nucl Med Mol Imaging, 33, S11 (2006)

Metabolic changes generally precede the anatomical change

PET Metabolic versus CT Anatomical Imaging

Current Diagnostic – Therapeutic Paradigm

24 - 48 hours2 monthsPET/CT

Therapy “A”X

Therapy A

FDG, FLTFDG, FLT

Therapy “B”

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1 1970 1980 1990 2000

Rx CT RM PET

Radiotherapy

Radioterapia Conformazionale >>> IMRT

Visualization and Treatmentof Heterogenous Tumor Biology

DOSE PAINTING

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Suspect relapse of NET at left ear

PET confirmed local relapse and nodal involvement

PITUITARY GLAND

LEFT EAR RELAPSE

NODAL INVOLVEMENT

SNM Image of the Year 2008

Infiammazione ed infezioneradiotraccianti

-Non specifici: p-FDG, liposomi, nanocolloidi, Ga-67, HIG, biotina, etc.

-Specifici recettoriali:-Ab antigranulociti, Octreotide, IL8, NAP2, IL2, etc.

-Globuli bianchi:-leucociti, granulociti, linfociti, etc.g f

-Antibiotici:-peptidi antimicrobici, chitinasi, ciprofloxacina, etc.

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Osteomielite (protesi)

Nuovi radiocomposti• Metaboliti• Oligonucleotidi• i• ormoni• enzimi• farmaci• recettori• anticorpi monoclonali• ipossia• angiogenesi• apoptosi• terapia genica• …….

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Nuovi traccianti o metodi nell’imaging molecolare

in oncologia

Proliferazione

Apoptosi

Angiogenesi e ipossia

i tt i lespressione recettoriale

chemoresistenza

Visualisation of follicular thyroid

carcinoma metastases by 123I-

Vascular Endothelial Growth Factor-165

(123I-VEGF165) receptor scintigraphy

O. Kienast1, R. Dudczak1, M. Peck-Radosavljevic2, A. Kurtaran1, A.

Becherer1, P. Angelberger3, S. Li1

University of Vienna 3Department of Radiopharmacy, Austrian Research Center Seibersdorf, Seibersdorf,

AUSTRIA. Anterior Posterior

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Imaging dell’espressione genica

• Valutazione di geni transfettati o di geni• Valutazione di geni transfettati o di geni endogeni

• presenza di espressione genica• risposta a stimoli esterni anche fisiologici• risposta a terapia genica• risposta a terapia genica

Imaging dell’espressione genica

F-18 Fluorotirosina in scimmia con Parkinson’sRecupero della sintesi di dopamina dopo terapia genica

K.Baukiewicz PNAS 8 2001

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Radioiodide uptake in melanoma cells after transfer of human NaI Symporter gene

CHEN Li-Bo, ZHU Rui-Sen, LU Han-Kui, YU Yong-Li, LUO , HUANG Fang, FEI Jian, GUO Li-He2

Thee Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200031

Diagnosi, Prognosi, Terapia e GenomicaScanner rettolineare, 1975

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SUN Slide 89

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