Clínica Universidad de Navarra micro-PET Josep M Martí-Climent Clínica Universidad de Navarra Pamplona, España

micro-PET Índice Necesidades Evolución del tomógrafos micro-PET Tecnología ¿Analizamos la imagen?

micro-PET Índice Necesidades Evolución del tomógrafos micro-PET Tecnología ¿Analizamos la imagen?

AdCMVLacZ AdCMVtk ¿Por qué la imagen PET de pequeños animales? 18F-FHBG Ecat HR+ riñones vejiga hígado AdCMVLacZ AdCMVtk PET-CUN 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 Estudios con pacientes Biología & Bioquímica INVESTIGACIÓN TRASLACIONAL Imagen PET

PET de personas a animales Necesidades Resolución FWHM 10 mm < 1 mm Hombre 70000 g Rata 300 g 102 - 103 Ratón 30 g Volumen sujeto Resolución volumétrica Sensibilidad Nº detecciones Resolución volumétrica Determina Señal / Ruido PET de personas 0.3% 2D 4 % 3D PET de animales x 1000 Eficiencia perfecta + 4 p x 200 x 30 Aumento de la actividad Mejor reconstrucción, optimización estadística

¿Qué animales? Necesidades Mosaic, PET-CUN

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nanoScan PET/CT (Mediso) Mercadillo de lo equipos PET Evolución P4 (Concorde/Siemens) Focus (Concorde/Siemens) Mosaic (Philips) Clear-PET (Raytest) LabPET TriumphTM (GE) Inveon (Siemens) nanoScan PET/CT (Mediso) SuperArgus (Sedecal) nanoScan PET (Bioscan) Albira (Oncovisión) (Bruker) VECTor (Milabs)

Características de los equipos PET Evolución Concorde Concorde Siemens Siemens Raytest Philips Siemens R4 P4 Focus 120 Focus 220 Clear PET Mosaic mCT Cristal LSO LYSO /LuYAP GSO Diseño Bloque 8x8 12x12 Phoswich Pixelado Lógica Anger Electrónica PS-PMT PMT Tamaño (mm) 2.1x2.1 x10 2.2x2.2 1.51x1.51 2.0 x 2.0 x(10+10) 2.0x2.0 4.0x4.0 x20 Nº cristal 6144 10752 13824 24192 10240 14456 32448 Anillo (cm) 15 26.1 26 13.7 21 84.2 Tx FOV (cm) 10 19 -- 12.8 70 Ax FOV (cm) 7.8 7.6 11.0 12.0 21.8 Referencia Knoess, 2003 Tai, 2001 Kim, 2007 2005 Ziemons, Huisman, 2007 Marti, 2013

Características de los equipos PET Evolución Gamma Medica Bioescan Mediso Siemens GE GE Carestream Suinsa Inveon eXplore Vista LabPET 8 X-PET nanoPET Albira VrPET Cristal LSO LYSO/ GSO LGSO BGO LYSO Diseño Bloque 20x20 13x13 Phoswich 8x8 12 Módulos 81x39 Continuo pirámide 30x30 Electrónica PS-PMT APD 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 1.4x1.4 x12 Nº cristal 25600 6084 x 2 6144 x 2 11520 37908 3600 Anillo (cm) 16.1 11.8 16.2 16.5 18.1 21 14 Tx FOV (cm) 10 6.7 12.3 12.8 Ax FOV (cm) 12.7 4.8 7.5 11.6 9.5 12.0 4.56 Referencia Visser, 2009 Wang, 2006 Prassad, 2011 Prassad, 2010 Szanda, 2011 Sánchez, 2012 Lage, 2008 Argus, Sedecal Gamma Medica

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Intensidad (% relativa a NaI) Centelleadores Tecnología Material Densidad (g/cm3) Nº Atómico 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 40 420 LYSO 7.10 64 0.83 LGSO 7.23 0.84 60 GSO 6.71 59 0.70 30 430 YSO 4.45 36 0.36 70 45 550 YAP 5.55 32 0.37 27 350 LuAP 8.34 0.87 17 365

Fotomultiplicadores Tecnología PMT PS-PMT Luz emitida durante los primeros 100 ns: LSO 69%; NaI 35%; GSO 19.8%; BGO4.3% Tiempo en ns después de la excitación a 511 keV Luz

Fotomultiplicadores - Fotodiodos Tecnología PS-PMT PD Fotón centelleador -V capa-p + región-i depleción 200-500 mm Pares electrón- agujero + - - 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

FWHM = 1.25 [ (d/2)2 + b2 + (0.0022 D)2 + r2 +p2] 1/2 Resolución Tecnología Factor FWHM * d Ancho del cristal d/2 Lógica Anger 0 acopla. Individual 2.2 mm (L. Anger) 180o  0.25o * No colinealidad 1.3 mm (cabeza) 2.1 mm (corazón) * e+ Rango del positrón 0.5 mm (18F) 4.5 mm (82Rb) Reconstrucción variable Paralaje FWHM = 1.25 [ (d/2)2 + b2 + (0.0022 D)2 + r2 +p2] 1/2

Resolución vs tamaño cristal Tecnología Resolución vs tamaño cristal R4 FOCUS 120 Focus 120 Tamaño cristal R4 2.1 x 2.1 x 10 Focus 120 1.5 x 1.5 x 10 Knoess, 2003 Kim, 2007

Resolución vs tamaño cristal Tecnología Resolución vs tamaño cristal Goertzen, 2012

Se desconoce la profundidad de la interacción Resolución Tecnología Resolución Radial: Efecto de paralaje Se desconoce la profundidad de la interacción LOC Fotones R4 Knoess, 2003 Función de: Radio del equipo Profundidad del detector Posición radial de la fuente Material del detector

Profundidad de interacción (DOI) Resolución Tecnología 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

Profundidad de interacción (DOI) Resolución Tecnología 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 SuperArgus (Sedecal) Wang, 2006

Reconstrucción Resolución Tecnología eXplore Vista 3D OSEM FORE-FBP Ratón 26 g 11 MBq FDG Ratón 29 g 11 MBq F-18 eXplore Vista Wang, 2006

Sensibilidad Tecnología e = (1 – e-md) F W = 4 P sen (tan-1 (A/D)) d D   e = (1 – e-md) F m Coeficiente de atenuación Fracción de fotones dentro de la ventana (350-650 keV) d Espesor del cristal d D A W = 4 P sen (tan-1 (A/D)) A Campo axial D Diámetro del anillo  

Sensibilidad Tecnología Inveon Bao, 2009

Sensibilidad Tecnología Focus 120 Inveon Aumenta con: Ventana energía mayor Ligero aumento con ventana coincidencia mayor Focus 120 Kim, 2007 Ventana de coincidencia 2.808, 3.432, 4.056 y 4.680 ns 350–625 keV Variación menor del 1.5 % Inveon Bao, 2009

Fracción de dispersión Tecnología Disminuye con: Ventana energía menor Maniquí menor No depende de ventana coincidencia Focus 220 Tai, 2005 En equipo microPET La mayor fuente de la radiación dispersa es el estativo!!! Yang, 2006

Calidad de la imagen Tecnología Inveon Coeficiente de recuperación (P4) Inveon Bao, 2009 Goertzen, 2012

Reconstrucción Tecnología nanoScan 10 MBq FDG 30 min adquisición Bioscan

Calibración y tiempo muerto Tecnología F x L (mm) Ratón 30 x 70 Rata 60 x 150 Factor de calibración NAC AC 43.3 23.7 Datos imagen (cpm)  nCi/mL Mosaic PET-CUN

PET-SPECT simultáneo Tecnología VECTor, Milabs Clustered Multi Pin-hole 3 NaI(Tl) 59.5 x 47.2 x 0.95 cm Ratón, 60 min con 37 MBq 18F-FDG 29 MBq 123I-FP-CIT PET F-18-FDG Goorden, 2010 SPECT I-123-FP-CIT VECTor, Milabs

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¿Cómo medir de la perfusión en animales operados? Estudio semicuantitativo Análisis de la imagen ¿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 D E day +1 day +7 day +14 day +30 Peñuelas et al. J Nucl Med, 2007

¿Cómo cuantificar la función cardíaca? Estudio cuantitativo Análisis de la imagen ¿Cómo cuantificar la función cardíaca? 18FDG 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

Nuevas herramientas Análisis de la imagen ¿Cómo cuantificar? 18F-DOPA Modelo de enfermedad de Parkinson en Macaca fascicularis 18F-DOPA: metabolismo de dopamina 11C-DTBZ 11C-DTBZ: ligando del transportador VMAT2 Control Asymptomatic Recovered Moderate Severe Blesa et al. Neurobiol Dis, 2010

NORMALIZACIÓN ESPACIAL Nuevas herramientas Análisis de la imagen ¿Cómo cuantificar? 1 2 3 T-score Imágenes originales NORMALIZACIÓN ESPACIAL + T-score PLANTILLAS VOIs estandarizadas SPM Plantilla RM Plantilla 18F-DOPA Plantilla 11C-DTBZ Problema: no existen plantillas para nuestro modelo animal Solución: creación de plantillas de RM y PET propias Collantes, Prieto, et al. Neuroimage, 2009

Importancia de la especie Nuevo radiofármaco Análisis de la imagen 18F-Tetrafluoroborato Importancia de la especie RATA RATÓN 4 0 SUV glandular stomach wall 20 0 SUV 20 SUV 0 thyroid thyroid stomach SUVmax SUVmax Collantes et al, Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2011

Nuevo radiofármaco Análisis de la imagen 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 Agradecimientos Equipo microPET Optimizar Resolución Sensibilidad Análisis de la imagen/ los estudios Trabajo de equipo

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Ritmo de sucesos Tecnología Mosaic Maniquí de Ratón Maniquí de Rata True NEC Scater Random Maniquí de Rata Goertzen, 2012   NECR Mayor A mayor sensibilidad A mayor campo axial Pico a mayor actividad A diámetro mayor Mosaic Huisman, 2007