La tomografía computarizada por emisión de fotón único ( SPECT , o menos comúnmente, SPET ) es una técnica de imágenes tomográficas de medicina nuclear que utiliza rayos gamma . [1] Es muy similar a las imágenes planas de medicina nuclear convencional que utilizan una cámara gamma (es decir, gammagrafía ), [2] pero es capaz de proporcionar información verdadera en 3D . Esta información generalmente se presenta como cortes transversales del paciente, pero se puede reformatear o manipular libremente según sea necesario.
La técnica requiere la administración de un radioisótopo emisor de rayos gamma (un radionúclido ) al paciente, normalmente mediante inyección en el torrente sanguíneo. En ocasiones, el radioisótopo es un ion disuelto soluble simple, como un isótopo de galio (III). Sin embargo, normalmente se une un radioisótopo marcador a un ligando específico para crear un radioligando , cuyas propiedades lo unen a ciertos tipos de tejidos. Este matrimonio permite que la combinación de ligando y radiofármaco sea transportada y unida a un lugar de interés en el cuerpo, donde la concentración del ligando se ve mediante una cámara gamma.
En lugar de simplemente "tomar una fotografía de las estructuras anatómicas", una exploración SPECT monitorea el nivel de actividad biológica en cada lugar de la región tridimensional analizada. Las emisiones del radionúclido indican cantidades de flujo sanguíneo en los capilares de las regiones fotografiadas. De la misma manera que una radiografía simple es una vista bidimensional (2-D) de una estructura tridimensional, la imagen obtenida por una cámara gamma es una vista bidimensional de la distribución tridimensional de un radionúclido .
Las imágenes SPECT se realizan mediante el uso de una cámara gamma para adquirir múltiples imágenes bidimensionales (también llamadas proyecciones ), desde múltiples ángulos. Luego se utiliza una computadora para aplicar un algoritmo de reconstrucción tomográfica a las múltiples proyecciones, generando un conjunto de datos tridimensionales. Este conjunto de datos puede luego manipularse para mostrar cortes finos a lo largo de cualquier eje elegido del cuerpo, similares a los obtenidos con otras técnicas tomográficas, como la resonancia magnética (MRI), la tomografía computarizada por rayos X (CT por rayos X) y Tomografía por emisión de positrones (PET).
La SPECT es similar al PET en el uso de material trazador radiactivo y la detección de rayos gamma. A diferencia del PET, los trazadores utilizados en la SPECT emiten radiación gamma que se mide directamente, mientras que los trazadores del PET emiten positrones que se aniquilan con electrones a una distancia de hasta unos pocos milímetros, lo que provoca que se emitan dos fotones gamma en direcciones opuestas. Un escáner PET detecta estas emisiones "coincidentes" en el tiempo, lo que proporciona más información de localización de eventos de radiación y, por tanto, imágenes de mayor resolución espacial que la SPECT (que tiene aproximadamente 1 cm de resolución). Las exploraciones SPECT son significativamente menos costosas que las exploraciones PET, en parte porque pueden utilizar radioisótopos de vida más larga y de obtención más fácil que la PET.
Debido a que la adquisición de SPECT es muy similar a la obtención de imágenes con una cámara gamma planar, se pueden utilizar los mismos radiofármacos . Si se examina a un paciente con otro tipo de exploración de medicina nuclear, pero las imágenes no son de diagnóstico, es posible pasar directamente a la SPECT moviendo al paciente a un instrumento de SPECT o incluso simplemente reconfigurando la cámara para la adquisición de imágenes de SPECT. mientras el paciente permanece en la mesa.
Para adquirir imágenes SPECT, la cámara gamma se gira alrededor del paciente. Las proyecciones se adquieren en puntos definidos durante la rotación, normalmente cada 3 a 6 grados. En la mayoría de los casos, se utiliza una rotación completa de 360 grados para obtener una reconstrucción óptima. El tiempo necesario para obtener cada proyección también es variable, pero lo habitual es entre 15 y 20 segundos. Esto da un tiempo total de exploración de 15 a 20 minutos.
Las cámaras gamma de múltiples cabezales pueden acelerar la adquisición. Por ejemplo, se puede utilizar una cámara de doble cabezal con cabezales espaciados 180 grados, lo que permite adquirir dos proyecciones simultáneamente, y cada cabezal requiere 180 grados de rotación. También se utilizan cámaras de triple cabezal con una separación de 120 grados.
Las adquisiciones cardíacas controladas son posibles con SPECT, al igual que con técnicas de imágenes planas como la exploración de adquisición controlada múltiple (MUGA). Activada por un electrocardiograma (EKG) para obtener información diferencial sobre el corazón en varias partes de su ciclo, la SPECT miocárdica sincronizada se puede utilizar para obtener información cuantitativa sobre la perfusión miocárdica, el grosor y la contractilidad del miocardio durante varias partes del ciclo cardíaco, y también para permitir el cálculo de la fracción de eyección del ventrículo izquierdo , el volumen sistólico y el gasto cardíaco.
La SPECT se puede utilizar para complementar cualquier estudio de imágenes gamma, donde una verdadera representación 3D puede ser útil, como imágenes de tumores, imágenes de infecciones ( leucocitos ), imágenes de tiroides o gammagrafía ósea .
Debido a que la SPECT permite una localización precisa en el espacio 3D, se puede utilizar para proporcionar información sobre la función localizada en órganos internos, como imágenes funcionales cardíacas o cerebrales.
La imagen de perfusión miocárdica (MPI) es una forma de imagen cardíaca funcional que se utiliza para el diagnóstico de la cardiopatía isquémica . El principio subyacente es que, en condiciones de estrés, el miocardio enfermo recibe menos flujo sanguíneo que el miocardio normal. MPI es uno de varios tipos de prueba de esfuerzo cardíaco .
Se administra un radiofármaco cardíaco específico, por ejemplo, 99m Tc- tetrofosmina (Myoview, GE Healthcare), 99m Tc-sestamibi (Cardiolite, Bristol-Myers Squibb) o cloruro de talio-201 . Después de esto, se eleva la frecuencia cardíaca para inducir estrés miocárdico, ya sea mediante ejercicio en una cinta rodante o farmacológicamente con adenosina , dobutamina o dipiridamol ( la aminofilina se puede usar para revertir los efectos del dipiridamol).
Las imágenes SPECT realizadas después del estrés revelan la distribución del radiofármaco y, por tanto, el flujo sanguíneo relativo a las diferentes regiones del miocardio. El diagnóstico se realiza comparando imágenes de estrés con un conjunto adicional de imágenes obtenidas en reposo que normalmente se adquieren antes de las imágenes de estrés.
Se ha demostrado que MPI tiene una precisión general de aproximadamente el 83 % ( sensibilidad : 85 %; especificidad : 72 %) (en una revisión, no exclusivamente de SPECT MPI), [3] y es comparable con (o mejor que) otros no -Pruebas invasivas de cardiopatía isquémica.
Por lo general, el trazador emisor de rayos gamma utilizado en las imágenes funcionales del cerebro es exametazima de tecnecio (99mTc) . El 99m Tc es un isómero nuclear metaestable que emite rayos gamma detectables por una cámara gamma. Adjuntarlo a exametazima permite que el tejido cerebral lo absorba de manera proporcional al flujo sanguíneo cerebral, lo que a su vez permite evaluar el flujo sanguíneo cerebral con la cámara gamma nuclear.
Debido a que el flujo sanguíneo en el cerebro está estrechamente relacionado con el metabolismo cerebral local y el uso de energía, el trazador de 99m Tc-exametazima (así como el trazador similar de 99m Tc-EC) se utiliza para evaluar el metabolismo cerebral regionalmente, en un intento de diagnosticar y diferenciar. las diferentes patologías causales de la demencia . El metanálisis de muchos estudios publicados sugiere que la SPECT con este marcador tiene aproximadamente un 74 % de sensibilidad para diagnosticar la enfermedad de Alzheimer frente a una sensibilidad del 81 % para el examen clínico ( pruebas cognitivas , etc.). Estudios más recientes han demostrado que la precisión de la SPECT en el diagnóstico de Alzheimer puede llegar al 88%. [4] En el metanálisis, la SPECT fue superior al examen clínico y a los criterios clínicos (91% frente a 70%) para poder diferenciar la enfermedad de Alzheimer de las demencias vasculares. [5] Esta última capacidad se relaciona con las imágenes de SPECT del metabolismo local del cerebro, en las que la pérdida irregular del metabolismo cortical observada en múltiples accidentes cerebrovasculares difiere claramente de la pérdida más uniforme o "suave" de la función cerebral cortical no occipital típica del Alzheimer. enfermedad. Otro artículo de revisión reciente mostró que las cámaras SPECT de cabezales múltiples con análisis cuantitativo dan como resultado una sensibilidad general del 84-89 % y una especificidad general del 83-89 % en estudios transversales y una sensibilidad del 82-96 % y una especificidad del 83-89 %. % para estudios longitudinales de demencia. [6]
La exploración SPECT con exametazima 99m Tc compite con la exploración PET del cerebro con fludesoxiglucosa (FDG) , que trabaja para evaluar el metabolismo regional de la glucosa cerebral, para proporcionar información muy similar sobre el daño cerebral local de muchos procesos. La SPECT está más disponible porque el radioisótopo utilizado es más duradero y mucho menos costoso en la SPECT, y el equipo de exploración gamma también es menos costoso. Mientras que el 99m Tc se extrae de generadores de tecnecio-99m relativamente simples , que se entregan semanalmente a hospitales y centros de escaneo para suministrar radioisótopos nuevos, la FDG PET depende de la FDG, que se fabrica en un costoso ciclotrón médico y en un "laboratorio caliente" (química automatizada). laboratorio para la fabricación de radiofármacos), y luego se entrega inmediatamente a los sitios de escaneo debido a la corta vida media natural de 110 minutos del Flúor-18 .
En el sector de la energía nuclear, la técnica SPECT se puede aplicar para obtener imágenes de distribuciones de radioisótopos en combustibles nucleares irradiados. [7] Debido a la irradiación del combustible nuclear (por ejemplo, uranio) con neutrones en un reactor nuclear, en el combustible se produce naturalmente una amplia gama de radionucleidos emisores de rayos gamma, como productos de fisión ( cesio-137 , bario-140 y europio) . -154 ) y productos de activación ( cromo-51 y cobalto-58 ). Se pueden obtener imágenes mediante SPECT para verificar la presencia de barras de combustible en un conjunto combustible almacenado con fines de salvaguardia del OIEA , [8] para validar predicciones de códigos de simulación centrales, [9] o para estudiar el comportamiento del combustible nuclear en condiciones normales. operación, [10] o en escenarios de accidente. [11]
Las imágenes reconstruidas suelen tener resoluciones de 64 × 64 o 128 × 128 píxeles, con tamaños de píxeles que oscilan entre 3 y 6 mm. El número de proyecciones adquiridas se elige para que sea aproximadamente igual al ancho de las imágenes resultantes. En general, las imágenes reconstruidas resultantes tendrán una resolución más baja, tendrán mayor ruido que las imágenes planas y serán susceptibles a artefactos .
La exploración lleva mucho tiempo y es esencial que no haya movimiento del paciente durante el tiempo de exploración. El movimiento puede causar una degradación significativa de las imágenes reconstruidas, aunque las técnicas de reconstrucción de compensación del movimiento pueden ayudar con esto. Una distribución muy desigual de los radiofármacos también tiene el potencial de provocar artefactos. Un área de actividad muy intensa (p. ej., la vejiga) puede provocar extensas rayas en las imágenes y oscurecer las áreas de actividad vecinas. Esta es una limitación del algoritmo de reconstrucción de retroproyección filtrada . La reconstrucción iterativa es un algoritmo alternativo que está ganando importancia, ya que es menos sensible a los artefactos y también puede corregir la atenuación y la borrosidad dependiente de la profundidad. Además, los algoritmos iterativos se pueden hacer más eficaces utilizando la metodología de Superiorización . [12]
La atenuación de los rayos gamma dentro del paciente puede llevar a una subestimación significativa de la actividad en los tejidos profundos, en comparación con los tejidos superficiales. Es posible una corrección aproximada en función de la posición relativa de la actividad, y la corrección óptima se obtiene con los valores de atenuación medidos. Los equipos SPECT modernos están disponibles con un escáner CT de rayos X integrado. Como las imágenes de TC de rayos X son un mapa de atenuación de los tejidos, estos datos se pueden incorporar a la reconstrucción SPECT para corregir la atenuación. También proporciona una imagen de TC registrada con precisión , que puede proporcionar información anatómica adicional.
La dispersión de los rayos gamma, así como la naturaleza aleatoria de los rayos gamma, también pueden provocar la degradación de la calidad de las imágenes SPECT y provocar una pérdida de resolución. También se aplican corrección de dispersión y recuperación de resolución para mejorar la resolución de las imágenes SPECT. [13]
En algunos casos se puede construir un escáner SPECT gamma para operar con un escáner CT convencional , con corregistro de imágenes. Al igual que en PET/CT , esto permite la localización de tumores o tejidos que pueden verse en la gammagrafía SPECT, pero que son difíciles de localizar con precisión con respecto a otras estructuras anatómicas. Estas exploraciones son más útiles para tejidos fuera del cerebro, donde la ubicación de los tejidos puede ser mucho más variable. Por ejemplo, la SPECT/CT se puede utilizar en aplicaciones de exploración de paratiroides con sestamibi , donde la técnica es útil para localizar adenomas paratiroideos ectópicos que pueden no estar en sus ubicaciones habituales en la glándula tiroides. [14]
El rendimiento general de los sistemas SPECT se puede realizar mediante herramientas de control de calidad como el fantasma de Jaszczak . [15]
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