Tomografia a emissione di positroni

Immagine di una tipica apparecchiatura per la PET.

La tomografia a emissione di positroni (o PET, dall'inglese Positron Emission Tomography) è una tecnica di medicina nucleare e di diagnostica medica utilizzato per la produzione di bioimmagini (immagini del corpo). La PET fornisce informazioni di tipo fisiologico, a differenza di TAC e RMN che invece forniscono informazioni di tipo morfologico del distretto anatomico esaminato. Con l'esame PET si ottengono mappe dei processi funzionali all'interno del corpo.

Descrizione

Immagine di una tipica acquisizione di scansione del cervello

Schema di un processo di acquisizione PET

Vista schematica di un apparato di rilevazione e dell'anello dello scanner PET (qui: Siemens ECAT Exact HR+)

Maximum Intensity Projection (MIPS) di una tipica acquisizione total body con ¹⁸F-FDG.

La procedura inizia con l'iniezione (generalmente per via endovenosa) o inalazione di gas (rari casi) nel soggetto da esaminare, di un isotopo tracciante con emivita breve, legato chimicamente a una molecola attiva a livello metabolico. Dopo un tempo di attesa, durante il quale la molecola metabolicamente attiva (spesso uno zucchero) raggiunge una determinata concentrazione all'interno dei tessuti organici da analizzare, il soggetto viene posizionato nello scanner. L'isotopo di breve vita media decade, emettendo un positrone. Dopo un percorso che può raggiungere al massimo pochi millimetri, il positrone si annichila con un elettrone, producendo una coppia di fotoni gamma emessi in direzioni opposte fra loro.

Questi fotoni sono rilevati quando raggiungono uno scintillatore, nel dispositivo di scansione, dove creano un lampo luminoso, rilevato attraverso dei tubi fotomoltiplicatori. Punto cruciale della tecnica è la rilevazione simultanea di coppie di fotoni: i fotoni che non raggiungono il rilevatore in coppia, cioè entro un intervallo di tempo di pochi nanosecondi, non sono presi in considerazione. Dalla misurazione della posizione in cui i fotoni colpiscono il rilevatore, si può ricostruire la posizione del corpo da cui sono stati emessi, permettendo la determinazione dell'attività o dell'utilizzo chimico all'interno delle parti del corpo investigate. Lo scanner utilizza la rilevazione delle coppie di fotoni per mappare la densità dell'isotopo nel corpo, sotto forma di immagini di sezioni (generalmente trasverse) separate fra loro di 5 mm circa. La mappa risultante rappresenta i tessuti in cui la molecola campione si è maggiormente concentrata e viene letta e interpretata da uno specialista in medicina nucleare o in radiologia al fine di determinare una diagnosi ed il conseguente trattamento.

I radionuclidi utilizzati nella scansione PET sono generalmente isotopi con breve tempo di dimezzamento, come ¹¹C (~20 min), ¹³N (~10 min), ¹⁵O (~2 min) e ¹⁸F (~110 min). Per via del loro basso tempo di dimezzamento, i radioisotopi devono essere prodotti da un ciclotrone posizionato in prossimità dello scansionatore PET. Questi radionuclidi sono incorporati in composti normalmente assimilati dal corpo umano, come il glucosio, l'acqua o l'ammoniaca, e quindi iniettati nel corpo da analizzare per tracciare i luoghi in cui vengono a distribuirsi. I composti così contrassegnati vengono chiamati radiotraccianti.

Il liquido di contrasto radioattivo immesso nel sangue rivela se le formazioni siano in accrescimento tumorale, ma non fornisce informazioni sul tipo di tumore. Il livello di esposizione alle radiazione è variabile da 1 a 4 R.E.M..

Applicazioni

La PET è usata estensivamente in oncologia clinica (per avere rappresentazioni dei tumori e per la ricerca di metastasi) e nelle ricerche cardiologiche e neurologiche. Metodi di indagine alternativi sono la tomografia computerizzata a raggi X (TC), l'imaging a risonanza magnetica (MRI), la Risonanza magnetica funzionale (RMF) e la Tomografia Computerizzata a Ultrasuoni e a emissione di singolo fotone.

Ad ogni modo, mentre gli altri metodi di scansione, come la TAC e la RMN permettono di identificare alterazioni organiche e anatomiche nel corpo umano, le scansioni PET sono in grado di rilevare alterazioni a livello biologico molecolare che spesso precedono l'alterazione anatomica, attraverso l'uso di marcatori molecolari che presentano un diverso ritmo di assorbimento a seconda del tessuto interessato. Con una scansione PET è possibile visualizzare e quantificare con discreta precisione il cambio di afflusso sanguigno nelle varie strutture anatomiche (attraverso la misurazione della concentrazione dell'emettitore di positroni iniettato).

Spesso, e sempre più frequentemente, le scansioni della Tomografia a Emissione di Positroni sono raffrontate con le scansioni a Tomografia Computerizzata, fornendo informazioni sia anatomiche e morfologiche, sia metaboliche (in sostanza, su come il tessuto o l'organo siano conformati e su cosa stiano facendo). Per sopperire alle difficoltà tecniche e logistiche conseguenti allo spostamento del paziente per eseguire i due esami ed alle imprecisioni conseguenti, ci si avvale oramai esclusivamente dei tomografi PET-TAC, nei quali il sistema di rilevazione PET ed un tomografo TAC di ultima generazione sono assemblati in un unico gantry e controllati da un'unica consolle di comando. L'introduzione del tomografo PET-TAC ha consentito un grande miglioramento dell'accuratezza e dell'interpretabilità delle immagini ed una notevole riduzione dei tempi di esame.

La PET gioca un ruolo sempre maggiore nella verifica della risposta alla terapia, specialmente in particolari terapie anti-cancro.

La PET è usata anche in studi pre-clinici sugli animali, dove invece le indagini ripetute sullo stesso soggetto sono consentite. Queste ricerche si sono dimostrate particolarmente valide nella ricerca sul cancro, dove si registra un aumento della qualità statistica dei dati e una sostanziale riduzione del numero di animali richiesti per ogni singolo studio.

Una limitazione alla diffusione della PET è il costo dei ciclotroni per la produzione dei radionuclidi di breve tempo di dimezzamento. Pochi ospedali e Università possono permettersi l'acquisto e il mantenimento di apparati costosi e la maggior parte dei PET clinici è supportata da fornitori esterni di radiotraccianti, che riforniscono più strutture contemporaneamente. Questo vincolo limita l'uso della PET clinica principalmente all'uso di traccianti contrassegnati con il ¹⁸F, che avendo un tempo di dimezzamento di 110 minuti può essere trasportato ad una distanza ragionevole prima di essere utilizzato, oppure al ⁸²Rb, che può essere creato anche in acceleratori portatili. Quest'ultimo è usato per lo studio dell'irrorazione del miocardio.

Utilizzi

Quest'analisi strumentale, serve per analizzare, verificare la presenza di alcune patologie:

• Processi espansivi (tumore)
• Diagnosi differenziale delle demenze
• Malattie di interesse reumatologico
• Ricerca di miocardio ibernato

Voci correlate

• Radioattività
• Antimateria
• Fusion imaging
• Medicina nucleare
• Neuropsicologia
• SPECT
• Radiologia
• Radiologo
• Tecnico di radiologia

Altri progetti

• Commons

• Wikimedia Commons contiene file multimediali su Tomografia a emissione di positroni

Collegamenti esterni

• Imaging Atlas of PET-CT
• Nuclear Medicine Information
• Introduction to PET Physics
• GE HealthCare, Philips, Siemens - Major manufacturers of PET scanners
• Thompson Cancer Survival Research Center info on PET
• What is PET?

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