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1 Aspectos físicos f de las imágenes de procesos moleculares Gary D. Fullerton, Ph.D. Malcolm Jones Distinguished Professor of Radiology Vice-Chair for Research Division University of Texas Health Science Center at San Antonio 7703 Floyd Curl Drive San Antonio, Texas USA

2 Abstracto Los métodos de imagen tradicionales de la anatomía interna evolucionan lentamente a imágenes n- dimensionales de procesos moleculares con presentaciones de información en maneras no tradicionales para aplicaciones diagnósticas, terapéuticas y ciencias básicas. Esta presentación empieza con los aspectos físicos de las imágenes moleculares usando técnicas normales de medicina nuclear (γ-cameras, SPECT y PET) y se extiende a las aplicaciones mas recientes usando CT, MRI y US. La extensión desde seres humanos hacia modelos animales para las investigaciones farmacéuticas cambia el diseño de los instrumentos con demandas para datos más cuantitativos.

3 Tengo buenas y mala noticias para los estudiantes de física f médicam Su profesión cambia mucho y con acelerada rapidez. Las imágenes de procesos moleculares tienen valor muy elevado. Por esa realidad hay una demanda para el conocimiento de la técnica y los procesos. Vamos a ver una demanda creciente sobre su profesión y su carrera. Será necesario continuar actualizándose y estudiando toda la vida.

4 Cuál l es la fuente de expansión n en el siglo 21 para imágenes moleculares Primero discutiremos ejemplos de la creciente expansión del uso e importancia de importancia de las imágenes moleculares en la práctica clínica actual. Vemos que las imágenes moleculares proveen información sobre la fisiología de órganos del cuerpo humano, de importancia en decisiones terapéuticas. El valor de la información justifica la elevación de costos de las herramientas radiológicas modernas. Las imágenes biomoleculares mejoran la probabilidad de que el médico pueda resolver y curar enfermedades por medio de intervenciones como cirugía, drogas, radiación y otros métodos.

5 Imagenes moleculares: Que son? La Comisión de Imagen Moleculares del American College of Radiology dice: Molecular Imaging may be defined as the spatially localized and/or temporally resolved sensing of molecular or cellular processes. Las imágenes moleculares se pueden definir como la detección en espacio y/o tiempo de procesos moleculares o celulares. Imágenes de PET con FDG son un ejemplo de imágenes moleculares de función

6 La introducción n de imágenes moleculares requiere nuevos paradigmas en Radiología Requiere contribuciones intelectuales de científicos básicos y clínicos de otras especialidades Las colaboraciones científicas son críticas para el desarrollo de métodos en el uso de imágenes funcionales El futuro de la medicina se enlaza con el desarrollo de interpretaciones clínicas de este nuevo tipo de información molecular

7 Métodos para cambiar el paradigma radiológico Quien va a hacerlo? Hay creciente convicción en la comunidad que las imágenes moleculares tendrán importancia crítica para el futuro de la radiología.

8 Fundación n de la importancia de imágenes moleculares en medicina Las imágenes moleculares van a extender el rango de la radiología para incluir mediciones del funcionamiento de órganos. La expansión de capacidades va a ser similar a la introducción de medios de contraste con rayos X. Posibilidad de imágenes diagnósticas de enfermedades funcionales en adición a la detección de los cambios anatómicos.

9 Reconocimiento de la creciente importancia con el uso de PET Cada aniquilación crea un par de fotones que viajan en una línea en direcciones opuestas.

10 El uso de PET demanda la introducción de ciclotrones de tipo médicom

11 Emisores de positrones T 1/2 son átomos biológicos 18 F 11 C 13 N 15 O 82 Rb min min min seg seg Mas largo T 1/2 >> Mas fácil distribución. Menos largo T 1/2 >> Menos dosis de radiación

12 Imágenes de glucosa con F 18 muestra el uso de azúcar en tumores

13 Trazador Trazadores de Oncología Función 18 F-FDG Metabolismo de Glucosa 18 F - Metabolismo óseo. 11 C-Methionine Síntesis de Proteínas 18 F-uracil Entrega de Drogas 15 O-CO Capacidad de Drogas (Angiogénesis) 18 F-CEA Receptor + Detección de Tumor 11 C-Estradiol Receptor + Detección de Tumor

14 18 F-Deoxiglucosa: Entrega normal /Tiempo de espera Inyección intravenosa IV. Transportado por el plasma a todo del cuerpo. Entrega máxima en 90 minutos en tejido normal. Eliminado por la orina en mayor parte en menos de 40 minutos. Adquisición de imágenes luego de 40 minutos cuando la sangre no tiene actividad

15 Imágenes moleculares del cáncer El número de tumores primarios y la capacidad de localizar metástasis para evaluación de la progresión del cáncer hace del PET muy útil para el pronóstico y para la selección de los métodos terapéuticos mas productivos para el paciente individual.

16 Cáncer de próstata: Imágenes moleculares de RM Es el cáncer mas común después del cáncer de piel con incidencia similar al carcinoma del seno. Es el cáncer en secundo lugar con consecuencias fatales para los hombres. Estadiaje o conocimiento del nivel de progresión es crítico en la selección del mejor tratamiento. Resonancia magnética con imágenes anatómicas y espectroscópicas tiene resultados prometedores. American Cancer Society Surveillance Statistics, 2002.

17 Espectroscopia RM del Próstata Que es espectroscopia RM? Un método para detectar concentraciones de compuestos biológicos deiferentes de agua y lípidos. Protones de citrato, colina, creatina, y poliaminas son detectados con relación a la anatomía en voxeles de ~0.3cc Cada voxel recibe una calificación desde uno hasta cinco 1-5 (benigno hasta cáncer maligno).

18 Cambios Metabólicos Elevación de colina Proliferación de células, elevación de la densidad de células, compuestos de fosfolípidos, y metabolismo de membranas celulares. Disminución de citrato Metabolismo excepcional de zinc y citrato indica cambios en la morfología de los conductos [colina+creatina]/[citrato] crea una medida de cambios Disminución de poli-aminas Menos entendido, tiene relación a proliferación y función secretoria.

19 Cambios Metabólicos Voxel sano: Voxel canceroso:

20 MRI/MRSI vs. histopatología Cáncer tiene baja intensidad de señal T2 en la zona periférica

21 Interpretación n de Espectroscopia X X X X X

22 Próstata Sano Canceroso

23 MRI y MRS ermri (endorectal MRI) tiene alta sensibilidad y baja especificidad ermrs por otro lado tiene baja sensibilidad y alta especificidad La fuerza del examen es justo cuando hay concordancia entre MRI y MRS -JMRI 2002; 16:

24 El papel de la espectroscopía Elevar la especificad del diagnóstico cuando es usada con ermri Mejorar la exactitud del exámen Aumentar la seguridad del radiólogo Aumentar el valor del diagnóstico en selección del método de tratamiento Mejorar la probabilidad de curar al paciente y promover el retorno a una vida sana y productiva

25 Cuál l es el Futuro de Espectroscopía por RM Hay estudios multicéntricos actuales con protocolos de ACRIN usando el metodo de GE PROSE (GE PROSE package release) Hay estudios actuales ex-vivo con la meta de identificar y desarrollar huellas digitales mas específicas de cáncer usando RMS de alto resolución Hay estudios actuales evaluando MRS de pacientes con cáncer y biopsias negativas, para identificar el blanco de biopsia Nuevas tecnologías de 3T y de bobinas rígidas mejoran los resultados El progreso en los procesos de computación tiene un efecto positivo en los resultados

26 Small Animal Imaging at UTHSCSA Imágenes de Animales Pequeños en UTHSCSA Department of Radiology Department of Radiology University of Texas Health Science Center at San Antonio San Antonio, Texas USA

27 Desarrollo de Instrumentos para Estudios de Modelos Animales Breakthroughs in Pre-Clinical Imaging at First Pre-Clinical SPECT at Gamma-Medical Ideas First First Pre-Clinical SPECT/CT First Pre-Clinical Tri-Modality PET/SPECT/CT Solid-State SPECT System Tri-Modality PET/SPECT/CT

28 CZT Capacidad de múltiples m isótopos 40 Resolution (% FWHM) NaI_2.2 NaI_1.5 CZT Energy (kev) Cd109 Am Cd109 Am241 Normalized Counts NaI_1.5 Co57 Tc99m In111 Normalized Counts Co57 Tc99m In111 CZT_ Energy (kev) Energy (kev)

29 Micro SPECT/CT Small Animal Imager Radiology Department University of Texas Health Science Center at San Antonio

30 microspect/ct Gamma camera X-ray camera Gamma camera Courtesy Dr. Koji Iwata Gamma Medica

31 FLEX Triumph Una mirada por dentro SPECT Camaras (Retraídas) NaI/PSPMT o CZT Tubo de Rayos-X Camilla para el animal Detector de CT Anillo de detectores PET

32 PET/CT Integrado FDG Xenograft Tumor Estudio en rata Observaciones Captación de FDG en el tumor es evidente Centro necrótico se observa cerca de la tibia Eliminación hacia la vejiga y concentración muscular en el muslo derecho también se observan Parámetros de adquisición Rata de 260 gramos 90 μci FDG en el momento de imagen Tiempo de adquisición: 15 minutos

33 X-PET: High Sensitivity Study Courtesy of Beth Goins, Ph.D., University of Texas at San Antionio

34

35 Spatial Resolution Data Spectrum Micro Deluxe Hot Rod Phantom

36 La tecnología a impulsa la transición n a imágenes funcionales Las instituciones académicas se deben transformar para adaptarse a un nuevo paradigma de imagenología. Esto va a requerir instalaciones similares al RIC y programas de educación superior similares al de Ciencias Radiológicas para promover la colaboración y los estudios multidisciplinarios. Habrán beneficios médicos y económicos debido a estos cambios

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