Imágenes combinadas de SPECT y TC para visualizar la funcionalidad cardíaca
Fuente: Alycia G. Berman, James A. Schaber, y Craig J. Goergen, Weldon School of Biomedical Engineering, Universidad Purdue, West Lafayette, Indiana
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1. En Vivo Imaging Set-up
- Abra el software de imágenes.
- Para configurar la parte CT de la exploración, permita que el tubo de rayos X se caliente seleccionando la opción en el software. El sistema comenzará a calentar el tubo.
- Anestesia rinde al ratón. Para asegurarse de que el ratón está inconsciente, extienda una pierna y pellizque la pata del animal. Si el ratón no produce un reflejo de abstinencia, el animal está suficientemente anestesiado.
- Inyecte el ratón por vía intravenosa con el radionúclido. Un radionúclido SPECT de uso común es Technetium99m(99mTc), en parte debido a su vida media. Sin embargo, también hay muchos otros radionúclidos disponibles que se pueden utilizar incluyendo yodo-123 (123I) y el indio-111 (111in).
- Esperar. El radionúclido tomará tiempo para distribuir a través del torrente sanguíneo y comenzar a decaer. La cantidad de tiempo necesario depende del radionúclido utilizado y de la aplicación de imágenes. Para las aplicaciones cardíacas, las exploraciones pueden comenzar casi de inmediato, mientras que en el caso de los tumores, el tiempo de espera puede ser de varias horas a días. Dependiendo de la sincronización de la imagen, el ratón puede permanecer anestesiado durante la totalidad del procedimiento o puede despertarse y luego volver a anestesiarse cuando esté listo para la toma de imágenes.
- Coloque el ratón en la cama del ratón situada en la etapa SPECT/CT. La cama debe estar equipada con un tubo para gas anestésico, un calentador y un medio de monitoreo del ECG y la respiración. Durante la toma de imágenes, el operador no podrá observar el ratón directamente, por lo que es necesario disponer de medios alternativos para controlar los parámetros fisiológicos durante la toma de imágenes (es decir, la frecuencia cardíaca y la respiración).
2. Spect/CT Imaging
- Mueva la cama (que contiene el ratón) dentro del colimador.
- Adquiera una sola imagen axial del ratón. Con esta imagen piloto, establezca una región de interés para un análisis secundario.
- Defina los ajustes de SPECT, incluido el número de imágenes recopiladas, el tiempo por imagen, el modo de escaneado (ruta de rotación del detector) y el modo de paso para mejorar la precisión de la imagen o aumentar la velocidad de imagen.
- Para configurar la parte CT de la exploración, permita que el tubo de rayos X se caliente seleccionando la opción en el software. El sistema comenzará a calentar el tubo.
- Defina el ajuste para CT, como la corriente y el voltaje del tubo, el ángulo de rotación, la velocidad del escaneo y el número de imágenes tomadas en cada ángulo de rotación.
- Comience la adquisición de datos. El tiempo necesario para completar el análisis dependerá de los parámetros de escaneado seleccionados, pero normalmente es de 30-60 minutos de longitud.
- Retire la cama del colimador.
- Retire el ratón de la cama y continúe monitoreando el ratón hasta que esté consciente y capaz de moverse normalmente.
3. Reconstrucción SPECT/CT
- La reconstrucción se realiza normalmente mediante software integrado. Los datos de TC y los datos SPECT se pueden reconstruir por separado y luego combinarse mediante el registro interno.
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La exploración combinada SPECT-CT se puede utilizar para proporcionar simultáneamente información anatómica y funcional sobre un órgano de interés en particular.
La tomografía computarizada por emisión de fotón único, o SPECT, mide directamente la radiación de una especie radiactiva inyectada por vía intravenosa a través de una cámara gamma. Esto permite obtener imágenes no invasivas de la actividad biológica en lugar de solo una instantánea del órgano.
Cuando se combinan con la tomografía computarizada o la TC, las imágenes SPECT-CT proporcionan datos metabólicos e información anatómica que pueden ser útiles para una amplia variedad de aplicaciones.
Este video ilustrará los principios básicos de las imágenes combinadas de SPECT-CT y proporcionará una breve descripción general de cómo se adquieren, reconstruyen y analizan las imágenes de SPECT-CT.
Las imágenes SPECT-CT utilizan dos modalidades de imágenes separadas, SPECT y CT, para combinar la evaluación funcional y la información anatómica para mejorar la capacidad diagnóstica general.
En la tomografía computarizada, se recopilan múltiples imágenes de rayos X en 2D para crear un modelo 3D de la anatomía del paciente o del animal. Durante las imágenes por tomografía computarizada, los rayos X se emiten desde una fuente. A medida que los rayos X se mueven a través del paciente, algunos de los rayos X se absorben y el resto pasa a través del paciente. En general, los materiales de mayor densidad, como el hueso, absorben más rayos X que los materiales de menor densidad, como los tejidos blandos.
Los rayos X restantes, no absorbidos, son recogidos por un detector colocado en el otro lado del paciente que determina la intensidad de los rayos X no absorbidos en las unidades Hounsfield. Esto produce una imagen 2D llamada corte. A continuación, la fuente de rayos X y el detector se giran alrededor del paciente para adquirir una colección de cortes en 2D. A continuación, los cortes se reconstruyen para crear un modelo 3D.
De manera análoga a la tomografía computarizada, la SPECT es una técnica de imagen nuclear que adquiere la emisión de radiación de un marcador radiactivo que se inyecta en el paciente. El trazador inyectado se desintegra con el tiempo, emitiendo rayos gamma que son fotografiados por una cámara gamma para crear una imagen 2D. Al igual que la tomografía computarizada, la cámara gamma recopila imágenes 2D en varios lugares para generar un corte, que se puede reconstruir en un modelo 3D.
En este estudio, mostramos la imagen SPECT-CT de un ratón. Las imágenes reconstruidas de TC y SPECT de ratón se superponen para crear una imagen que muestra evaluaciones anatómicas y funcionales, como se muestra en el SPECTRACE coloreado y la tomografía computarizada en escala de grises.
Ahora que hemos revisado los principios básicos de las imágenes SPECT-CT, veamos ahora el protocolo.
Primero, abra el software del sistema. Luego, configure la parte de la tomografía computarizada de la exploración para permitir que el tubo de rayos X se caliente seleccionando la opción en el software. El sistema comenzará a calentar el tubo.
Colocar al ratón en una cámara de inducción de anestesia y anestesiar al animal con isoflurano. Luego, transfiera el mouse a una mesa de trabajo equipada con un cono nasal. A continuación, verifique que el mouse esté inconsciente usando la técnica de pellizcar los dedos de los pies. A continuación, inyecte al ratón anestesiado el radionúclido tecnecio-99m. Espere hasta que el radionúclido se distribuya en el torrente sanguíneo y comience a descomponerse. Las exploraciones pueden iniciarse casi de inmediato para las aplicaciones de cardiología, mientras que el tiempo de espera para obtener imágenes de los tumores puede ser de varias horas a días.
A continuación, coloque el ratón en la cama de escenario SPECT-CT que está equipada con sensores de monitorización de ECG y respiración. Asegure el cono de la nariz e inicie el flujo del anestésico. Encienda el calentador de cama del mouse y controle los parámetros fisiológicos del mouse utilizando los sensores y la cámara interna del dispositivo.
A continuación, deslice la cama del ratón dentro del colimador. A continuación, adquiera una sola imagen axial del ratón como referencia para determinar la ubicación de los animales tal y como reside durante la exploración SPECT. Usando esto como imagen de referencia, establezca una región de interés para un escaneo SPECT piloto. Este escaneo piloto ayudará al usuario a definir la configuración para el escaneo SPECT experimental, incluido el número de imágenes recopiladas, el tiempo por imagen, el modo de escaneo o la ruta de rotación del detector y el modo de paso para mejorar la precisión de la imagen o aumentar la velocidad de la imagen.
A continuación, defina los parámetros para la tomografía computarizada, como la corriente y el voltaje del tubo, el ángulo de rotación, la velocidad de la exploración y el número de imágenes tomadas en cada ángulo de rotación. Por último, inicie la adquisición de datos pulsando el botón de inicio de adquisición. La duración del análisis depende de los parámetros del análisis, pero suele durar entre 30 y 60 minutos.
Una vez finalizado el escaneo, retire la cama del colimador y retire el ratón de la cama. Vigile el ratón hasta que esté consciente y pueda moverse normalmente. Las imágenes de SPECT y CT recopiladas ahora pueden reconstruirse individualmente y combinarse posteriormente mediante el software incorporado.
Repasemos ahora los resultados de las imágenes SPECT-CT.
Esta figura muestra una exploración SPECT-CT combinada representativa obtenida utilizando un trazador de base de tecnecio-99m en un ratón. La exploración SPECT-CT combinada muestra los datos SPECT en tonos de amarillo a naranja en la figura superpuesta a los datos de TC que se muestran en tonos de gris.
Dentro de los datos del SPECT, el grado de actividad fisiológica se demuestra por la intensidad del color. Así, las áreas de amarillo muestran mayor actividad que las áreas de color naranja.
Veamos ahora cómo se utilizan las técnicas de medicina nuclear para obtener datos de imagen más precisos para mejorar el diagnóstico médico.
En los exámenes de detección del cáncer, se usa un marcador radiactivo para dirigirse selectivamente a un receptor específico de la superficie celular que se encuentra en los tumores. La captación del marcador radiactivo en una imagen de SPECT-CT indica la presencia de un tumor.
La PET-MRI integrada es otra técnica de imagen híbrida que se utiliza para diagnosticar enfermedades y monitorear el tratamiento, ya que proporciona un alto contraste de tejidos blandos e información metabólica. Las regiones de alto contraste indican la absorción del marcador radiomarcado y pueden sugerir metástasis en los exámenes de detección del cáncer. Estas imágenes combinadas de PET y RMN muestran múltiples metástasis pulmonares hipermetabólicas y una metástasis en el tracto de salida del ventrículo derecho del corazón.
Para medir la eficacia de las nuevas estrategias de tratamiento para el infarto de miocardio, se requiere la evaluación de la etapa aguda y el resultado a largo plazo. Se administran agentes de contraste intravenosos para la obtención de imágenes secuenciales por TEP-RMN del corazón del ratón. El procedimiento de resonancia magnética suele durar 30 minutos y la tomografía por emisión de positrones dura 45 minutos. Esto es importante en la evaluación de nuevas terapias porque es posible que no se conozca el curso del tiempo. Las áreas aumentadas en la resonancia magnética representan tejido no viable y corresponden a áreas de absorción reducida de FDG que sugieren posibles bloqueos coronarios o infarto.
Acabas de ver la Introducción de JoVE a la Tomografía Computarizada por Emisión Combinada de Fotón Único y las Imágenes de Tomografía Computarizada. Ahora debería saber cómo configurar los parámetros SPECT y CT, realizar el escaneo combinado y analizar la imagen. También debe saber cómo se utilizan las imágenes nucleares en aplicaciones biomédicas. ¡Gracias por mirar!
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Q1: What is the main advantage of combining SPECT and CT imaging?
Combined SPECT-CT imaging provides both functional and anatomical information simultaneously. SPECT measures metabolic activity via injected radioactive tracers, while CT creates detailed anatomical images using X-rays. This hybrid approach improves diagnostic ability by showing where biological activity occurs within the body's precise anatomical structure.
Q2: How does SPECT imaging differ from CT imaging in terms of data collection?
SPECT directly measures radiation emitted from an injected radioactive tracer using a gamma camera, capturing functional biological activity. CT collects multiple 2D X-ray images as the source and detector rotate around the patient, with X-rays absorbed differently by tissues based on density. Both modalities acquire 2D slices that are reconstructed into 3D models.
Q3: What role do physiological monitoring sensors play during SPECT-CT scanning?
ECG and respiration monitoring sensors track the animal's vital functions during imaging. These sensors, along with the device's internal camera, allow operators to continuously monitor physiological parameters and ensure the subject remains stable throughout the 30 to 60-minute scan. This monitoring is essential for maintaining data quality and animal safety during the procedure.
Q4: How are SPECT and CT images combined to create a final diagnostic image?
Individual SPECT and CT images are first reconstructed separately using built-in software to create 3D datasets. The reconstructed images are then overlaid, with SPECT data displayed in color gradients (yellow to orange indicating activity intensity) and CT data shown in grayscale. This merged visualization displays both metabolic function and anatomical structure in a single image.
Q5: Why is timing important when injecting a radionuclide tracer for SPECT-CT imaging?
The timing depends on the clinical application. For cardiac imaging, scans can begin almost immediately after injection because the tracer quickly distributes in the bloodstream. For tumor imaging, wait times may extend several hours to days to allow selective tracer uptake in target tissues. Proper timing ensures optimal tracer distribution and image quality for the specific diagnostic goal.
Q6: What information does color intensity convey in a SPECT-CT image?
Color intensity in SPECT data directly represents the degree of physiological activity in tissues. Yellow areas indicate higher metabolic activity or greater tracer uptake, while orange areas show lower activity. This color gradient allows clinicians to visually identify regions of abnormal metabolism, such as tumors or areas of reduced blood flow, overlaid on the precise anatomical context provided by CT.
Q7: How does SPECT compare to PET in terms of cost and image resolution?
SPECT has lower spatial resolution than PET because it detects single gamma photons directly, whereas PET detects two gamma photons emitted in opposite directions. However, SPECT is less expensive because its radioactive isotopes, such as technetium-99m, are more readily available than PET isotopes. Despite lower resolution, SPECT-CT provides clinically useful metabolic and anatomical information for many diagnostic applications.