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Tomografía computarizada por emisión de fotón único

Imagen SPECT (trazador óseo) de un MIP de ratón Colimador utilizado para colimar los rayos gamma (flechas rojas) en una cámara gamma. La tomografía computarizada por emisión de ...

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Imagen SPECT (trazador óseo) de un MIP de ratón
Colimador utilizado para colimar los rayos gamma (flechas rojas) en una cámara gamma.

La tomografía computarizada por emisión de fotón único ( SPECT , o menos comúnmente, SPET ) es una técnica de imagen tomográfica de medicina nuclear que utiliza rayos gamma . [ 1 ] Es muy similar a la imagen planar convencional de medicina nuclear que utiliza una gammacámara (es decir, la gammagrafía ), [ 2 ] pero es capaz de proporcionar información 3D real . Esta información se presenta típicamente 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 soluble simple, como un isótopo de galio (III). Sin embargo, por lo general, un radioisótopo marcador se une a un ligando específico para crear un radioligando , cuyas propiedades lo unen a ciertos tipos de tejidos. Esta unión permite que la combinación de ligando y radiofármaco se transporte y se adhiera a un lugar de interés en el cuerpo, donde la concentración del ligando se detecta mediante una gammacámara.

Principios

Un escáner SPECT de la marca Siemens, que consta de dos cámaras gamma.

La SPECT y otras tecnologías de imagen de medicina nuclear se diferencian de la radiografía en que visualizan la cantidad de actividad biológica en lugar de la estructura del cuerpo. Esto se mide detectando las emisiones de fotones de los radionúclidos en desintegración y luego reconstruyéndolas en una imagen 3D. Estos radionúclidos se unen a moléculas portadoras que localizan la función de interés. [ 3 ]

La tomografía por emisión de fotón único (SPECT) se realiza utilizando una gammacámara para adquirir múltiples imágenes bidimensionales (también llamadas proyecciones ) desde múltiples ángulos. [ 3 ] [ 4 ] Posteriormente, se utiliza una computadora para aplicar un algoritmo de reconstrucción tomográfica a las múltiples proyecciones, lo que produce un conjunto de datos tridimensionales. [ 3 ] [ 4 ] Este conjunto de datos puede luego manipularse para mostrar cortes finos a lo largo de cualquier eje corporal elegido, similares a los obtenidos con otras técnicas tomográficas, como la resonancia magnética (RM), la tomografía computarizada (TC) y la tomografía por emisión de positrones (PET).

La SPECT es similar a la PET en el uso de material trazador radiactivo y la detección de rayos gamma. [ 3 ] A diferencia de la PET, los trazadores utilizados en la SPECT emiten radiación gamma que se mide directamente, mientras que la PET mide dos rayos gamma creados por la aniquilación de positrones que viajan en direcciones opuestas. [ 3 ] [ 4 ] Un escáner PET detecta estas emisiones "coincidentes" en el tiempo, lo que permite una colimación más precisa que resulta en una mayor resolución espacial y una mayor calidad de imágenes que la SPECT. La resolución de la PET suele estar entre 0,5 y 6  mm para los sistemas PET más modernos y alrededor de 1  cm para los sistemas SPECT. [ 5 ] En parte debido a esto, los escáneres SPECT son más baratos que las exploraciones PET debido a los radioisótopos más duraderos y abundantes que se utilizan, como el tecnecio-99m. [ 6 ]

Dado que la adquisición de imágenes SPECT es muy similar a la de la gammagrafía planar, se pueden utilizar los mismos radiofármacos . Si un paciente se somete a otro tipo de gammagrafía, pero las imágenes no son diagnósticas, es posible proceder directamente a la SPECT trasladando al paciente a un equipo especializado o, incluso, simplemente reconfigurando la cámara para la adquisición de imágenes SPECT mientras el paciente permanece en la mesa de exploración.

El equipo SPECT realiza una gammagrafía ósea de cuerpo completo. La paciente yace sobre una mesa que se desliza a través de la máquina, mientras un par de cámaras gamma giran a su alrededor.

Para obtener imágenes SPECT, la gammacámara se rota alrededor del paciente. [ 3 ] Se obtienen proyecciones en puntos definidos durante la rotación, generalmente cada 3 a 6 grados. Los arcos de rotación estándar son de 180 y 360 grados, dependiendo de la zona del paciente que se esté explorando. [ 4 ] El tiempo necesario para obtener cada proyección también es variable, pero suele ser de 15 a 20 segundos. Esto da un tiempo total de exploración de 15 a 20 minutos.

Las cámaras gamma multicabezal pueden acelerar la adquisición. [ 4 ] Por ejemplo, se puede usar una cámara de doble cabezal con los cabezales separados 180 grados, lo que permite adquirir dos proyecciones simultáneamente, requiriendo cada cabezal 180 grados de rotación. [ 4 ] También se utilizan cámaras de triple cabezal con una separación de 120 grados.

Las adquisiciones sincronizadas con el ciclo cardíaco son posibles con SPECT, al igual que con técnicas de imagen planar como la gammagrafía de adquisición multicompuerta (MUGA). Activada por el electrocardiograma (ECG) para obtener información diferencial sobre el corazón en distintas fases de su ciclo, la SPECT miocárdica sincronizada permite obtener información cuantitativa sobre la perfusión, el grosor y la contractilidad del miocardio durante las diferentes fases del ciclo cardíaco, así como calcular la fracción de eyección del ventrículo izquierdo , el volumen sistólico y el gasto cardíaco.

Solicitud

La SPECT se puede utilizar para complementar cualquier estudio de imagen gamma, donde una representación 3D real puede ser útil, como en la obtención de imágenes de tumores, imágenes de infecciones ( leucocitos ), imágenes de tiroides o gammagrafía ósea .

Dado que la SPECT permite una localización precisa en el espacio 3D, puede utilizarse para proporcionar información sobre la función localizada en órganos internos, como por ejemplo en imágenes funcionales cardíacas o cerebrales.

Imágenes de perfusión miocárdica

La gammagrafía de perfusión miocárdica (GPM) es una técnica de imagen cardíaca funcional que se utiliza para el diagnóstico de la cardiopatía isquémica . Su principio fundamental es que, en condiciones de estrés, el miocardio enfermo recibe menos flujo sanguíneo que el miocardio sano. La GPM es uno de los diversos tipos de pruebas de esfuerzo cardíaco .

Se administra un radiofármaco específico para el corazón, por ejemplo, 99m Tc- tetrofosmina (Myoview, GE healthcare), 99m Tc-sestamibi (Cardiolite, Bristol-Myers Squibb) o cloruro de talio-201 . [ 7 ] Posteriormente, 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 puede utilizarse para revertir los efectos del dipiridamol). [ 8 ]

La tomografía por emisión de fotón único (SPECT) realizada tras una prueba de esfuerzo revela la distribución del radiofármaco y, por lo tanto, el flujo sanguíneo relativo a las diferentes regiones del miocardio. El diagnóstico se realiza comparando las imágenes obtenidas durante la prueba de esfuerzo con un conjunto adicional de imágenes en reposo, que normalmente se adquieren antes de las imágenes de esfuerzo.

Se ha demostrado que la MPI tiene una precisión general de alrededor del 83 % ( sensibilidad : 85 %; especificidad : 72 %) (en una revisión, no exclusivamente de SPECT MPI), [ 8 ] y es comparable con (o mejor que) otras pruebas no invasivas para la cardiopatía isquémica.

Imágenes cerebrales funcionales

Por lo general, el trazador emisor de rayos gamma utilizado en la neuroimagen funcional es el tecnecio (99mTc) exametazima . El 99mTc , que tiene una vida media de seis horas, es un isómero nuclear metaestable que emite rayos gamma detectables por una gammacámara. [ 6 ] Su unión a la exametazima permite que el tejido cerebral lo absorba de forma proporcional al flujo sanguíneo cerebral, lo que a su vez permite evaluar dicho flujo con la gammacámara nuclear.

Debido a que el flujo sanguíneo en el cerebro está estrechamente acoplado al metabolismo cerebral local y al uso de energía, el trazador 99m Tc-exametazima (así como el trazador similar 99m Tc-EC) se utiliza para evaluar el metabolismo cerebral regionalmente, en un intento de diagnosticar y diferenciar posibles patologías causales de la demencia . [ 9 ] El metaanálisis de muchos estudios publicados sugiere que la SPECT con este trazador tiene una sensibilidad de aproximadamente el 74% para diagnosticar la enfermedad de Alzheimer frente a una sensibilidad del 81% para el examen clínico (como las pruebas cognitivas ). Estudios más recientes han demostrado que la precisión de la SPECT en el diagnóstico de Alzheimer puede ser tan alta como el 88%. [ 9 ] En el metaanálisis, la SPECT fue superior al examen clínico y a los criterios clínicos (91% frente a 70%) en su capacidad para diferenciar la enfermedad de Alzheimer de las demencias vasculares. [ 10 ] Esta última capacidad se relaciona con la obtención de imágenes SPECT del metabolismo local del cerebro, en la 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 de la enfermedad de Alzheimer. Otro artículo de revisión, publicado en 2012, mostró que las cámaras SPECT multicabezal 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. [ 11 ]

La gammagrafía SPECT con 99m Tc-exametazima compite con la gammagrafía PET con fludeoxiglucosa (FDG) del cerebro, que evalúa el metabolismo regional de la glucosa cerebral, para proporcionar información muy similar sobre el daño cerebral local causado por diversos procesos. [ 9 ] La SPECT está más ampliamente disponible, ya que el radioisótopo utilizado es más duradero y mucho menos costoso, y el equipo de gammagrafía también es menos costoso. Mientras que el 99m Tc se extrae de generadores de tecnecio-99m relativamente sencillos , que se entregan semanalmente a hospitales y centros de gammagrafía para suministrar radioisótopo fresco, la PET con FDG se basa en FDG, que se fabrica en un costoso ciclotrón médico y un "laboratorio caliente" (laboratorio de química automatizado para la fabricación de radiofármacos), y luego se entrega inmediatamente a los centros de gammagrafía debido a la corta vida media natural de 110 minutos del flúor-18 . [ 9 ]

Aplicaciones en tecnología nuclear

En el sector de la energía nuclear, la técnica SPECT se puede aplicar para obtener imágenes de las distribuciones de radioisótopos en combustibles nucleares irradiados. [ 12 ] Debido a la irradiación del combustible nuclear (por ejemplo, uranio) con neutrones en un reactor nuclear, se produce de forma natural en el combustible una amplia gama de radionúclidos emisores de rayos gamma, como productos de fisión ( cesio-137 , bario-140 y europio-154 ) y productos de activación ( cromo-51 y cobalto-58 ). Estos se pueden visualizar mediante SPECT para verificar la presencia de barras de combustible en un conjunto de combustible almacenado para fines de salvaguardias del OIEA , [ 13 ] para validar las predicciones de los códigos de simulación del núcleo, [ 14 ] o para estudiar el comportamiento del combustible nuclear en funcionamiento normal, [ 15 ] o en escenarios de accidentes. [ 16 ]

Reconstrucción

sinograma SPECT

En SPECT, la calidad de las imágenes reconstruidas generalmente está limitada por la baja resolución espacial y sensibilidad, lo que provoca una mayor atenuación y el riesgo de artefactos debido a sus limitaciones. [ 1 ]

El escaneo requiere mucho tiempo, y es fundamental que el paciente no se mueva durante el proceso. Esto se debe a la rotación del detector alrededor del paciente, que recopila múltiples proyecciones. El movimiento puede causar imperfecciones importantes en las imágenes reconstruidas, aunque las técnicas de reconstrucción con compensación de movimiento pueden ayudar a mitigar este problema. [ 1 ] Además, los algoritmos iterativos pueden volverse más eficaces utilizando la metodología de superiorización . [ 17 ]

Las versiones anteriores de la tecnología SPECT utilizaban algoritmos MLEM o algoritmos de maximización de la expectativa de máxima verosimilitud. En los sistemas más modernos, los algoritmos han evolucionado hasta incluir algoritmos como OSEM o el algoritmo de maximización de la expectativa de subconjuntos ordenados. Estos algoritmos son similares a MLEM, pero dividen los datos en subconjuntos, lo que permite una reconstrucción de imagen más rápida y de mayor calidad. [ 1 ]

Estos algoritmos permiten que los sistemas SPECT limiten la cantidad de artefactos y atenuación que aparecen en las imágenes. De esta manera, la actividad de la radiación en los tejidos se puede interpretar con mayor precisión. Junto con OSEM, también se aplican algoritmos de corrección de dispersión y recuperación de resolución para mejorar aún más las imágenes SPECT. [ 18 ]

Protocolos típicos de adquisición de SPECT

SPECT/CT

En algunos casos, un escáner gamma SPECT puede modificarse para funcionar con un escáner CT convencional, combinando la tomografía computarizada por emisión de fotón único con la tomografía computarizada para proporcionar información detallada sobre la fisiología del cuerpo y la estructura del mismo. Al superponer los datos SPECT y CT, se puede crear una imagen más precisa. Además, la adición de CT ayuda a corregir la atenuación en la imagen SPECT. [ 1 ] Esto puede ser útil para identificar tumores o tejidos que pueden verse en la gammagrafía SPECT, pero que son difíciles de localizar con precisión con respecto a otras estructuras anatómicas.

En las versiones más recientes de los sistemas SPECT/CT, los detectores han mejorado significativamente gracias al uso de detectores de telururo de cadmio-zinc (CZT) y a los avances en los algoritmos de reconstrucción. Estos avances han aumentado la calidad de la imagen en comparación con las versiones anteriores. [ 1 ]

Con los avances de la SPECT/CT, esta tecnología desempeña un papel cada vez más importante en las aplicaciones de imagenología clínica y teranóstica. Por ejemplo, la SPECT/CT puede utilizarse en gammagrafías paratiroideas con sestamibi , donde la técnica resulta útil para localizar adenomas paratiroideos ectópicos, que pueden no encontrarse en su ubicación habitual en la glándula tiroides. [ 7 ]

Control de calidad

El rendimiento general de los sistemas SPECT se puede realizar mediante herramientas de control de calidad como el fantoma de Jaszczak . [ 19 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 Kathy P Willowson, Dale L Bailey, Tecnología SPECT-CT en evolución, British Journal of Radiology , 2024;, tqae200, https://doi.org/10.1093/bjr/tqae200
  2. ↑ Scuffham JW (2012). "Un detector de CdTe para imágenes SPECT hiperespectrales". Journal of Instrumentation . 7 (8) P08027. IOP Journal of Instrumentation. doi : 10.1088/1748-0221/7/08/P08027 . S2CID 250665467 . 
  3. 1 2 3 4 5 6 "Medicina nuclear" . Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería . Recuperado el 17 de mayo de 2026 .
  4. 1 2 3 4 5 6 Bushberg, Jerrold T.; Seibert, J. Anthony; Leidholdt, Edwin M.; Boone, John M. (2021). La física esencial de la imagen médica (4.ª ed.). Filadelfia: Wolters Kluwer. ISBN  978-1-9751-0322-4.
  5. ↑ Moses, William W. (2011). "Límites fundamentales de la resolución espacial en PET" . Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment . 648 : S236– S240 . doi : 10.1016/j.nima.2010.11.092 . PMC 3144741. PMID 21804677 .  
  6. ^ Kane , Steven M.; Padda, Inderbir S.; Patel, Preeti; Davis, Donald D. (2026), "Technecio-99m" , StatPearls , Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, PMID 32644439 , consultado el 17 de mayo de 2026 
  7. 1 2 Neumann DR, Obuchowski NA , Difilippo FP (2008). "SPECT de sustracción con 123I/99mTc-sestamibi preoperatorio y SPECT/CT en hiperparatiroidismo primario" . J Nucl Med . 49 (12): 2012– 7. doi : 10.2967/jnumed.108.054858 . PMID 18997051 . 
  8. 1 2 Elhendy, A; Bax, JJ; Poldermans, D (2002). "Imágenes de perfusión miocárdica con estrés por dobutamina en la enfermedad de las arterias coronarias" . Journal of Nuclear Medicine . 43 (12): 1634– 46. PMID 12468513 . 
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  12. ↑ Jacobsson Svärd, Staffan (2004). Una técnica de medición tomográfica para conjuntos de combustible nuclear irradiados . Upsala: Acta Universitatis Upsaliensis. ISBN 91-554-5944-7.
  13. ↑ Levai, F; Dési, S; Tarvainen, M; Artt, R (1993). Uso de la tomografía por emisión gamma de alta energía para la verificación parcial de defectos en conjuntos de combustible gastado . Helsinki: Centro Finlandés para la Radiación y la Seguridad Nuclear. ISBN 951-47-7975-4.
  14. ^ Jacobsson Svärd Staffan, Håkansson Ane, Bäcklin Anders, Osifo Otasowie, Willman Christopher, Jansson Peter (2005). "Determinación experimental no destructiva de la distribución de potencia entre pines en conjuntos de combustible nuclear". Tecnología Nuclear . 151 (1): 70– 76. Bibcode : 2005NucTe.151...70S . doi : 10.13182/NT05-A3632 . S2CID 98426662 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
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  19. ↑ Jennifer Prekeges. Instrumentación en medicina nuclear . Jones & Bartlett Publishers. 2012. ISBN 1449645372pág. 189
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Lecturas adicionales

  • Bruyant, PP (2002). "Algoritmos de reconstrucción analítica e iterativa en SPECT" . Journal of Nuclear Medicine 43(10):1343-1358.
  • Elhendy et al., "Imágenes de perfusión miocárdica con estrés por dobutamina en la enfermedad de las arterias coronarias" , J Nucl Med 2002 43: 1634–1646.
  • Frankle W. Gordon (2005). «Imágenes de neuroreceptores en psiquiatría: teoría y aplicaciones». Neuroimaging, Part B. International Review of Neurobiology. Vol.  67. pp. 385–440 . doi : 10.1016/S0074-7742(05)67011-0 . ISBN  978-0-12-366868-4. PMID 16291028 . 
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  • Jones / Hogg / Seeram (2013). SPECT/CT práctico en medicina nuclear . ISBN 978-1447147022.
  • Willowson K, Bailey DL, Baldock C, 2008. "Reconstrucción cuantitativa de SPECT utilizando correcciones derivadas de TC". Phys. Med. Biol. 53 3099–3112.
  • Campus de Salud Humana, sitio web oficial del Organismo Internacional de Energía Atómica dedicado a los profesionales de la radiología médica. Este sitio es administrado por la División de Salud Humana del Departamento de Ciencias y Aplicaciones Nucleares.
  • Centro Nacional de Desarrollo de Isótopos. Información de referencia sobre radioisótopos, incluidos los utilizados en SPECT; coordinación y gestión de la producción, disponibilidad y distribución de isótopos.
  • Desarrollo y producción de isótopos para investigación y aplicaciones (IDPRA): programa del Departamento de Energía de los Estados Unidos para la producción de isótopos y la investigación y el desarrollo en este campo.
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