Imaging molecolare con radionuclidi: rivelatori ad alta risoluzione nella diagnosi precoce e programmazione terapeutica del cancro della mammella La Medicina moderna è sempre più Medicina molecolare Ruolo cruciale delle tecnologie avanzate di Imaging “in vivo”. Imaging con radionuclidi (Medicina Nucleare) sensibilita’ picomolare e specificita’ (diagnosi di funzione, natura) Progressi derivano da Spin-off da ricerche di base L’ISS grande tradizione (collaborazone con INFN, DOE Johns Hopkins) Progetto di Ricerca Finalizzata n. 4AG/F del Ministero della Sanita’: Collaborazione tra ISS (Dipartiento TESA, Reparto di Fisica e Tecnologie Nucleari per la Salute), Dipartimento di Diagnostica per Immagini cella Universita’ di Tor Vergata – Roma e Istituto di Biostrutture e Bioimmagini del CNR - Napoli

Il cancro della mammella e’ il tumore più diffuso nella donna Il cancro della mammella e’ il tumore più diffuso nella donna. La cura con successo è legata alla diagnosi precoce, quindi alla rivelazione di tumori piccoli (< 10 mm, possibilmente ≤ 5 mm). Tale rivelazione rende, infatti, possibili interventi terapeutici presumibilmente in assenza di metastasi. La tecnica di diagnosi più utilizzata è la mammografia a raggi X, molto sensibile ma non specifica, che non fornisce quindi, in pratica, informazioni sulla natura delle lesioni Il dispositivo progettato costruito e provato con trial clinici è atto alla diagnosi precoce del cancro della mammella mediante la tecnica di imaging molecolare con radionuclidi. Tumori più grandi di 10 mm sono rivelabili con gamma camere standard normalmente in dotazione nei reparti di Medicina Nucleare. Per la diagnosi di tumori più piccoli, minori di 10 mm, possibilmente ~ 5 mm e’ necessario progettare rivelatori dedicati ad alta risoluzione spaziale, buona efficienza e campo di vista (Field Of View (FOV)) adeguato

Sono quindi necessarie anche altre tecniche. Principale tumore delle donne La mammografia a raggi X-e’ molto sensibile ma non specifica, non fornisce cioe’ informazioni sulla natura della lesione (e’ o non e’ lesione cancerosa) valore “predittivo: 15-30% nei casi dubbi da mammografia si eseguono biopsie (invasive ansiogene, costose e non esenti da errore Inoltre non funziona bene per tessuto mammario denso. per mnammelle con protesi o trattate chirurgicamente Sono quindi necessarie anche altre tecniche. L’ imaging con radionculidi ha un ruolo cruciale. Le tecniche multimodali ((ecografia-scintigrafia, scintigrafia-MRI (risonanza) sono “il futuro”) Si devono quindi rivelare tumori in fase preclinica !! (< 10 mm, ~ 5-mm)

La tecnica “Single Photon” Paziente iniettato con radiofarmaco, localizzato secondo le sue proprieta’ metaboliche (tracciante) Raggi gamma escono dal paziente e possono essere rivelati e usati per riprodurre immagini Elettronica di Lettura Amplifica e campiona i segnali elettrici e li passa al computer Collimatore Solo i gamma perpendicolari al piano dell’immagine vengono raccolti Scintillatore Converte i gamma in luce Procedura di ricostruzione Elabora i segnali tramite computer e produce l’immagine Fotosensore Converte la luce in segnale elettrico

Necessari rivelatori dedicati ad alta risoluzione Scintimammografia La risoluzione spaziale peggiora con la distanza e gli apparecchi standard non possono essere avvicinati all’organo Tumori palpabili Tumori non palpabili Distanza irriducibile Necessari rivelatori dedicati ad alta risoluzione Alta risoluzione spaziale, alta sensibilita’, buona risoluzione energetica

Caratteristica “unica” del nostro rivelatore Prestazioni intrinseche Risoluzione spaziale Importanza della identificazione dei pixel Caratteristica “unica” del nostro rivelatore Si e costruito un rivelatore con il piu’ elevato numero di pixel per unita’ di area esistente’: 1.2 mm “pitch”. Questo e’ possibile grazie ad una elettronica in grado acquisire i segnali di tutti i canali in modo indipendente (fino a 4096 canali a 20 kHz). I rivelatori in uso nei reparti di Medicina Nucleare, usano 4 canali/rivelatore Una buona identificazione dei pixel e’ fondamentale per una corretta digitalizzazione, influenzando la risoluzione spaziale e quindi il contrasto C8 strips M64 (2 x 2) mm2

Risoluzione spaziale e linearità Risoluzione spaziale e linearità RIVELATORI UTILIZZATI PER COSTRUIRE LO SCINTIMAMMOGRAFO numero di p.e. distribuzione di luce campionamento della luce Risoluzione spaziale e linearità spessore dello scintillatore granularità Risoluzione spaziale e linearità MCP (Burle) 1.5x1.5 mm2 CsI(Tl) 0.4 -1.0 mm pitch LaBr3 Lettura individuale di tutti i canali importante ma elettronica più complessa

L’esame scintimammografico risulta negativo ALCUNI RISULTATI DI PROVE CLINICHE DELLO SCINTIMAMMOGRAFO Rx Scintimammo T1 NMR T2 STIR Caso 1 Rx Scintimammo L’esame scintimammografico risulta negativo Caso 2 Alcuni risultati da trias clinici con “rivelatore singolo”: Caso 1: donna operata risultati dubbi (recidiva, residuo da operazione?), da mammografia si sono rivelati “negativi” con mammoscintigrafia, risonanza, ecografia e biopsia. Caso 2: mammografia “dubbia” (microcalcificazioni) risultati diversi da risonanza ed ecografia, negativi da mammoscinigrafia e biopsia.

Evoluzione del progetto Caso 3. Caso dubbio da mammografia: tumore (< 10 mm) da mammoscintigrafia e biopsia Evoluzione del progetto Costruzione di un rivelatore “dual” con proposta di uso di tecnica “originale” per scintigrafia: la tecnica di “spot compression” consente di avvicinare il rivelatore alla lesione con vantaggi rilevanti in termini di efficienza (sensibilita’) e risoluzione spaziale e quindi di Signal to Noise Ratio (SNR) e cioe’ di rivelabilita’ del tumore. L’SNR e’ ulteriormente migliorato mediante l’uso di modalita’ particolari e tecniche di collimazione del tipo pinhole e (possibilmente) multipinhole che consentono di aumentare l’efficienza di rivelazione Italian Patent Pending No. RM2008A000541 Le caratteristiche del sistema e le modalita’ operative proposte consentono di migliorare le capacita’ diagnostiche anche in casi particolarmente difficili (tumori vicini al torace e) quindi in condizioni di fondo di notevole entita’

Vantaggi della “spot compression” in modalita’ duale: Miglior risoluzione spaziale, miglior sensibilita’ Migliore rivelabilita’ per tumori piccoli