spect, pec corregido
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Equipo de Radiodiagnóstico
SPECT, PET
Por. Karla Chirinos & Víctor Morales
INTRODUCCIÓN
tomográfico resulta en una imagen del
interior del cuerpo, como si se hubiera
tomado un cuchillo y cortado una rodaja
para lograr ver en su interior. La
tomografía es usada para estudiar la
anatomía (como en el caso de la TC y la
RM) o los aspectos funcionales (como en
el caso del SPECT y del PET)
SPECT, PET
Equipo de Radiodiagnóstico
Radiofarmacos
Indio 111:Es un conjugado de octreótido
(análogo sintético de la somatostatina) y
ácido zietilentriaminapentacético (DTPA).
Se emplea en la detección escintigrágica
(gammagráfica) de tumores endocrinos
que presenten receptores de
somatostatina.
SPECT, PET
Equipo de Radiodiagnóstico
Radiofarmacos
Tecnecio 99: Arcitumonab es un
fragmento de anticuerpo monoclonal
proveniente del fluido ascítico murino
(IMMU-4), capaz de unirse selectivamente
al antígeno carcinoembrionario, un
antígeno tumoral cuya expresión
aumenta en determinadas neoplasias,
especialmente gastrointestinales (más del 90% de los cánceres colorrectales).
SPECT, PET
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Radiofarmacos
Samario[Sm153], Lexidronam.- Es un
radiofármaco emisor de radiación beta y
gamma. Se utiliza para el tratamiento
analgésico de las lesiones óseas por
metástasis cancerosas. No se conoce con
precisión cuál es el mecanismo de acción
de este fármaco, aunque podría estar
relacionado con un efecto antineoplásico directo
SPECT, PET
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Radiofarmacos
Estroncio [Sr89], cloruro.- El estroncio
debido a sus propiedades
electroquímicas, es capaz de incorporarse
en las zonas de proliferación óseas, tal y
como ocurre con el calcio in vitro. El
estroncio-89 es un emisor beta (100%), con una semivida física de 50.5 días.
SPECT, PET
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SPECTTomografía Computarizada de Emisión Monofotónica
SPECT
La SPECT o tomografía computarizada de emisión
monofotónica (en inglés single photon emission
computed tomography) es una técnica médica de
tomografía que utiliza rayos gamma. Utiliza una
cámara sensible a los rayos gamma y no a los rayos
X. Cada una de las imágenes que se obtienen es
bidimensional, pero pueden combinarse muchas
imágenes tomadas desde distintas posiciones
alrededor del paciente para obtener una imagen
tridimensional.
SPECT, PEC, STAT
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SPECT
Es una técnica que ha mostrado un creciente interés en
Neurología, ya que proporciona una información funcional
y metabólica; permite el estudio de imágenes por la
administración de un radiofármaco usualmente por vía
intravenosa o inhalatoria. Estas sustancias siguen
distintas rutas metabólicas de manera que son captadas
específicamente por diferentes órganos y tejidos, a la vez
que son capaces de emitir radiación gamma, que se
detecta mediante una gamma cámara.
SPECT, PET
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SPECT: ¿Porque Utilizarlo?
1. En una imagen planar, la actividad fuera del órgano de interés se superpone a éste, reduciendo el contraste visible. En cambio, en una imagen transversal reconstruida, la distribución de actividad en el órgano se aprecia en forma separada de la actividad de fondo circundante, de modo que el contraste mejora significativamente.
SPECT, PET
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SPECT: ¿Porque Utilizarlo?
2. Debido a que las imágenes tomográficascontienen información sobre la distribución de actividad en el interior del cuerpo, esencialmente tendremos datos tridimensionales. En muchas ocasiones, la observación de imágenes tridimensionales puede ayudar a ilustrar la relación existente entre diferentes estructuras y realmente mejorar la interpretación del estudio.
SPECT, PET
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SPECT: ¿Porque Utilizarlo?
3. Si se corrigen varias fuentes de error, las imágenes de SPECT realmente pueden representar la distribución de actividad en el cuerpo en cantidad de actividad por unidad de volumen. Esta cuantificación absoluta puede ser de utilidad para medir parámetros funcionales y también para estimar la dosis absorbida de radiación en un órgano específico o en un tumor.
SPECT, PET
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SPECT: Adquisición de la imagen
Para adquirir un estudio de SPECT, se hace rotar una
cámara gama convencional alrededor del paciente,
registrando una imagen en cada paso angular. La
cámara simplemente se mueve alrededor del paciente
tomando imágenes estáticas desde diferentes
ángulos. Estas imágenes se conocen como proyecciones.
SPECT, PET
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SPECT: Adquisición de la imagen
La actividad inyectada (radiofármaco) usualmente se
distribuye en todo el paciente y una imagen estática
habitual proporciona una imagen donde la
información se encuentra superpuesta. De hecho,
parte de la actividad está “oculta” tras otras
estructuras, en realidad lo que se pierde por la
superposición de estructuras es el contraste, ya que
los rayos gamma de los sectores profundos de todos modos alcanzan el detector en su mayor parte.
SPECT, PET
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SPECT: Tamaño de la matriz
Como en las imágenes planares, el tamaño de la
matriz debe ser tal que no se pierda la resolución
presente en el sistema. En una imagen planar
debemos asegurarnos que la matriz elegida resulte en
un tamaño de pixel que no supere la mitad de la resolución esperada de la cámara, o sea que el FWHM
debe estar representado por 2 pixeles.
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SPECT: Proyecciones Angulares
Una decisión igualmente importante es el número de
ángulos de la adquisición; y aquí no se trata de
adivinar, sino que una vez más debe ser determinado
de modo de no perder información. Sabemos ya que
necesitamos un tamaño de pixel suficientemente pequeño, de otra manera se perderá resolución. Necesitamos asegurar que el paso entre dos
posiciones angulares no sea demasiado grande, ya que de lo contrario perderemos resolución
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SPECT: Proyecciones Angulares
No es importante preservar la resolución fuera del
área de interés, es suficiente que la distancia entre
ángulos sea suficientemente grande para describir un
círculo (órbita) que contenga el órgano de interés. La
circunferencia completa de la órbita (o sea, la
distancia total de la órbita) estará dada por 2πr. Por
tanto, es posible calcular el número de ángulos de
modo que la distancia entre ellos sea suficientemente pequeña.
SPECT, PET
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SPECT: Proyecciones Angulares
De nuevo, recurriendo al ejemplo anterior donde
necesitábamos un distancia de 6 mm, si el radio del
círculo incluyendo el órgano de interés centrado en el
CDR debiera ser de 10 cm, entonces el número de
ángulos debería ser >2πr / 6 ≅ 105. Necesitaríamos
usar 120 ángulos en una adquisición de 360º o la
mitad de ese número para una adquisición de 180º. El
número de ángulos es independiente del tamaño de la matriz o del factor de amplificación
SPECT, PET
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SPECT: Tiempo de proyección
La principal consideración en un estudio de SPECT es
la adquisición de los mejores datos posibles.
Calculando una duración realista del estudio, se
puede determinar el tiempo por ángulo: simplemente
dividimos el tiempo total de estudio por el número de ángulos a adquirir.
SPECT, PET
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SPECT: Adquisición de 180° vs 360°
Existen ciertas situaciones en que una adquisición de
180º es preferible a una de 360º. Ejemplos de esto es el
SPECT cardíaco y el SPECT óseo de columna; en ambos
casos el órgano de interés está situado más próximo a
un borde del cuerpo.
SPECT, PET
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SPECT: Adquisición de 180° vs 360°
Las ventajas potenciales de una adquisición de 180º son,
por tanto:
• Adquirir más cuentas en un tiempo dado (debido a
que la atenuación es menor).
• Obtener mejor resolución (ya que el órgano está más
próximo al detector).
SPECT, PET
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SPECT: Adquisición de 180° vs 360°
SPECT, PET
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SPECT: Cámaras de un detector vs. Multidetector
Hemos mencionado solamente los sistemas SPECT con
un solo detector, pero las cámaras multidetectores (con
dos o tres cabezales) se están difundiendo cada vez
más. Actualmente es común la adquisición de sistemas
SPECT con múltiples detectores en vez de solamente
uno. Los detectores operan en forma independiente
entre si, de modo que dos detectores adquieren dos proyecciones distintas al mismo tiempo.
SPECT, PET
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SPECT: Cámaras de un detector vs. Multidetector
Existen dos estudios específicos donde estas ventajas
pueden ser aprovechadas:
• SPECT gatillado, donde las cuentas adicionales son
necesarias para compensar el escaso tiempo de
adquisición por imagen y
• El SPECT dinámico – una técnica nueva pero
potencialmente útil donde se necesitan tiempos de
adquisición cortos. SPECT, PET
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SPECT: Distancia Paciente - Detector
Debe mantenerse una mínima distancia con respecto al
paciente. Deben tomarse todas las medidas posibles
tendientes a lograr esto. Con una adquisición de 180º la
cámara no necesita rotar completamente alrededor del
paciente, de modo que en general puede usarse un
radio de rotación menor que con una órbita de 360º.
La mayoría de las cámaras presentan la opción de una
órbita elíptica además de la circular, lo que permite al
detector aproximarse más al paciente. SPECT, PET
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SPECT: Reconstrucción del estudio SPECT
El enfoque básico que se ha usado durante años utiliza
la retroproyección, una técnica que se realiza fácilmente
mediante una computadora. Adquirimos un grupo de
imágenes alrededor del paciente, consideremos una
única línea de estas imágenes que corresponde a las
cuentas adquiridas de un corte transversal individual
SPECT, PET
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SPECT: Reconstrucción del estudio SPECT
Para explicar el proceso de reconstrucción consideraremos
un corte individual.
• Consideremos la imagen del corte que deseamos
reconstruir.
• Consideremos un objeto muy simple consistente en una
zona de actividad aumentada, como puede ser un
tumor en el cuerpo de un paciente.
SPECT, PET
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SPECT: Reconstrucción del estudio SPECT
Para un colimador de orificios paralelos, se entiende que
la dirección guarda un ángulo recto con el detector
(asumiendo que todos los fotones adquiridos han
viajado en línea recta y están bien colimados).
SPECT, PET
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SPECT: Elección de Filtro
Hay muchos filtros disponibles para su uso en un
software de medicina nuclear (Butterworth, Hann,
Hamming, Hanning, Shepp-Logan, Parzen, Gaussian),
todos estos son filtros de suavizado que pueden ser
combinados con el rampa o, en la mayoría de los casos,
pueden ser aplicados por separado
SPECT, PET
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SPECT: Reconstrucción iterativa
Es un método de reconstrucción alternativo que
aparece de manera cada vez más frecuente en los
sistemas comerciales. Existen varios métodos para
realizar una reconstrucción iterativa pero todos
presentan un fundamento similar.
SPECT, PET
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SPECT: Colimador
Hemos mencionado algunos colimadores utilizados en
Gammacamara:
• Colimadores convergentes
• Colimadores de agujeros paralelos
i. Colimador Long-Bore
ii. Slant-hole
SPECT, PET
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SPECT: Colimador
SPECT, PET
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Diferentes arreglos geométricos
de los septa, que determinan
los distinto tipos de
colimadores:
a) Fan beam
b) Long-Bore
c) Paralelo
d) Geometria paralela
SPECT: Esquematico
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SPECT: Esquematico
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SPECT: ComparativoS
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PETTomografía por Emisión de Positrones
PET: Conceptos básicos
La tomografía por emisión de positrones, también
llamada diagnóstico por imágenes PET o exploración
PET. Produce imágenes basadas en el nivel de actividad
metabólica en las células, por lo que se considera una
técnica de «imagen molecular».
La PET se basa en la administración endovenosa de
trazadores análogos de la glucosa ligados a marcadores
radioactivos emisores de positrones, que son captados
por las células del organismo SPECT, PET
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PET: Conceptos básicos
Al no seguir el ciclo bioquímico de la glucosa y
abstenerse de pasar al ciclo de Krebs, los trazadores
quedan atrapados en la célula. La retención del trazador
está influenciada directamente por la tasa metabólica
celular, por lo que en condiciones normales, órganos
como el cerebro, el hígado y el miocardio exhiben una
retención muy pronunciada
SPECT, PET
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PET: Conceptos básicos
Los radioisótopos más usados para los cientos de
marcadores fisiológicos, bioquímicos, farmacológicos y
moleculares para PET son:
• Carbono-11,
• Nitrógeno-13,
• Oxígeno-15 o Flúor- 18
SPECT, PET
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PET: Conceptos básicos
El estudio de imágenes de tomografía por emisión de
positrones más común es el FDG-PET. En éste se inyecta
una pequeña cantidad de glucosa radioactiva llamada
fludesoxiglucosa (FDG) en el cuerpo del paciente. Luego,
se permite que la FDG circule de 45 a 60 minutos por
todo el cuerpo mientras el paciente está en reposo. El
proceso completo para realizar una PET habitualmente
demora de 2 a 3 horas.
SPECT, PET
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PET: Descripción de partes
SPECT, PET
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PET: Proceso de aniquilación.
Las principales ventajas del PET surgen de las
propiedades físicas de la emisión de positrones. Cuando
un positrón, electrón cargado positivamente, es emitido
desde el núcleo, viaja una corta distancia perdiendo
energía hasta que interactúa con un electrón del medio,
de modo que ambos se aniquilan (desaparecen).
La masa del electrón y del positrón se convierte en
energía bajo forma de dos rayos gama
SPECT, PET
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PET: Proceso de aniquilación.
Por tanto, al contrario del SPECT donde normalmente es
emitido un fotón único en cada desintegración, en PET
es emitido simultáneamente un par de fotones y en
consecuencia su detección involucra un par de
detectores en situación opuesta que debe registrar
eventos en un mismo instante de tiempo
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PET: Punto de aniquilación.
Debido a que dos fotones viajan en
direcciones opuestas, el punto de
aniquilación estará ubicado en una
línea recta que une ambos puntos
de detección. Esto significa que la
información direccional se puede
determinar “electrónicamente” sin la
necesidad de una colimación
convencional. SPECT, PET
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PET: Atenuación
En la detección de fotones por coincidencia, la atenuación
dependerá solamente del recorrido total a través del
paciente, pero será independiente de la ubicación exacta
del evento de aniquilación en la profundidad del tejido.
La corrección de atenuación en PET se basa en que,
independientemente de la localización del evento de
aniquilación, uno u otro de los fotones atravesarán la
totalidad del espesor corporal.
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PET: Limitaciones fisicas
• Efecto de alcance. El proceso de detección identifica el
punto de aniquilación, el cual está en una ubicación
remota respecto al punto de origen del positrón.
• Efecto angular.
• Radiación dispersa.
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PET: Limitaciones fisicas | Coincidencia Aleatoria
Un tipo de evento característico de PET es la coincidencia accidental o
aleatoria. En la práctica, el circuito de coincidencia no es instantáneo, sino que
acepta dos eventos detectados dentro de una pequeña ventana temporal, del
orden de 8-12 nsg para ser considerados originarios de una única aniquilación.
PET: Instrumentación y Objetivos
La instrumentación en PET se ha desarrollado
considerablemente desde los primeros sistemas
diseñados. El sistema consiste básicamente en
múltiples detectores en anillo, y cada anillo contiene
un juego de pequeños detectores. El diseño de los
sistemas PET ha intentado satisfacer diferentes
objetivos:
SPECT, PET
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PET: Instrumentación y Objetivos
1. La mejoría en la resolución se logra reduciendo el
tamaño del cristal. Típicamente, dos juegos de
bloques proveen 16 anillos, cada uno con 512
detectores, que luego de la reconstrucción
proporcionan 31 planos cubriendo 10.8 cm en
sentido axial. Más recientemente, los diseños
intentan extender la dimensión axial a 15-16 cm.
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PET: Instrumentación y Objetivos
3. Clásicamente se utiliza colimación plomada en
forma de septos de 1x80 mm, lo cual reduce
significativamente la radiación dispersa y las
detecciones aleatorias. Recientes desarrollos
prescinden de estos septos, de modo que no existe
colimación lo cual mejora potencialmente la
sensibilidad
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PET: Instrumentación y Objetivos
4. Se aplican varias correcciones a los datos antes de
la reconstrucción para corregir las variaciones en la
sensibilidad del detector, el tiempo muerto, los
eventos aleatorios y la atenuación
SPECT, PET
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PET: Detectores
Las características más importantes de los
detectores de centelleo incluyen: alta densidad y
número atómico efectivo, alta producción de luz y
velocidad de respuesta. Esto reduce la inexactitud
estadística (ruido) en el centelleo y por lo tanto
mejora la resolución de energía. Los detectores con
mayores densidades y números atómicos efectivos
son el BGO, LSO y GSOSPECT, PET
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PET: Detectores
PET: Detectores
En los PET dedicados, los detectores comúnmente
están dispuestos en anillos o en disposiciones
poligonales discretas. En dichos sistemas se utiliza
detección multicoincidencia en abanico, con cada
elemento detector operando en coincidencia con
múltiples elementos detectores opuestos
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PET: Detectores
SPECT, PET
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PET: Detectores
Las cámaras PET modernas tienen generalmente 3-
4 anillos con 100-200 bloques detectores cada uno.
Cada bloque consiste en un grupo de 6×6 = 36 a
8×8 = 64 elementos de 4×4 a 6×6 mm cada uno,
haciendo un total de 10,000 a 20,000 elementos
detectores. El diámetro del anillo va de 80 a 90 cm,
el campo de visión transversal de 50 a 70 cm, y el
axial (o longitudinal) de 20 a 30 cmSPECT, PET
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PET: Detector GSO
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PET: Reconstrucción de la imagen
El proceso de reconstrucción propiamente dicho, es
esencialmente idéntico al del SPECT. Suponiendo
que los datos son adquiridos con un número de
ángulos suficiente alrededor del paciente, éstos
pueden ser organizados para formar un juego
convencional de proyecciones para cada ángulo (o
sinograma) y la reconstrucción realizada mediante
métodos de retroproyección filtrada o iterativos. SPECT, PET
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PET: Reconstrucción de la imagen
La formación de imágenes de PET cuantitativas
requiere de los siguientes juegos de datos:
• un archivo con los datos de emisión a ser
reconstruidos
• un archivo de normalización para corregir la
respuesta del sistema
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PET: Reconstrucción de la imagen
La formación de imágenes de PET cuantitativas
requiere de los siguientes juegos de datos:
• un CT o un archivo de transmisión para la
corrección de atenuación y
• El estudio en blanco, también para la corrección
de atenuación
SPECT, PET
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PET: Reconstrucción de la imagen
El juego completo de datos de
proyecciones 2D es usualmente
representado como una matriz
bidimensional en las coordinadas
polares conocida como sinograma
en el cual se representa la
intensidad de la proyección a
diferentes posiciones angularesSPECT, PET
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PET: Reconstrucción de la imagen 3D
En PET 3D, las proyecciones son bidimensionales
(xr,yr). El grupo de datos completo de proyecciones
es representado por un juego de sinogramas, con
un sinograma por cada ángulo polar.
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PET: Reconstrucción de la imagen 3D
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PET: Verificación de Desempeño
Se ha desarrollado una variedad de parámetros para
caracterizar el desempeño de las cámaras PET y se
han propuesto datos de adquisición detallados y
protocolos de análisis con este propósito. Los
parámetros claves son la resolución espacial, la
sensibilidad y la tasa de conteo equivalente a ruido.
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PET: Resolución Espacial
La resolución espacial general de las cámaras PET
(expresada como el FWHM de la función de
dispersión lineal) resulta de la combinación de
factores físicos e instrumentales. Existen muchas
limitaciones importantes impuestas a la resolución
por las bases físicas de la aniquilación del positrón
con el negatrón.
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PET: Sensibilidad
La sensibilidad del sistema (la tasa de eventos
medida por unidad de actividad de la fuente) es
determinada por la combinación de la eficiencia
geométrica (la fracción de radiación emitida que
alcanza el detector) y la eficiencia intrínseca (la
fracción de radiación emitida que llega al detector y
es efectivamente registrada por éste).
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PET: Diagrama de bloqueSPECT, PET
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PET: PET/TC
Todos los principales fabricantes ofrecen
equipos multi-modalidad o híbridos,
combinando en un solo instrumento un
PET y un CT de gran desempeño. Estos
aparatos brindan un registro casi perfecto
de imágenes funcionales (PET) y
anatómicas (CT) y están teniendo gran
impacto en la práctica clínica
especialmente en oncología.
PET: PET/TC
PET: PET/TC
PET: Diagrama de bloqueSPECT, PET
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PET: Diagrama de bloqueSPECT, PET
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¡Muchas Gracias! SPECT, PET
Karla Chirinos & Víctor Morales
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