La medicina nucleare è quella branca della medicina che utilizza sostanze radioattive (radiofarmaci) in diagnostica e in terapia.

Le metodiche diagnostiche consistono nello studio della fissazione di un radionuclide legato a una molecola, che "mima" l’attività metabolica di un tessuto organico o si fissa a quest’ultimo mediante l’interazione con opportuni recettori.

La terapia radiometabolica si effettua impiegando sostanze che, legandosi ai tessuti patologici con meccanismi simili ai farmaci usati in campo diagnostico, consentono di colpirli in maniera selettiva e con un’alta dose di radiazioni ad alto LET (come le particelle beta meno) risparmiando in larga misura i tessuti sani.

Le apparecchiature utilizzate per la produzione di immagini (gamma camera e tomografo PET) utilizzano dei cristalli a scintillazione che consentono la visualizzazione della zone di fissazione del radionuclide all’interno dell’organismo. Tali cristalli emettono luce quando vengono colpiti dalla radiazione gamma, emessa direttamente dal radiofarmaco che viene iniettato al paziente o generata per annichilazione dei positroni emessi dai radiofarmaci per la PET (in quest’ultimo caso vengono ricercati gli eventi di coincidenza, per maggiori dettagli consultare la relativa voce). La luce così rilevata è poi convertita in un segnale elettrico-digitale per l’analisi computerizzata. La captazione a livello di determinate zone del corpo può essere misurata anche mediante opportune sonde in grado di contare il numero di radiazioni con cui interagiscono.

Mediante acquisizioni tomografiche è inoltre possibile lo studio tridimensionale dell’organo.

La tomografia a emissione di positroni (o PET, dall’inglese Positron Emission Tomography) è una tecnica di medicina nucleare e di diagnostica medica utilizzata per la produzione di bioimmagini (immagini del corpo). La PET fornisce informazioni di tipo fisiologico, a differenza di TC e RM che invece forniscono informazioni di tipo morfologico del distretto anatomico.

La procedura inizia con l’iniezione di un radiofarmaco formato da un radio-isotopo tracciante con emivita breve, legato chimicamente a una molecola attiva a livello metabolico, detta vettore. Dopo un tempo di attesa, durante il quale la molecola metabolicamente attiva (spesso uno zucchero) raggiunge una determinata concentrazione all’interno dei tessuti organici da analizzare, il soggetto viene posizionato nello scanner. L’isotopo di breve vita media decade, emettendo un positrone. Dopo un percorso che può raggiungere al massimo pochi millimetri, il positrone si annichila con un elettrone, producendo una coppia di fotoni gamma entrambi di energia 511 KeV emessi in direzioni opposte tra loro (fotoni back to back).

Questi fotoni sono rilevati quando raggiungono uno scintillatore, nel dispositivo di scansione, dove creano un lampo luminoso, rilevato attraverso dei tubi fotomoltiplicatori. Punto cruciale della tecnica è la rilevazione simultanea di coppie di fotoni: i fotoni che non raggiungono il rilevatore in coppia, cioè entro un intervallo di tempo di pochi nanosecondi, non sono presi in considerazione. Dalla misurazione della posizione in cui i fotoni colpiscono il rilevatore, si può ricostruire l’ipotetica posizione del corpo da cui sono stati emessi, permettendo la determinazione dell’attività o dell’utilizzo chimico all’interno delle parti del corpo investigate. Lo scanner utilizza la rilevazione delle coppie di fotoni per mappare la densità dell’isotopo nel corpo, sotto forma di immagini di sezioni (generalmente trasverse) separate fra loro di 5 mm circa. La mappa risultante rappresenta i tessuti in cui la molecola campione si è maggiormente concentrata e viene letta e interpretata da uno specialista in medicina nucleare al fine di determinare una diagnosi ed il conseguente trattamento.

La PET è usata estensivamente in oncologia clinica (per avere rappresentazioni dei tumori e per la ricerca di metastasi) e nelle ricerche cardiologiche e neurologiche. Metodi di indagine alternativi sono la tomografia computerizzata a raggi X (TC), l’imaging a risonanza magnetica (MRI), la Risonanza magnetica funzionale (RMF) e la Tomografia Computerizzata a Ultrasuoni e a emissione di singolo fotone.

Ad ogni modo, mentre gli altri metodi di scansione, come la TAC e la RMN permettono di identificare alterazioni organiche e anatomiche nel corpo umano, le scansioni PET sono in grado di rilevare alterazioni a livello biologico molecolare che spesso precedono l’alterazione anatomica, attraverso l’uso di marcatori molecolari che presentano un diverso ritmo di assorbimento a seconda del tessuto interessato. Con una scansione PET è possibile visualizzare e quantificare con discreta precisione il cambio di afflusso sanguigno nelle varie strutture anatomiche (attraverso la misurazione della concentrazione dell’emettitore di positroni iniettato).

Spesso, e sempre più frequentemente, le scansioni della tomografia a emissione di positroni sono raffrontate con le scansioni a tomografia computerizzata, fornendo informazioni sia anatomiche e morfologiche, sia metaboliche (in sostanza, su come il tessuto o l’organo siano conformati e su cosa stiano facendo). Per sopperire alle difficoltà tecniche e logistiche conseguenti allo spostamento del paziente per eseguire i due esami ed alle imprecisioni conseguenti, ci si avvale oramai esclusivamente dei tomografi PET-TAC, nei quali il sistema di rilevazione PET ed un tomografo TAC di ultima generazione sono assemblati in un unico gantry e controllati da un’unica consolle di comando. L’introduzione del tomografo PET-TAC ha consentito un grande miglioramento dell’accuratezza e dell’interpretabilità delle immagini ed una notevole riduzione dei tempi di esame.

La PET gioca un ruolo sempre maggiore nella verifica della risposta alla terapia, specialmente in particolari terapie anti-cancro.

Una limitazione alla diffusione della PET è il costo dei ciclotroni per la produzione dei radionuclidi di breve tempo di dimezzamento. Pochi ospedali e Università possono permettersi l’acquisto e il mantenimento di questi costosi apparati e quindi la maggior parte dei centri PET è rifornita da fornitori esterni. Questo vincolo limita l’uso della PET clinica principalmente all’uso di traccianti contrassegnati con il ¹⁸F, che avendo un tempo di dimezzamento di 110 minuti può essere trasportato ad una distanza ragionevole prima di essere utilizzato. Anche il ⁶⁸Ga (ottenibile grazie a un generatore) permette di ottenere traccianti in maniera più agevole, mentre il ⁸²Rb è a volte usato per lo studio dell’irrorazione del miocardio.

Quest’analisi strumentale serve per:

• studio delle patologie neoplastiche.
• diagnosi differenziale delle demenze e studi di neuroimaging funzionale.
• malattie di interesse reumatologico e infettivologico (principalmente ricerca di foci infettivi in pazienti con febbre di origine sconosciuta, nelle vasculiti e nella spondilodiscite).
• ricerca di miocardio ibernato.

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