Investigação de um detetor não-invasivo para determinar a função de entrada em estudos PET quantitativos

A Tomografia por Emissão de Positrões (PET) é uma poderosa técnica de imagem que pode ser utilizada para quantificar in vivo os processos fisiológicos de interesse. Para a quantificação, as imagens de PET geralmente não são suficientes e é também necessário conhecer a concentração do radiotraçador presente no sangue arterial em cada instante - a Função de Entrada Arterial (AIF). O procedimento gold standard para determinar a AIF implica a canulação da artéria radial e a recolha de amostras de sangue arterial ao longo do exame PET. No entanto, este procedimento é invasivo e tecnicamente desafiador. A nossa equipa pretende desenvolver um sistema para medir a AIF de forma não-invasiva. O sistema será composto por vários detetores de radiação gama que serão colocados perto de artérias superficiais do paciente. A ideia principal é obter sinais de diferentes artérias e dos seus tecidos circundantes e combinar os sinais obtidos para estimar a AIF com precisão. Neste trabalho, foi construído e caracterizado o primeiro detetor de radiação para o sistema de medição da AIF referido. O protótipo construído baseia-se essencialmente num cristal de germanato de bismuto (BGO) e um fotodíodo. O protótipo foi avaliado em termos de resolução em energia, eficiência e linearidade, para além disso foi testado em pacientes durante exames de PET reais. Foi estimada uma resolução em energia de 18% FWHM (Full Width at Half Maximum), uma eficiência de 0.7% e verificou-se a existência de proporcionalidade entre a resposta do detetor e a atividade da fonte radioativa. O protótipo foi testado em três pacientes submetidos a exames de PET, tendo sido colocado no punho em dois desses pacientes e na zona do pé no terceiro paciente. As medições feitas no punho são compatíveis com a AIF, no entanto deverá ser usado algum tipo de colimação e/ou blindagem, de modo a medir a entrada arterial com menos contaminação da radiação emitida quer pelos tecidos circundantes quer pelas restantes regiões do corpo. No pé houve dificuldade em manter o protótipo fixo durante todo o exame PET. Os resultados obtidos até agora permitem concluir que o protótipo apresenta características que o tornam promissor para medir a AIF para a quantificação em PET.Positron Emission Tomography (PET) is a powerful imaging technique that can be used to quantify in vivo the physiological processes of interest. To do the quantification, PET images are often not enough and it is also necessary to know the radiotracer concentration in arterial blood at each instant - Arterial Input Function (AIF). The gold standard procedure to determinate AIF implies radial artery cannulation and collection of arterial blood samples throughout the PET examination. However, this procedure is invasive and technically challenging. Our team intends to develop a system to noninvasively measure the AIF. The system will consist of several gamma radiation detectors that will be placed close to the patient's superficial arteries. The main idea is to obtain signals from different arteries and their surrounding tissues and to combine the signals obtained to accurately estimate AIF. In this work, it was constructed and characterized the first radiation detector for the referred AIF measurement system. The prototype built is essentially based on a bismuth germanate (BGO) crystal and a photodiode. The prototype was evaluated in terms of energy resolution, efficiency and linearity, and it was tested in patients during real PET examinations. It was estimated an energy resolution of 18% FWHM (Full Width at Half Maximum), an efficiency of 0.7% and it was proved the existence of proportionality between the detector response and the activity of radioactive source. The prototype was tested in three patients undergoing PET examinations, and was placed in the wrist on two of these patients and on the foot in the third patient. Measurements on the wrist are compatible with AIF, however, some type of collimation and/or shielding should be used to measure arterial input with less contamination of the emitted radiation either by the surrounding tissues or by the remaining regions of the body. In the foot it was difficult to have the prototype fixed during the PET examination. The results obtained so far, allow to conclude that the prototype characteristics make it promising to measure the AIF for quantification in PET