Image-Derived Input Function for Brain PET Quantification

Abstract

A técnica de imagiologia de tomografia por emissão de positrões (PET, acrónimo inglês de Positron Emission Tomography) permite medir a concentração de radiofármaco e visualizar a sua distribuição espacial e temporal. Porém, é possível obter informação quantitativa mais específica a nível da cinética do radiofármaco utilizado no exame. Foram desenvolvidos métodos matemáticos que permitem isolar o sinal correspondente à concentração de radiofármaco que interage com a molécula-alvo para que foi previamente desenhado. O estudo da cinética de moléculas relevantes contribui significativamente para desvendar mecanismos moleculares responsáveis por doenças. O ponto de partida para uma análise quantitiva de imagens PET é frequentemente um modelo compartimental. Neste modelo, em cada voxel é assumido que existem aglomerações homogéneas de radiofármaco e que cada aglomeração pode ser representada como um compartimento. Cada compartimento é associado a um possível estado do radiofármaco, referindo-se à interacção com a molécula alvo, interacção com outras moléculas não relevantes, sem qualquer interação ou estando presente nos vasos sanguíneos, nomeadamente no plasma. Considera-se que o radiofármaco pode alternar entre compartimentos, e tipicamente assume-se ainda que a variação da concentração de um compartimento se encontra linearmente relacionada com a concentração de radiofármaco nos outros compartimentos. O que se pretende determinar são as constantes de linearidade que relacionam as concentrações nos vários compartimentos, e que irão descrever a cinética do radiofármaco. Para calcular as contantes cinéticas, é necessário determinar uma função de input para o modelo, que corresponde à evolução da concentração de radiofármaco no plasma com o tempo. O método gold-standard para obter esta função consiste na amostragem de sangue arterial feita ao longo do exame PET, através da canulação da artéria radial. Porém, este apresenta várias desvantagens. É invasivo, desencoraja voluntários saudáveis e pacientes de participar em estudos clínicos e, para além de laborioso, inclui um risco de exposição à radiação. Outro ponto a considerar é que a função determinada deste modo tem de ser calibrada em relação aos dados PET e corrigida para um factor de atraso, tendo em conta que a medição da concentração de radiofármaco é feita no braço, e geralmente a zona em estudo é o cérebro. iv Entre outras alternativas que foram desenvolvidas como possíveis substitutas da canulação da artéria radial, uma técnica interessante é a derivação da função de input directamente das imagens PET. Pretende-se deste modo obter uma função de input derivada da imagem (IDIF, acrónimo inglês para Image-Derived Input Function). A determinação de IDIFs para estudos cerebrais pode ser conseguida através da definição de volumes de interesse (VOI, acrónimo inglês para Volume of Interest) nas imagens PET, nas zonas correspondentes às artérias carótidas internas. Este método tem potencial para constituir uma alternativa não invasiva e já foi implementado com sucesso para alguns radiofármacos. O presente trabalho tem como objectivo investigar métodos para estimar IDIFs no contexto do trabalho desenvolvido no IBILI/ICNAS. Após uma revisão do estado da arte do problema, foi feito um estudo usando um fantoma computacional. Posteriormente, métodos para estimar IDIF foram aplicados a imagens PET de [11C]-Raclopride para determinar a função de input arterial e efectuar a quantificação das correspondentes imagens PET. Os resultados da quantificação foram comparados com resultados obtidos utilizando uma técnica de quantificação já validada para [11C]-Raclopride.