A concise guide to nuclear medicine, 2nd ed , abdelhamid h elgazzar, saud alenezi, 2020 2421

162 101 0
A concise guide to nuclear medicine, 2nd ed , abdelhamid h  elgazzar, saud alenezi, 2020   2421

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

A Concise Guide to Nuclear Medicine Abdelhamid H Elgazzar Saud Alenezi Second Edition 123 A Concise Guide to Nuclear Medicine Abdelhamid H. Elgazzar • Saud Alenezi A Concise Guide to Nuclear Medicine Second Edition Abdelhamid H. Elgazzar Department of Nuclear Medicine Kuwait University Safat Kuwait Saud Alenezi Department of Nuclear Medicine Kuwait University Safat Kuwait ISBN 978-3-030-26063-7    ISBN 978-3-030-26064-4 (eBook) https://doi.org/10.1007/978-3-030-26064-4 © Springer Nature Switzerland AG 2020 This work is subject to copyright All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed The use of general descriptive names, registered names, trademarks, service marks, etc in this publication does not imply, even in the absence of a specific statement, that such names are exempt from the relevant protective laws and regulations and therefore free for general use The publisher, the authors, and the editors are safe to assume that the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication Neither the publisher nor the authors or the editors give a warranty, express or implied, with respect to the material contained herein or for any errors or omissions that may have been made The publisher remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations This Springer imprint is published by the registered company Springer Nature Switzerland AG The registered company address is: Gewerbestrasse 11, 6330 Cham, Switzerland Preface to Second Edition With high admiration and respect, we remember Professor Henry Wagner who wrote the foreword to the first edition of this concise book He passed away after leaving a wealth of knowledge and contribution for the field of Nuclear Medicine The second edition of this book continues to provide a simple presentation for the principles of nuclear medicine and molecular imaging It includes updates in the areas of imaging as well as in therapeutic applications of nuclear medicine It provides essential information for young professionals in the field including physicians and technologists It has also been simplified to be a quick reference for the referring physicians Furthermore, it should be valuable for medical students who are being prepared for personalized medicine The book starts with a chapter on basic principles familiarizing the reader with the basis of nuclear medicine, its scope, and applications The remaining chapters deal with updated uses and value of the clinical applications of nuclear medicine in different systems in correlation with other imaging modalities The last chapter is dedicated to the current therapeutic uses of radionuclides, which has been expanded further since the first edition, particularly in the area of Theranostics, which has revolutionized therapy in certain clinical areas such as in the treatment of prostate cancer We hope that this edition will benefit medical students, referring physicians, young nuclear medicine physicians, radiologists, and nuclear medicine and radiology technologists for whom it is essential to acquire enough knowledge not only in techniques but also in clinical applications to help provide better outcome of each diagnostic and therapeutic procedure Safat, Kuwait Safat, Kuwait  May 10, 2019 Abdelhamid H. Elgazzar Saud A. Alenezi v Acknowledgement Our thanks and gratitude goes to all who supported and helped in updating this book to produce its second edition, particularly, Dr Khalid Khalafallah Our thanks is also extended to Mrs Reham Haji, Dr Esraa Elkasby, Mrs Heba Issam, Miss Aseel Alkandary, Miss Samar Almutairy, Dr Shorouk Dannon, Dr Naheel Alnafisi, Prof Abdullatif Albader, Dr Salwa Shams and Mrs Reem Alsalem for their help and support through the preparation vii Contents 1 Basic Principles of Nuclear Medicine������������������������������������������������������   1 1.1 Nuclear Medicine and Molecular Imaging ����������������������������������������   1 1.2 Historical Background������������������������������������������������������������������������   2 1.3 Scientific Basis of Nuclear Medicine��������������������������������������������������   4 1.3.1 Atomic Structure��������������������������������������������������������������������   4 1.3.2 Isotopes ����������������������������������������������������������������������������������   5 1.3.3 Radioactivity ��������������������������������������������������������������������������   5 1.3.4 Radiopharmaceuticals ������������������������������������������������������������   6 1.4 Technical Principles of Nuclear Medicine������������������������������������������   7 1.5 Scope of Nuclear Medicine����������������������������������������������������������������   9 1.5.1 Diagnostic Nuclear Medicine ������������������������������������������������   9 1.5.2 Therapeutic Nuclear Medicine������������������������������������������������  10 1.6 Summary ��������������������������������������������������������������������������������������������  10 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������  11 2 Nuclear Medicine in the Genitourinary System��������������������������������������  13 2.1 Introduction����������������������������������������������������������������������������������������  13 2.2 Radiopharmaceuticals ������������������������������������������������������������������������  13 2.3 Dynamic Renal Scintigraphy��������������������������������������������������������������  14 2.3.1 Imaging Protocol��������������������������������������������������������������������  14 2.3.2 Renovascular Hypertension����������������������������������������������������  14 2.3.3 Urinary Tract Obstruction ������������������������������������������������������  16 2.3.4 Evaluation of Renal Transplant Complications����������������������  18 2.4 Cortical Renal Scintigraphy����������������������������������������������������������������  22 2.4.1 Imaging Protocol��������������������������������������������������������������������  22 2.4.2 Urinary Tract Infection ����������������������������������������������������������  22 2.5 Vesicoureteral Reflux Study����������������������������������������������������������������  25 2.6 Testicular Imaging Study��������������������������������������������������������������������  26 2.7 Summary ��������������������������������������������������������������������������������������������  28 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������  29 3 Nuclear Medicine in the Digestive System����������������������������������������������  31 3.1 Introduction����������������������������������������������������������������������������������������  31 3.2 Clinical Applications��������������������������������������������������������������������������  31 3.3 Evaluation of Esophageal Transit Time����������������������������������������������  31 ix x Contents 3.4 Detection of Gastroesophageal Reflux������������������������������������������������  32 3.5 Evaluation of Gastric Emptying����������������������������������������������������������  32 3.6 Lower Gastrointestinal Bleeding Localization ����������������������������������  35 3.7 Diagnosis of Meckel’s Diverticulum��������������������������������������������������  36 3.8 Diagnosis and Follow-Up of Inflammatory Bowel Disease ��������������  37 3.9 Diagnosis of Hepatic Hemangioma����������������������������������������������������  39 3.10 Diagnosis of Hepatobiliary Diseases��������������������������������������������������  40 3.10.1 Diagnosis of Acute Cholecystitis��������������������������������������������  40 3.10.2 Diagnosis of Common Bile Duct Obstruction������������������������  41 3.10.3 Evaluation of Neonatal Hyperbilirubinemia ��������������������������  42 3.10.4 Diagnosis of Hypokinesis Syndrome��������������������������������������  42 3.10.5 Evaluation of Complications After Hepatobiliary Surgery and Liver Transplantation������������������������������������������  42 3.11 Protein Loss Study������������������������������������������������������������������������������  44 3.12 Scintigraphic Nonimaging Procedures ����������������������������������������������  46 3.12.1 Carbon-14 Breath Tests����������������������������������������������������������  46 3.13 Summary ��������������������������������������������������������������������������������������������  46 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������  46 4 Nuclear Medicine in the Endocrine System��������������������������������������������  49 4.1 Introduction����������������������������������������������������������������������������������������  49 4.2 Thyroid Gland������������������������������������������������������������������������������������  49 4.2.1 Clinical Applications��������������������������������������������������������������  49 4.2.2 Thyroid Imaging Study ����������������������������������������������������������  50 4.2.3 Thyroid Uptake Measurement������������������������������������������������  53 4.3 Parathyroid Gland ������������������������������������������������������������������������������  58 4.3.1 Clinical Applications��������������������������������������������������������������  58 4.3.2 Preoperative Parathyroid Localization������������������������������������  59 4.3.3 Intraoperative Parathyroid Localization����������������������������������  61 4.4 Adrenal Gland������������������������������������������������������������������������������������  61 4.4.1 Clinical Applications��������������������������������������������������������������  61 4.4.2 Adrenal Cortex Disorders ������������������������������������������������������  61 4.4.3 Adrenal Medulla Disorders����������������������������������������������������  62 4.5 Summary ��������������������������������������������������������������������������������������������  65 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������  66 5 Nuclear Medicine in Soft-Tissue Infection and Inflammation��������������  67 5.1 Introduction����������������������������������������������������������������������������������������  67 5.2 Clinical Applications��������������������������������������������������������������������������  68 5.3 Diagnosis of Infection������������������������������������������������������������������������  68 5.4 Imaging of Soft-Tissue Infections������������������������������������������������������  70 5.4.1 Localizing Signs Present��������������������������������������������������������  70 5.4.2 No Localizing Signs Present��������������������������������������������������  74 5.5 Algorithm��������������������������������������������������������������������������������������������  76 5.6 Summary ��������������������������������������������������������������������������������������������  76 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������  77 Contents xi 6 Nuclear Medicine in the Respiratory System������������������������������������������  79 6.1 Introduction����������������������������������������������������������������������������������������  79 6.2 Clinical Applications��������������������������������������������������������������������������  79 6.3 Diagnosis of Pulmonary Embolism����������������������������������������������������  80 6.4 Pulmonary Sarcoidosis������������������������������������������������������������������������  80 6.5 Idiopathic Pulmonary Fibrosis������������������������������������������������������������  83 6.6 Pneumocystis carinii (jirovecii) Pneumonia ��������������������������������������  85 6.7 Alveolar Permeability ������������������������������������������������������������������������  85 6.8 Lung Cancer����������������������������������������������������������������������������������������  85 6.9 Preoperative Quantitative Ventilation/Perfusion Studies��������������������  89 6.10 Summary ��������������������������������������������������������������������������������������������  89 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������  89 7 Nuclear Medicine in the Musculoskeletal System����������������������������������  91 7.1 Introduction����������������������������������������������������������������������������������������  91 7.2 Clinical Applications��������������������������������������������������������������������������  93 7.2.1 Non-neoplastic Diseases ��������������������������������������������������������  93 7.2.2 Neoplastic Diseases����������������������������������������������������������������  93 7.3 Non-neoplastic Disease����������������������������������������������������������������������  94 7.3.1 Imaging of Skeletal Infections������������������������������������������������  94 7.3.2 Avascular Necrosis (Osteonecrosis)����������������������������������������  98 7.3.3 Trauma and Related Conditions����������������������������������������������  98 7.3.4 Metabolic Bone Diseases�������������������������������������������������������� 104 7.4 Diagnosis of Neoplastic Bone Disease ���������������������������������������������� 105 7.4.1 Imaging of Primary Bone Tumors������������������������������������������ 106 7.4.2 Imaging of Metastatic Bone Disease�������������������������������������� 108 7.5 Summary �������������������������������������������������������������������������������������������� 111 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������ 113 8 Nuclear Medicine in the Cardiovascular System������������������������������������ 115 8.1 Introduction���������������������������������������������������������������������������������������� 115 8.2 Clinical Applications�������������������������������������������������������������������������� 115 8.3 Evaluation of Cardiac Function���������������������������������������������������������� 116 8.4 Evaluation of Myocardial Perfusion and Metabolism������������������������ 116 8.4.1 Diagnosis�������������������������������������������������������������������������������� 118 8.4.2 Prognosis�������������������������������������������������������������������������������� 119 8.4.3 Follow-Up After Acute Myocardial Infarction ���������������������� 120 8.4.4 Follow-Up After Revascularization Procedures���������������������� 120 8.4.5 Preoperative Evaluation���������������������������������������������������������� 121 8.4.6 Viability Assessment�������������������������������������������������������������� 121 8.5 Soft-Tissue Hemangioma Study �������������������������������������������������������� 122 8.6 Lymphoscintigraphy �������������������������������������������������������������������������� 122 8.7 Summary �������������������������������������������������������������������������������������������� 123 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������ 123 xii Contents 9 Nuclear Medicine in the Nervous System������������������������������������������������ 125 9.1 Introduction���������������������������������������������������������������������������������������� 125 9.2 Clinical Applications�������������������������������������������������������������������������� 125 9.3 Dementia �������������������������������������������������������������������������������������������� 125 9.4 Brain Death ���������������������������������������������������������������������������������������� 127 9.5 Seizure Localization���������������������������������������������������������������������������� 128 9.6 Brain Tumors�������������������������������������������������������������������������������������� 129 9.7 Parkinsonism�������������������������������������������������������������������������������������� 130 9.8 Cerebrospinal Fluid Abnormalities ���������������������������������������������������� 132 9.9 Summary �������������������������������������������������������������������������������������������� 133 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������ 134 10 Nuclear Medicine in Oncology������������������������������������������������������������������ 135 10.1 Introduction�������������������������������������������������������������������������������������� 135 10.2 Clinical Indications �������������������������������������������������������������������������� 136 10.3 Diagnosis of Tumors ������������������������������������������������������������������������ 136 10.4 Staging of Malignant Disease ���������������������������������������������������������� 138 10.5 Detection of Residual or Recurrent Disease ������������������������������������ 139 10.6 Evaluating Response to Therapy������������������������������������������������������ 140 10.7 Radiotherapy Planning���������������������������������������������������������������������� 142 10.8 Sentinel Lymph Node Localization�������������������������������������������������� 143 10.9 Summary ������������������������������������������������������������������������������������������ 143 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������ 144 11 Therapeutic Applications of Nuclear Medicine�������������������������������������� 147 11.1 Introduction�������������������������������������������������������������������������������������� 147 11.2 Clinical Uses ������������������������������������������������������������������������������������ 148 11.3 Treatment of Hyperthyroidism and Other Benign Thyroid Conditions �������������������������������������������������������������������������� 148 11.4 Treatment of Differentiated Thyroid Cancer������������������������������������ 149 11.5 Treatment of Pain Secondary to Skeletal Metastases ���������������������� 150 11.6 Treatment of Neuroendocrine Tumors���������������������������������������������� 150 11.7 Treatment of Prostatic Cancer���������������������������������������������������������� 151 11.8 Radioimmunotherapy������������������������������������������������������������������������ 151 11.9 Radionuclide Synovectomy�������������������������������������������������������������� 152 11.10 Peptide Receptor Radionuclide Therapy������������������������������������������ 153 11.11 Treatment of Hepatocellular Carcinoma and Liver Metastases�������� 154 11.12 Summary ������������������������������������������������������������������������������������������ 154 Further Reading ������������������������������������������������������������������������������������������ 154 Glossary�������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 157 10.9 Summary 143 fluorine-­18 fluorodeoxyglucose (FDG) provides information about the metabolism and viability of the lesions but fails to provide precise topographic localization Fused images from FDG-PET and CT provide valuable information resulting in more accurate delineation of normal tissues from tumor-bearing areas at high risk for recurrence compared with CT alone, and PET/CT can improve the therapeutic window for IMRT in head and neck cancers Image fusion also reported to increase the confidence of the radiation oncologist while drawing target volumes and thereby reduces the interobserver variation 10.8 Sentinel Lymph Node Localization This is relatively a recent trend for identifying the sentinel node(s) and is particularly used in breast cancer, cutaneous melanoma, squamous cell carcinoma of head and neck, and colorectal cancer Tracer (Tc-99m-radiolabeled particles) is injected into a specific location based on tumor type, and they are retained in the lymph nodes because of their localization within RES cells Radioactive sentinel nodes can be detected using imaging with a gamma camera (Fig. 10.11a) and/or a gamma probe at surgery (Fig. 10.11b) Although, sentinel node imaging not image the cancer, but it can identify the lymph node/nodes where the primary tumor drains Excision followed by immunohistological staining for cytokeratin of the sentinel node can identify micro-­ metastases Staging of breast cancer is a microscopic process, and at the present time, sentinel lymph node localization by either the radionuclide or the blue dye technique is the most acceptable alternative to total axillary node dissection 10.9 Summary Proper management of cancer requires evaluation of tumor extent, monitoring of therapy, and evaluation of treatment-induced side effects Imaging modalities are crucial in achieving all the three main prerequisites for the proper management a b Fig 10.11  Sentinel node visualization (arrow) in a patient with breast cancer (a) (b) An example of a gamma probe which is used during surgery for localization with no need for imaging 144 10  Nuclear Medicine in Oncology Structural modalities such as computerized tomography (CT) and functional modalities such as gamma camera imaging are complementary rather than competitive for cancer management Each modality has advantages and limitations Positron emission tomography (PET) as a recent functional modality is now the most powerful modality in advancing cancer management 18-Fluoro-deoxyglucose (FDG) PET is a noninvasive, three-dimensional imaging modality that has become widely used in the management of patients with cancer This technology has been demonstrated to be more sensitive and specific than either gallium-67 scintigraphy or CT, providing most importantly a more accurate distinction between scar or fibrosis and active tumor PET scans have been evaluated in pretreatment tumor staging, restaging, monitoring during therapy, post-therapy surveillance, assessment of transformation, and, more recently, as a surrogate marker in new drug development Due to lack of anatomical details, nuclear medicine tracers are not preferred for T staging which will change in the era of PET/CT when we have both functional and anatomical information needed for T staging, however, due to superior ability to detect lymph node (N) and distant metastases (M), nuclear medicine techniques particularly FDG PET plays a significant role for N and M staging of the following cancers: lungs, head and neck, esophagus, colorectal, lymphoma, and melanoma Individual tumors will vary widely in their response to a particular form of therapy Earlier, particularly after 1–3 cycles of chemotherapy, identification of tumors that are not responding to conventional therapies would permit the timely institution of alternative treatment that may be more effective Anatomic changes often lag behind tumor cell mortality FDG PET imaging can evaluate tumor response to therapy before anatomic changes are observed PET imaging is currently the most sensitive and specific imaging method to obtain information about tumor physiology FDG PET imaging can have significant impact on clinical treatment decisions by providing a more timely and accurate assessment of treatment efficacy It is important to have a baseline pre-therapy scan for proper interpretation of tumor response Imaging 1–2 weeks after completion of chemotherapy is recommended to avoid transient fluctuations in FDG metabolism For radiation therapy, a longer delay may be required (up to 60  days) prior to imaging Generally, FDG uptake 6  months after radiotherapy is associated with tumor recurrence Assessment of tumor response to therapy can be determined by visual assessment of the images or by quantitative analysis using standard uptake values For uniform use of SUV, standardization and periodic quality control of the imaging and image processing protocols are very important Further Reading Bahl S, Alavi A, Basu S, Czerniecki BJ (2009) The role of PET and PET/CT in the surgical management of breast cancer: a review PET Clin 4:277–287 Elgazzar A, Sarikaya I (2018) Nuclear medicine companion Springer, Berlin Further Reading 145 Eubank WB, Lee JH, Mankoff DA (2009) Disease restaging and diagnosis of recurrent and metastatic disease following primary therapy with FDG-PET imaging PET Clin 4:299–312 Francis IR, Brown RKJ, Avram AM (2005) The clinical role of CT/PET in oncology: an update Cancer Imaging 5:S68–S75 Muzaffar R, Raslan O, Osman M (2016) Nuclear oncology; scintigraphic imaging In: Elgazzar AH (ed) Pathophysiologic basis of nuclear medicine, 3rd edn Springer, Berlin Roses RE, Kumar R, Alavi A, Czerniecki BJ (2009) The role of lymphatic mapping and sentinel lymph node biopsy in the staging of breast cancer PET Clin 4:265–276 Tateishi U, Yamaguchi U, Seki K, Terauchi T, Arai Y, Hasegawa T (2006) Glut-1 expression and enhanced glucose metabolism are associated with tumor grade in bone and soft tissue Eur J Nucl Med Mol Imaging 33:683–691 Therapeutic Applications of Nuclear Medicine 11 11.1 Introduction Therapeutic applications of nuclear medicine are significantly expanding (Table 11.1) The radioisotopes in therapy was limited predominantly to the treatment of hyperthyroidism, thyroid cancer, and polycythemia rubra vera and has been used for many years Strontium 89 (Sr-89), rhenium 186 (Re-186), samarium 153 (Sm-153), tin 117m (Sn-117), and recently radium-223 have been used in treating bone pain secondary to metastases Additionally, treatment of certain neuroendocrine tumors with I-131 MIBG and labeled octreotide and pentreotide, the use of radiolabeled monoclonal antibodies for lymphomas, and radionuclide synovectomy have revolutionized the field of therapeutic nuclear medicine Generally, treatment options for cancer may be local (surgery or external beam radiation) or systemic The role of nuclear medicine focuses on a targeted systemic approach, whether dealing with a primary tumor or with its metastatic foci (Table 11.1) Table 11.1  Therapeutic applications of nuclear medicine Oncologic Lymphomas and leukemia Polythycemia rubra vera Solid tumors (thyroid, neuroblastoma, ovarian, prostate, breast cancers, osteogenic sarcoma, others) Treatment of metastasis-induced bone pain Treatment of hepatic tumors Non-oncologic Benign thyroid disease particularly hyperthyroidism Radionuclide synovectomy Bone marrow ablation Intravascular radionuclide therapy for prevention of restenosis © Springer Nature Switzerland AG 2020 A H Elgazzar, S Alenezi, A Concise Guide to Nuclear Medicine, https://doi.org/10.1007/978-3-030-26064-4_11 147 148 11  Therapeutic Applications of Nuclear Medicine Currently, theranostics is a new field of medicine that combines specific targeted therapy based on specific targeted diagnostic tests Theranostics uses specific biological pathways in the human body to acquire diagnostic images and to deliver a therapeutic dose of radiation to the patient The specific diagnostic test shows a particular molecular target on a tumor, allowing a therapy agent to specifically target that receptor on the tumor, rather than more broadly, the disease and location it presents One of the classic examples of theranostics is the use of 68Ga-labeled tracers, in which the diagnosis using 68Ga can be effectively followed by therapy using therapeutic radionuclides such as 90Y and Lu-177-labeled with the same tracer for personalized radionuclide therapy Current clinical and preclinical research targeting internal radiotherapy for oncology purposes involves at least 13 β-emitting radionuclides(Lu-177Tetium, 166 Holmium, 186Rhenium, 188Rhenium, 67Copper, 149Promethium, 199Gold, 77Bromine, 153 Samarium, 105Rhodium, 89Strontium, 90Yttrium, and 131Iodine) and four α-emitting radionuclides (213Bismuth, 223Radium, 225Actiniumn and 211Astatine), characterized by different ranges, distance of effectiveness, and relative biologic efficacy (RBE) 177 Lutetium is the radionuclide with the most attractive physical properties for oncology due to its emission characteristics (0.5 MeV maximum energy β emission and

Ngày đăng: 08/05/2020, 06:39

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Preface to Second Edition

  • Acknowledgement

  • Contents

  • 1: Basic Principles of Nuclear Medicine

    • 1.1 Nuclear Medicine and Molecular Imaging

    • 1.2 Historical Background

    • 1.3 Scientific Basis of Nuclear Medicine

      • 1.3.1 Atomic Structure

      • 1.3.2 Isotopes

      • 1.3.3 Radioactivity

      • 1.3.4 Radiopharmaceuticals

      • 1.4 Technical Principles of Nuclear Medicine

      • 1.5 Scope of Nuclear Medicine

        • 1.5.1 Diagnostic Nuclear Medicine

        • 1.5.2 Therapeutic Nuclear Medicine

        • 1.6 Summary

        • Further Reading

        • 2: Nuclear Medicine in the Genitourinary System

          • 2.1 Introduction

          • 2.2 Radiopharmaceuticals

          • 2.3 Dynamic Renal Scintigraphy

            • 2.3.1 Imaging Protocol

            • 2.3.2 Renovascular Hypertension

            • 2.3.3 Urinary Tract Obstruction

            • 2.3.4 Evaluation of Renal Transplant Complications

              • 2.3.4.1 Surgical Complications

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan