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Diagnostica per immagini – Oncologia

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Esame di Diagnostica per Immagini docente Prof. A. Pupi

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Carbon Flux Differs in Quiescent versus Proliferating Cells

Quiescent cells (left) have a basal rate of glycolysis, converting glucose (glc)

to pyruvate (pyr), which is then oxidized in the TCA cycle. Cells can also

oxidize other

substrates like amino acids and fatty acids obtained from either the

environment or the degradation of cellular macromolecules. As a result, the

majority of ATP

(yellow stars) is generated by oxidative phosphorylation. During proliferation

(right), the large increase in glycolytic flux generates ATP rapidly in the

cytoplasm,

reducing the cytoplasmic NAD+/NADH ratio. Most of the resulting pyruvate is

converted to lactate (lac) by lactate dehydrogenase A (LDH-A), which

regenerates

NAD+ from NADH. The NAD+ allows glycolysis to persist, and the lactate is

secreted from the cell. Some of the pyruvate is converted to acetyl-CoA (Ac-

CoA) by

pyruvate dehydrogenase (PDH) and enters the TCA cycle, where it is

converted into intermediates like citrate (cit) that can be used for

macromolecular biosynthesis. 22

Citrate is required for the synthesis of fatty acids and cholesterol used to

generate lipid membranes for daughter cells. After export to the cytoplasm,

citrate

is cleaved by the enzyme ATP citrate lyase (ACL). The resulting acetyl-CoA is

used by fatty acid synthase (FAS) to synthesize lipids, while the oxaloacetate

(OAA) is

converted to malate (mal) by malate dehydrogenase (MDH), utilizing the low

cytosolic NAD+/NADH ratio. Malate can either be returned to the mitochondria

during

citrate-malate antiport or be converted to pyruvate by malic enzyme (ME),

generating NADPH to be used in fatty acid synthesis. 22

Tumor cells obtain biosynthetic precursors from glucose and glutamine

metabolism. Glucose and glutamine, the two most abundant extracellular

nutrients, contribute carbon for the synthesis of the three major classes of

macromolecules (nucleic acids, lipids, and proteins) in proliferating tumor

cells. Biosynthesis of purines and pyrimidines utilizes ribose 5-phosphate

(R5P) produced from diversion of glycolytic intermediates into the oxidative

and non-oxidative arms of the pentose phosphate pathway, and nonessential

amino acids derived from glucose and glutamine. Fatty acid synthesis,

used to produce cellular lipids, requires acetyl-CoA (Ac-CoA), most of which is

generated from glucose and transferred from the mitochondria to the

cytoplasm via citrate. Protein synthesis requires amino acids, tRNAs and

ribosomes (proteins and rRNAs). Both glucose and glutamine are used to

generate these molecules. In addition to its role as a carbon source, glutamine

also donates nitrogen to nucleotide and amino acid synthesis.

Abbreviations: P, phosphate; GA3P, glyceraldehyde 3-phosphate; 3-PG, 3-

phosphoglycerate; PRPP, phosphoribosyl pyrophosphate; Mal-CoA,

malonyl-CoA. 23

Paziente operato di neoplasia polmonare con diagnosi istologica certa 24

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Figura in ALTO Glioblastoma del lobo frontale destro. Immagini FDG-PET in

sezione transassiali. –

Figura in basso a SINISTRA Glioblastoma del lobo occipitale destro.

Immagini MRI prima e dopo somministrazione di gadolinio e immagine FDG-

PET di netta fissazione del tracciante metabolico a livello della lesione rilevata

all’indagine RMN. –

Figura in basso a DESTRA Recidiva di glioblastoma multiforme nel lobo

parietale di sinistra: (A) immagine CT senza m.d.c. (B) Immagine CT dopo

iniezione di m.d.c.: si noti l’iperenhancement. (C) Immagine FDG-PET che

mostra una netta fissazione in sede parietale sinistra. 37

Neuroimag Clin N Am 13 (2003) 717– 739

Fig. 3. A 37-year-old man who has a WHO grade II oligoastrocytoma of

the left frontal lobe recurrent 3 years after 54 Gy of

external beam radiotherapy. The tumor did not enhance with gadolinium

on MR imaging (A) was prominent on FLAIR (B) and

was metabolically low-grade in that the uptake of FDG was lower than

white matter (C).

Fig. 4. A 36-year-old man who has a right frontal glioblastoma

multiforme shown on MRI T1Gd (A). The FDG PET image

(B) shows uptake in the tumor is greater than or equal to uptake in the

gray matter which is consistent with high-grade disease. 38

Neuroimag Clin N Am 13 (2003) 717– 739

Fig. 2. A 59-year-old man with a deep right hemisphere glioblastoma

multiforme. The tumor MRFDG was 22.2 mmol/100g/min,

MRGlc was 12.3, and LCFDG was 1.81. The contralateral brain

MRFDG was 21.0, MRGlc was 31.4, and LCFDG was 0.67. All

images are from the same plane. The integrated image (A) suggests

that the glioma was not metabolically more

active than cortex, whereas the FDG integrated image (B) suggests that

it was. The MRI T1Gd image (C) shows the plane alignment.

(From Spence AM, Muzi M, Graham MM, et al. Glucose metabolism in

human malignant gliomas measured quantitatively

with PET, 1-[11C]glucose and FDG: analysis of the FDG lumped

constant. J Nucl Med 1998;39:444; with permission.)

A.M. Spence et al / Neuroimag Clin N Am 13 (2003) 717–739 719 39

40

J Nucl Med. 1997 Jul;38(7):1027-9. 41

42

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Figura di DESTRA Carcinoma a cellule squamose della lingua in una

donna di 60 anni. Le immagini transassiali di fusione PET/CT mostrano netta

fissazione dello FDG a livello della parte sinistra della base della lingua (sede

del primitivo) ed in corrispondenza di un linfonodo laterocervicale sinistro del II

livello. Infine fissazione fisiologica nel muscolo genio-glosso di sinistra (freccia

corta). –

Figura di SINISTRA Carcinoma nasofaringeo in un paziente di 62 anni.

L’immagine PET sul piano coronale mostra un’area di netto ipermetabolismo

(freccia bianca) in prossimità del cervello. L’immagine PET/CT sul piano

transassiale consente di individuare la sede dell’area ipermetabolica a livello di

una ampia zona di erosione neoplastica della parte destra dell’osso sfenoide

(freccia nera). 44

Figura di DESTRA Carcinoma a cellule squamose della lingua in una

donna di 60 anni. Le immagini transassiali di fusione PET/CT mostrano netta

fissazione dello FDG a livello della parte sinistra della base della lingua (sede

del primitivo) ed in corrispondenza di un linfonodo laterocervicale sinistro del II

livello. Infine fissazione fisiologica nel muscolo genio-glosso di sinistra (freccia

corta). –

Figura di SINISTRA Carcinoma rinofaringeo in un paziente di 62 anni.

L’immagine PET sul piano coronale mostra un’area di netto ipermetabolismo

(freccia bianca) in prossimità del cervello. L’immagine PET/CT sul piano

transassiale consente di individuare la sede dell’area ipermetabolica a livello di

una ampia zona di erosione neoplastica della parte destra dell’osso sfenoide

(freccia nera). 45

Figura di SINISTRA - 1. Recidiva tumorale. (a) Immagine transassiale PET-

CT che mostra una netta fissazione a livello della tonsilla destra (freccia) da

primitivo a cellule squamose trattato con intervento di mandibolectomia

parziale. (b) Immagine transassiale CT, eseguita dopo 4 mesi, che non rileva

alcun reperto anomale. (c) Immagine transassiale PET-CT di follow-up che

mostra una piccola area (1 cm) di netto ipermetabolismo (SUV = 2.5) di

pertinenza muscolare a destra. Il successivo intervento chirurgico ha

confermato la presenza di una recidiva loco-regionale a livello della parte

superficiale del muscolo. 46

Figura di SINISTRA (A) Whole-body con 131-I negativo e (B) PET positiva.

(C) Immagini PET/CT che mostrano con precisione le sedi anatomiche di

patologica fissazione dello FDG: linfonodi para-tracheali (freccia rossa) e

metastasi parenchimali polmonari (freccia gialla)

Figura di DESTRA - Whole-body con 131-I positivo e FDG-PET positiva. 47

48

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CT scan, FDG-PET scan, and 11C-choline-PET scan images of lung cancer

and pulmonary

tuberculosis (the deep-black color in the PET scan images represents an SUV

of 4). The diagnosis

was confirmed by pathologic and bacteriologic examinations. Primary lung

cancer was visualized by

both FDG and 11C-choline (one arrow each). The metastatic lymph nodes in

the mediastinum were

clearly visualized by 11C-choline (two arrows) but were faintly visualized by

FDG (one arrow). In

contrast, tuberculosis was clearly visualized by FDG (six arrows) but was

faintly visualized by

11C-choline. The high SUV of FDG in the myocardium (in the image of lung

cancer) was caused by

hyperglycemia. Choline 11C-choline. 54

STUDY OBJECTIVE: The purpose of this study was to examine the uptake rates of (18)F-

fluorodeoxyglucose (FDG) and (11)C-choline in patients with lung cancer, pulmonary

tuberculosis, and atypical mycobacterial infection of the lung by positron emission tomography

(PET) scanning with relation to their tumor size. DESIGN: Ninety-seven patients with untreated

lung cancer, 14 patients with untreated pulmonary tuberculosis, and 5 patients with untreated

atypical mycobacterial infection were examined. The diagnosis of lung cancer was confirmed

pathologically after biopsy and surgery. The diagnosis of tuberculosis and atypical

mycobacterial infection was confirmed by bacterial culture. The uptake rates of FDG and

(11)C-choline were presented quantitatively as the standardized uptake value (SUV).

SETTING: International Medical Center of Japan. RESULTS: In lung cancer patients, the SUV

of FDG increased with increasing tumor size, whereas the SUV of (11)C-choline was almost

constant at around 3.5 for every tumor size. In tuberculosis patients, the SUV of FDG

increased with increasing tumor size, whereas the SUV of (11)C-choline was almost constant

at around 2 for every tumor size. In atypical mycobacterial infection patients, the SUV of FDG

and the SUV of (11)C-choline were equally low at around < or = 2. CONCLUSION: The

differences in the SUVs of FDG and (11)C-choline in patients with lung cancer, tuberculosis,

and atypical mycobacterial infection for the same tumor size (tumor size, > 1.5 cm) were

distinct. In lung cancer patients, the SUVs of both FDG and (11)C-choline were high. In

tuberculosis patients, the SUV of FDG was high, but the SUV of (11)C-choline was low. In

atypical mycobacterial infection patients, the SUVs of both FDG and (11)C-choline were low. It

may be possible to apply this principle to make a presumptive diagnosis of a solitary

pulmonary nodule if it is too small to make a definitive diagnosis pathologically and

bacteriologically. 54

Pecci Mammella 55

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(A) PET imaging of a responding patient after the first and second courses of

therapy. (B) PET imaging of a nonresponding patient. 58

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Grasso bruno in etp mammella prima della chemio (destra) e dopo (sinistra) 60

Figura - FDG-PET MIP (sinistra), CT transassiale (in alto a sinistra), ed

immagine PET-CT di fusione sul piano transassiale , in uomo di 56 anni con

diagnosi di adenocarcinoma retto-sigmoideo (freccia) evidenziato alla

colonscopia e metastasi epatica estesa. 61

Figura di SINISTRA Staging in paziente con linfoadenopatia di tipo HG: la

FDG-PET mostra netta fissazione del tracciante metabolico a carico di

numerosi linfonodi cervico-mediastinici.

Figura di DESTRA Linfoma NHG aggressivo a grandi cellule B: sede di

partenza della malattia sono i linfonodi ascellari di destra; si noti la

progressione della malattia che arriva ad interessare anche il rachide lombare

(ultima immagine a destra). 62

Figure a SINISTRA Donna di 56 anni con linfoma HD. (A) La FDG-PET

eseguita per lo staging mostra multiple aree di patologica fissazione del

tracciante, di pertinenza linfonodale, in sede cervicale, mediastinica ed ilare

destra così come una focale fissazione nel polmone destro. (A, 3D projection

image). La FDG-PET eseguita dopo 2 cicli di poli-chemioterapia evidenzia la

presenza di residuo di malattia in sede laterocervicale destra: buona risposta

al trattamento. Treatment failure was observed at the end of treatment (C, 3D

projection image). –

Figura di DESTRA Uomo di 42 anni affetto da NHL gastrico di alto

(A) L’immagine FDG-PET

grado - evidenzia una netta e patologica fissazione

in corrispondenza di massa gastrica e fissazione a livello dei linfonodi celiaci.

(B) FDG-PET eseguita al termine di 2 cicli di poli-chemioterapia mostra una

completa remissione della malattia. 63

Stessi casi della diapositiva precedente: le PET eseguite per controllo a fine

chemioterapia mostrano ripresa di malattia (C) 64

–negative residual mass in a patient with nodular sclerosis Hodgkin’s disease.

Positron emission tomography (PET)

This patient underwent a restaging

PET/computed tomography (CT) scan 1 month after treatment with six cycles of doxorubicin, bleomycin, vinblastine,

and dacarbazine; the scan showed a residual mass

in the mediastinum measuring 5.0 3.7 cm, with [18F]fluorodeoxyglucose uptake clearly less than that of mediastinal

blood pool structures (the mass actually appears

photopenic compared with surrounding mediastinal background activity). This patient is currently without evidence of

disease after 25 months of follow-up post-thera 65

–negative

Positron emission tomography (PET) residual mass in a patient with

lymphoma. This patient

grade 3 follicular/diffuse large B-cell non-Hodgkin’s

had extensive lymphomatous involvement by staging PET/computed

tomography (CT) in the right neck, axillae, paratracheal, periaortic, and both

inguinal regions in addition to involvement of the spleen. PET/CT performed 1

month after completion of six cycles of rituximab plus cyclophosphamide,

doxorubicin, vincristine, and prednisone showed resolution of disease except

for a residual 3.2 2.0 cm mass in the left axilla exhibiting mild

[18F]fluorodeoxyglucose uptake similar to that of mediastinal blood pool

structures. An excisional biopsy of the left axillary node showed diffuse

sclerosis with patchy chronic inflammation and scattered foamy histiocytes, but

no evidence of lymphoma. The patient is currently without evidence of disease

after 18 months of follow-up post-therapy. (A) Pretherapy CT; (B) pretherapy

PET; (C) post-therapy CT; (D) post-therapy PET. SUV, standardized uptake

value; max, maximum. 66

–positive

Positron emission tomography (PET) residual mass in a patient with

initial diagnosis of stage IIA nodular sclerosis Hodgkin’s disease. This patient

underwent a restaging PET/computed tomography (CT) scan 2 months after

treatment with six cycles of doxorubicin, bleomycin, vinblastine, and

dacarbazine. (A) Fused

PET/CT images show increased uptake clearly greater than that of mediastinal

blood pool structures within the residual anterior mediastinal mass, consistent

with

persistent disease. (B) A follow-up PET/CT scan performed 2 months later

shows substantially more intense uptake in the same area, again suggesting

persistent

disease. (C) A third follow-up scan performed 4 months thereafter also

demonstrates intense uptake in the same area but now with additional new

sites of disease

in the right paratracheal, right hilar, and subcarinal regions, indicating frank

disease progression. The patient then underwent high-dose chemotherapy and

autologous

stem-cell transplantation. R 67

Linfoma hdg

Si noti come le dimensioni TAC sella tumefazione retrosternale siano diminuite

fra Prima e DOPO mentre l’attività metabolica è AUMENTATA, segno di

ripresa di malattia. 68

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Figura Immagini CT e FDG-PET di 3 Pazienti con pregresso melanoma.

Dall’alto in basso: la FDG-PET mostra un’area di netta fissazione a livello della

parotide di sinistra e di un linfonodo latero-cervicale omolaterale, e nel lobo

polmonare inferiore destro. La FDG-PET mostra una netta fissazione a livello

dei tessuti molli profondi dell’arto inferiore sinistro. La FDG-PET rileva un’area

di marcato ipermetabolismo a livello dell’ischio di destra. 73

74

Figura di SINISTRA Paziente con pregressa storia di melanoma cutaneo

della spalla destra. La FDG-PET mostra aree di patologica fissazione del

tracciante metabolico, di pertinenza linfonodale, a livello del mediastino, dell’ilo

polmonare destro e dell’ascella destra.

Figura di DESTRA Immagine FDG-PET che mostra la presenza di multiple

aree di patologica fissazioni corrispondenti a metastasi da melanoma cutaneo.

Tali reperti hanno apportato una modificazione nella gestione della terapia. 75

Figura a SINISTRA Cancro della cervice uterina in fase avanzata (a) FDG-

PET che mostra numerose aree di ipermetabolismo, di pertinenza linfonodale,

al di sopra della vescica, lungo le catene iliache e lombo-aortiche. (b, c)

Immagine CT e PET/CT che mostrano la sede delle patologiche fissazioni

rilevate alla PET

Figura a DESTRA. Donna di 84 anni con cancro della cervice che esegue una

PET per sospeetta ripresa di malattia dopo intervento chirurgico di

isteroannessiectomia: restaging. (A e B) La CT mostra una massa pelvica e

linfoadenopatia iliaca. (C e D) 18F-FDG PET/CT evidenzia netta fissazione

nella massa pelvica (SUV, 9.2), nei linfonodi pelvici (SUV, 4.5 on right and 3.2

on left), e una isolata fissazione in regione pre-sacrale destra corrispondente

ad un nodulo di tessuto molle. 76

Figura di SINISTRA - Donna con pregresso etp. ovarico e metastasi

linfonodali sovraclaveari a destra.

Figura di DESTRA Donna con pregresso etp. ovaio ed aumento del Ca-125

(16.2 U/mL e 39.5 U/mL dopo 1 mese). La 18F-FDG-PET rileva fissazione di

pertinenza linfonodale a livello del tronco celiaco. 77

78

Figura Metastasi da carcinoma a cellule squamose di origine sconosciuta.

Le immagini mostrano una netta fissazione del tracciante a livello di un

linfonodo retro-mandibolare sinistro che, alla biopsia, è risultato metastatico.

La FDG-PET ha consentito di identificare una netta fissazione anche a livello

della fossa tonsillare sinistra. La biopsia condotta in questa sede ha rilevato

che si trattava della sede del primitivo. 79


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AUTORE

flaviael

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DESCRIZIONE APPUNTO

Slides di Diagnostica per immaginiOncologia. Nello specifico gli argomenti trattati sono i seguenti: Neoplasie cerebrali, Tumori del distretto testa-collo, Stadiazione, Carcinoma a cellule squamose della lingua, Carcinoma nasofaringeo, Carcinoma rinofaringeo, ecc.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Biotecnologie mediche e farmaceutiche
SSD:
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2006-2007

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher flaviael di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Diagnostica per Immagini e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Pupi Alberto.

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