How PET/CT turns pairs of photons into a map of tracer distributionComo a PET/CT transforma pares de fótons em um mapa da distribuição do traçador

The most widely used tracer is [¹⁸F]fluorodeoxyglucose (FDG), a glucose analogue in which one hydroxyl group is replaced by fluorine-18. Cells take it up through glucose transporters (GLUT1, GLUT3) and hexokinase phosphorylates it to FDG-6-phosphate. Unlike glucose-6-phosphate, FDG-6-phosphate cannot continue down glycolysis, and most tissues have little glucose-6-phosphatase to reverse the step. The tracer is metabolically trapped, so its distribution provides an index of glucose uptake. A static FDG image is not a direct measurement of metabolic rate.O traçador mais utilizado é a [¹⁸F]fluorodesoxiglicose (FDG), um análogo da glicose em que um grupo hidroxila é substituído por flúor-18. As células a captam por transportadores de glicose (GLUT1, GLUT3) e a hexoquinase a fosforila em FDG-6-fosfato. Ao contrário da glicose-6-fosfato, a FDG-6-fosfato não prossegue na glicólise, e a maioria dos tecidos tem pouca glicose-6-fosfatase para reverter a reação. O traçador fica aprisionado metabolicamente, e sua distribuição fornece um indicador da captação de glicose. Uma imagem estática de FDG não mede diretamente a taxa metabólica.

Fluorine-18 decays with a half-life of 109.8 min. That is long enough to produce fluorine-18 in a cyclotron and synthesize FDG in a radiopharmacy and ship it across a city, and short enough that the patient's radiation burden falls quickly. Many oncological FDG protocols start imaging about 60 minutes after injection. Uptake time depends on the indication and tracer and should be consistent in serial comparisons; tissue activity can continue to change.O flúor-18 decai com meia-vida de 109,8 min. É tempo suficiente para produzir flúor-18 em um cíclotron e sintetizar a FDG em uma radiofarmácia e transportá-la pela cidade, e curto o bastante para que a exposição do paciente caia rapidamente. Muitos protocolos oncológicos com FDG iniciam a aquisição cerca de 60 minutos após a injeção. O tempo depende da indicação e do traçador e deve ser consistente nas comparações seriadas; a atividade tecidual pode continuar variando.

In β⁺ decay a proton in the nucleus becomes a neutron and the atom ejects a positron and a neutrino. The positron leaves with a spread of kinetic energies, scatters through tissue losing energy, and within roughly a millimetre (for ¹⁸F) meets an electron. The pair annihilates: their combined rest mass becomes two gamma photons of 511 keV each, emitted in nearly opposite directions to conserve momentum.No decaimento β⁺, um próton do núcleo converte-se em nêutron e o átomo emite um pósitron e um neutrino. O pósitron sai com energia cinética variável, sofre espalhamento no tecido perdendo energia e, em cerca de um milímetro (para o ¹⁸F), encontra um elétron. O par se aniquila: a massa de repouso combinada converte-se em dois fótons gama de 511 keV cada, emitidos em direções quase opostas para conservar o momento.

The scanner localizes the annihilation, not the decaying nucleus. Higher-energy emitters such as ⁶⁸Ga and ⁸²Rb travel farther and blur the image more. Switch isotopes and add 500 events to see the cloud widen.O tomógrafo localiza a aniquilação, não o núcleo que decaiu. Emissores de maior energia, como ⁶⁸Ga e ⁸²Rb, percorrem distâncias maiores e borram mais a imagem. Troque o isótopo e adicione 500 eventos para ver a nuvem se alargar.

The two photons are not exactly collinear, because the electron-positron pair still carries a little momentum. The angular deviation is about 0.5° (FWHM), which adds roughly 1.8 mm of blur in a scanner with an 80 cm ring. Together with positron range and detector crystal size, this sets the practical resolution of clinical PET at about 3.5 to 5 mm.Os dois fótons não são exatamente colineares, porque o par elétron-pósitron ainda carrega algum momento. O desvio angular é de cerca de 0,5° (FWHM), o que acrescenta aproximadamente 1,8 mm de borramento em um anel de 80 cm. Somado ao alcance do pósitron e ao tamanho dos cristais detectores, isso fixa a resolução prática da PET clínica em torno de 3,5 a 5 mm.

If the annihilation happens off-centre, one photon reaches its detector slightly earlier. Modern scanners measure that arrival-time difference Δt and place the event along the LOR at offset Δx = c·Δt / 2. Light travels 30 cm per nanosecond, so a coincidence timing resolution of 200 ps confines the event to about 3 cm. That is far coarser than the image resolution, but it reduces the noise propagated in reconstruction, with the largest gains in heavier patients.Se a aniquilação ocorre fora do centro, um dos fótons chega ao seu detector um pouco antes. Os tomógrafos modernos medem essa diferença de tempo de chegada Δt e posicionam o evento ao longo da LOR com deslocamento Δx = c·Δt / 2. A luz percorre 30 cm por nanossegundo, de modo que uma resolução temporal de coincidência de 200 ps restringe o evento a cerca de 3 cm. Isso é muito mais grosseiro que a resolução da imagem, mas reduz o ruído propagado na reconstrução, com maior benefício em pacientes de maior porte.

Both photons of a pair must escape the body to be counted. If the LOR crosses a total tissue thickness D, the probability that both survive is e^−μx · e^−μ(D−x) = e^−μD, regardless of where along the line the annihilation occurred. That property makes exact correction possible: one needs only the line integral of μ along each LOR.Os dois fótons do par precisam escapar do corpo para serem contados. Se a LOR atravessa uma espessura total de tecido D, a probabilidade de ambos sobreviverem é e^−μx · e^−μ(D−x) = e^−μD, independentemente do ponto da linha em que ocorreu a aniquilação. Essa propriedade torna possível a correção exata: basta a integral de linha de μ ao longo de cada LOR.

The CT, acquired in the same session on the same table, supplies that map. CT measures attenuation of X-rays at an effective energy near 70 keV and reports it in Hounsfield units, HU = 1000 · (μ − μ_water) / μ_water. Software converts HU to linear attenuation coefficients at 511 keV with a bilinear scale (separate slopes for soft tissue and bone), forward-projects the result, and multiplies each sinogram bin by its correction factor. The same CT localizes PET findings anatomically. Hover over the slice to read both values.A TC, adquirida na mesma sessão e na mesma mesa, fornece esse mapa. Ela mede a atenuação de raios X em energia efetiva próxima de 70 keV e a expressa em unidades Hounsfield, HU = 1000 · (μ − μ_água) / μ_água. O software converte HU em coeficientes de atenuação linear a 511 keV por uma escala bilinear (inclinações distintas para partes moles e osso), faz a projeção do resultado e multiplica cada elemento do sinograma pelo seu fator de correção. A mesma TC localiza anatomicamente os achados da PET. Passe o cursor sobre o corte para ler os dois valores.

After corrections for attenuation, scatter, randoms, dead time and detector efficiency, and after calibration against a source of known activity, each voxel holds an activity concentration in kBq/mL. The SUV normalizes that concentration to what it would be if the injected dose were spread uniformly through the body.Após as correções de atenuação, espalhamento, coincidências aleatórias, tempo morto e eficiência dos detectores, e após calibração com uma fonte de atividade conhecida, cada voxel contém uma concentração de atividade em kBq/mL. O SUV normaliza essa concentração pelo valor que teria se a dose injetada se distribuísse uniformemente pelo corpo.

A uniform distribution gives SUV ≈ 1 (assuming 1 g/mL tissue density). SUV_max is the hottest voxel; SUV_peak averages a 1 mL sphere around it and is less noise-sensitive. SUL replaces body weight with lean body mass, which is more stable in obese patients. SUV depends on uptake time, blood glucose, reconstruction settings and lesion size, so serial comparisons need harmonized protocols (for example, EARL accreditation).Uma distribuição uniforme resulta em SUV ≈ 1 (assumindo densidade tecidual de 1 g/mL). O SUV_máx é o voxel mais intenso; o SUV_pico é a média de uma esfera de 1 mL ao seu redor e é menos sensível ao ruído. O SUL substitui o peso corporal pela massa magra, mais estável em pacientes obesos. O SUV depende do tempo de captação, da glicemia, dos parâmetros de reconstrução e do tamanho da lesão, de modo que comparações seriadas exigem protocolos harmonizados (por exemplo, a acreditação EARL).