martes, 31 de mayo de 2016

TOMOGRAFÍA DE EMISIÓN DE POSITRONES

TOMOGRAFÍA DE EMISIÓN DE POSITRONES:

La fusión de las imágenes PET con las imágenes anatómicas, como la del TAC, se puede alcanzar utilizando programas específicos de corregistro. Sin embargo, cuando se fusionan las imágenes PET con las imágenes TAC obtenidas en tomógrafos separados, aparecen diversos problemas. Una buena solución es la adquisición de los estudios metabólico y anatómico en el mismo tomógrafo, en el que se combinen los componentes de los equipos PET y TAC en un mismo estativo. 

Con esta combinación, los estudios se adquieren de modo secuencial, con una diferencia mínima de tiempo entre ambos, no se modifica el perfil de la camilla y no es preciso reposicionar al paciente; aunque también pueden darse los movimientos involuntarios.

El tomógrafo PET/TAC, combinando las dos modalidades de imagen (PET y TAC), es una evolución de la tecnología de imagen existente, integrando dos técnicas que han progresado históricamente por separado, aunque el PET debe mejorar en resolución espacial y rapidez de adquisición. Las dos modalidades son complementarias, ya que la imagen PET tiene la carencia del detalle anatómico, y la TAC adolece de la especificidad funcional de la PET.



Las prestaciones de los tomógrafos PET y TAC dependen de las aplicaciones a las que se dedique el equipo, siendo los estudios de cuerpo entero en oncología la principal aplicación
clínica en la actualidad. 

El desarrollo de la PET ha permitido que ésta sea una técnica:

• Dinámica, posibilitando la adquisición de datos con rapidez, siguiendo la cinética de los procesos farmacológicos y fisiológicos.

• Sensible, pudiendo detectar concentraciones pico-molares e incluso femto-molares de los ligandos en los tejidos.

 • Potencialmente cuantitativa, siendo posible obtener datos en unidades absolutas de los procesos fisiológicos.

 • No invasiva.

Tomógrafo PET:

 Materiales detectores: Los centelleadores inorgánicos son los detectores usados comúnmente en los tomógrafos por emisión de positrones. La absorción de la energía del fotón en la estructura del cristal produce una transición a un estado de mayor energía, pudiendo volver al estado fundamental emitiendo fotones de menor energía con un tiempo de desvanecimiento característico.

Estos “fotones de centelleo” pueden ser detectados por el fotocátodo de un tubo fotomultiplicador (TFM).

Adquisición en 3D y sensibilidad:

Los tomógrafos PET han utilizado clásicamente unos anillos (denominados “septales”) colocados entre los cristales detectores de distintos anillos detectores, desde estos hacia el centro del tomógrafo (fabricados de plomo o tungsteno y de unos 5 cm de longitud y 1 mm de espesor). 

Estos anillos limitaban las líneas de coincidencia a las incluidas en el plano de cada anillo de cristales detectores, eliminando los fotones procedentes de otros planos y reduciendo, en consecuencia, las coincidencias aleatorias y de dispersión en las que un fotón procede de otro plano. 

A este modo de adquisición con coincidencias en 2 dimensiones se le denomina modo 2D. La eliminación de los anillos septales ha permitido la coincidencia entre todos los cristales del tomógrafo, adquiriéndose en modo 3D, siendo el modo normal de operar de la mayoría de tomógrafos PET actuales.

Tiempo de vuelo:

En la técnica de “tiempo de vuelo” (“Time of Flight”, TOF) se mide la diferencia temporal que hay entre la detección de los dos fotones de aniquilación.

 Características de funcionamiento de un tomógrafo PET :

Los parámetros que caracterizan el funcionamiento de los tomógrafos PET son diversos, de entre ellos destacan: la resolución espacial, la sensibilidad, el comportamiento de las tasas de sucesos y la fracción de fotones dispersos.

 Resolución espacial:  

La resolución espacial del tomógrafo, expresada como la anchura a mitad de altura de la función de dispersión de línea,es el resultado de la combinación o contribución de varios factores físicos o intrínsecos, relacionados con la aniquilación del positrón, y de otros factores instrumentales

Sensibilidad: 

La sensibilidad representa la capacidad del tomógrafo PET para detectar los fotones de aniquilación producidos al generarse un positrón dentro del campo de visión del equipo. En consecuencia, relaciona el ritmo en que las coincidencias verdaderas son detectadas (sucesos por unidad de tiempo) con la cantidad de radiactividad que hay dentro del campo de visión. 

La sensibilidad del tomógrafo es importante ya que está relacionada con la calidad de la imagen y el ruido de la misma.

Fracción de dispersión: 

La magnitud de los fotones dispersos se evalúa por medio de la fracción de dispersión (FD), definida como el cociente entre las coincidencias de dispersión (CS) y la suma de las coincidencias de dispersión con las coincidencias verdaderas



TOMÓGRAFO DE EMISIÓN DE FOTONES

TOMÓGRAFO DE EMISIÓN DE FOTONES:

El SPECT consiste en una modificación de una gammacámara de forma que uno o más cabezales detectores giran alrededor de eje central para adquirir una serie de proyecciones de la distribución del trazador en el interior del paciente, obtenidas desde diferentes ángulos.

Adquisición de una secuencia de proyecciones:

El dispositivo tomográfico permite el giro de los cabezales detectores alrededor del paciente según un eje de giro paralelo al eje longitudinal del paciente que se encuentra estirado sobre una camilla. Durante la rotación, los cabezales pueden mantener la misma distancia al eje de giro, siguiendo una trayectoria circular alrededor del paciente, aunque también pueden seguir una trayectoria elíptica o irregular resiguiendo el contorno corporal. Los detectores, a lo largo de la trayectoria, van adquiriendo una secuencia de proyecciones cada cierto ángulo que dependerá del número de proyecciones que queramos obtener, así como del intervalo angular que se desee cubrir.

Antes de proceder a la adquisición de la secuencia de proyecciones, deben decidirse las condiciones en las que se realizará: el arco de la rotación, el número de proyecciones, el tamaño de la matriz, el más común es de 128 × 128, la amplificación y el tiempo de adquisición por proyección. La elección de estos parámetros depende de la exploración que se vaya a realizar.

Reconstrucción tomográfica:

Una vez adquiridas las proyecciones, se procede a la reconstrucción de la distribución tridimensional del trazador utilizando algoritmos de reconstrucción tomográfica. Se trata de resolver un problema inverso ya que queremos obtener la distribución del trazador en un objeto que ha dado lugar a las proyecciones que se han adquirido con el tomógrafo.

Se está buscando una distribución tridimensional a partir de proyecciones que son imágenes bidimensionales.

 La forma más extendida de resolver este problema complejo es reduciéndolo a la resolución de múltiples problemas más sencillos consistentes en obtener la distribución del trazador en una sección transaxial del objeto partiendo de la parte de las proyecciones que le corresponde. Es decir una determinada fila de cada una de las proyecciones.








ÁREAS FUNCIONALES Y DEPENDENCIAS

ÁREAS FUNCIONALES Y DEPENDENCIAS:

Dependencias asociadas:



  • Cámara caliente:  Dependencia en la que se almacenan y preparan los radiofármacos. Éstos se manipulan detrás de blindajes de plomo (A) para evitar al máximo la irradiación del operador. La normativa vigente regula la calidad y presión de aire de su interior. El ajuste de la actividad que ha de tener cada dosis obliga a disponer de un activímetro (B) en el mismo lugar donde se preparan


  • Sala de marcaje: Dependencia en la que se efectúa el marcaje celular. Las condiciones de esterilidad ambiental impuestas por la manipulación de células que se reinyectarán, exige trabajar con cámaras de flujo laminar que garanticen la ausencia de elementos patógenos


  • Residuos: Los residuos radiactivos sólidos se deben almacenar durante un cierto tiempo antes de su retirada o eliminación como residuo biológico o convencional. Para su recogida se emplean contenedores blindados especiales . Las agujas por presentar además riesgo biológico (por pinchazo) se separan de las jeringas y se tratan aparte.

Los residuos líquidos se vierten en pozos plomados que se vacían de forma controlada teniendo en cuenta el período de semidesintegración de los radionucleidos.



Salas de exploraciones y tratamientos:

Las exploraciones diagnósticas que se llevan a cabo en una unidad de Medicina nuclear pueden ser de 2 tipos: la primera, que es común a todas las unidades, es la obtención de imágenes de la distribución del radiofármaco obtenidas de distintas formas según lo que se trate de averiguar y que configuran la base a partir de la cual el médico obtiene un diagnóstico.

La segunda, consiste en la utilización de técnicas analíticas para la determinación de la concentración de determinados compuestos mediante toma de muestras, una vez administrado el radiofármaco correspondiente (filtrado glomerular, flujo plasmático renal, pérdidas proteicas digestivas, etc.) al paciente. 



Dependencias asociadas:

Administración de dosis: 

Sala, normalmente colindante con la cámara caliente, en la que se administran los radiofármacos a los pacientes en la mayoría de exploraciones . Obsérvese la existencia de un torno de intercomunicación con la cámara caliente para el paso de las dosis, una papelera plomada para jeringas y un depósito plomado para las agujas hipodérmicas. 

Salas de exploraciones:

Dependencias en las que están instaladas las gammacámaras  u otros detectores como pueden ser los tomógrafos PET.


Pruebas de esfuerzo de cardiología:

Opcionalmente, es una sala en la que se llevan a cabo las pruebas de esfuerzo y la administración de radiofármacos en las pruebas de perfusión miocárdica. Se puede emplear, tanto una pista rodante como una bicicleta estática. 

Cuarto caliente:

 Sala en la que se manipulan las muestras extraídas de los pacientes para su análisis. En él también se realizan pruebas de control de calidad del marcaje de radiofármacos.


Sala de contadores de muestras:

Dependencia, que puede estar en el mismo laboratorio caliente, en la que se mide la actividad de las muestras previamente manipuladas en el laboratorio caliente.

Habitaciones “plomadas” para tratamientos:

Habitaciones en las que los pacientes sometidos a tratamiento metabólico son internados durante uno o varios días para su control clínico y por motivos de protección radiológica. 

Constan de un dormitorio y sala de estar con mampara de protección para el personal de enfermería junto con un aseo especialmente diseñado para recoger, contener y procesar residuos biológicos radiactivos 














OBTENCIÓN DE RADIONUCLEIDOS

 OBTENCIÓN DE RADIONUCLEIDOS:

Aunque muchos radionucleidos tienen un origen natural, la mayoría de los utilizados en medicina nuclear se producen artificialmente, ya sea en un reactor nuclear o bien en un acelerador de partículas. Las principales vías de obtención de radisótopos son dos, la primera es como consecuencia de la fisión, que tiene lugar en un reactor, la otra es mediante la inducción de reacciones nucleares.

EL REACTOR NUCLEAR:

Cuando un núcleo de 235U, que es el isótopo fisible del uranio natural, interacciona con neutrones lentos (de baja energía) se divide en dos nuevos átomos de tamaño similar. Este proceso denominado fisión, tiene lugar con gran desprendimiento de energía y la emisión de varios neutrones de alta energía. Mediante la moderación de estos neutrones, se pueden producir nuevas fisiones, dando lugar a lo que se denomina una reacción en cadena. Dependiendo de la geometría y de la composición de los materiales presentes, especialmente de la abundancia isotópica de 235U, se producirán un mayor o menor número de nuevas fisiones.

En un reactor nuclear se produce la fisión del 235U de forma automantenida, controlando la proporción de neutrones frenados. En este proceso se obtienen como productos de fisión una serie de radionucleidos que, muchos de ellos, tras ser separados y purificados, pueden ser utilizados en aplicaciones médicas. Entre ellos se encuentran el 131I, el 133Xe y el 99Mo.

 Otra posibilidad es la de utilizar los neutrones que se producen en el reactor para inducir reacciones de activación neutrónica del tipo (n,γ). Con los neutrones térmicos procedentes del reactor se bombardean materiales altamente purificados, denominados blancos. De esta forma se obtienen, entre otros, el 153Sm, el 186Re y el 99Mo, este último de menor actividad específica que el obtenido como producto de fisión.

ACELERADORES DE PARTÍCULAS:

El ciclotrón Para conseguir reacciones nucleares utilizando partículas cargadas ( p, d o a), se necesita un acelerador capaz de comunicarles la energía suficiente para que se produzca la reacción. Para obtener el radionucleido se precisa un blanco adecuado que es bombardeado durante un tiempo que depende del flujo de partículas disponible, de la cantidad de blanco, de la sección eficaz de activación y del período de semidesintegración del producto. De esta forma se obtienen elementos tales como el 111In, el 67Ga, 123I y el 201Tl.

El ciclotrón es un tipo de acelerador de pequeño tamaño cuyo uso se ha visto incrementado a raíz de la aparición de los tomógrafos de positrones (PET). Dichas técnicas utilizan radionucleidos de vida media tan corta que es preciso disponer del equipo de producción de radionucleidos en el mismo centro sanitario que los va a utilizar. Los elementos que pueden obtenerse en un ciclotrón de uso médico son el 18F, 11C, 13N y 15O.

CAMARA GAMMA

CAMARA GAMMA

 La gammacámara, o cámara de Anger (Anger 1958), es un sistema de detección “in
vivo” que permite la obtención de imágenes bidimensionales que representan un
proyección de la biodistribución de un trazador emisor de radiación gamma previamente
administrado a un paciente.

La gammacámara se basa en un detector de centelleo sólido en el cual la sustancia
luminiscente tiene forma de una fina lámina extensa. Este detector, además de detectar
la radiación gamma, proporciona información sobre la posición en la lámina en la que se
ha producido la interacción del fotón, sobre la energía cedida por el fotón en la
interacción y sobre la dirección de procedencia del mismo.




 Los gamagrafos obtienen informacion simultnea de todos los puntos del campo de vision
del detector y proporciona imágenes de la zona estudiada en un tiempo mucho menor.


ESQUEMA DEL EQUIPO DE LA CAMARA GAMMA:
  •   Colimador
  •    Detector o cristal de centelleo
  •   Tubo fotomuliplicador, Preampliicador y amplificador
  •    Circuito de posicionamiento XY
  •   Analizador de la altura de Pulso (FWA)
  •   Display o almacenador
Colimador:

El colimador es un dispositivo que se antepone al detector y que permite la llegada al cristal detector de los fotones que inciden sólo en una determinada dirección. De esta forma, cada fotón detectado puede proceder de la desintegración de cualquier átomo del radisótopo que se encuentre en la línea marcada por esta dirección.


Diseño de los colimadores:  Su diseño puede depender de el diámetro de los agujeros, de la profundidad de los agujeros, la orientación de los agujeros y el grosor de los septos.

TIPOS: 
  • CONVERGENTES: Estos colimadores proporcionan una imagen ampliada del objeto y suelen emplearse para obtener imágenes de objetos de menor tamaño que el detector.
  • DIVERGENTES:  Estos colimadores pueden obtener la imagen de objetos de un tamaño mayor que el tamaño del cristal detector. Su resolución es inferior a la de un colimador de orificios paralelos, y su uso es muy escaso.
  • PIN HOLE: Se trata de un colimador con un orificio de tamaño pequeño que actúa como el diafragma de una cámara obscura. Consta de dos partes diferentes, un cono truncado y una pieza intercambiable que contiene un orificio que encaja en el extremo del cono.

Detector: 

El detector se encuentra dentro del cabezal y contiguo al colimador. Su función es detectar los fotones gamma que atraviesan el colimador, determinar la posición de interacción y la energía cedida en la interacción. Consta de un cristal de centelleo en forma de lámina, una guía de luz y un conjunto de tubos fotomultiplicadores (TFM).




Circuito de posicionamiento xy:

 El circuito de posicionamiento XY suma las salidas de los diferentes tubos fotomultiplicadores y produce pulsos X  Y en directa proporción a las coordenadas XY del punto de interacción de rayos gamma.

Tubo fotomultiplicador:
  •   Consiste en un fotocátodo sensible a la luz, el cual tiene al final una serie de electrodos metálicos llamados dinodos en el centro y ánodo en el extremo encerrados en un tubo de vidrio al vacío.
  •   El tubo fotomultiplicador es acomodado en el cristal de yoduro de sodio con el fotocátodo de cara al cristal.
  •   Un alto voltaje de aproximadamente 1000 voltios es aplicado del fotocátodo al ánodo en pasos entre 100 voltios entre los dinodos.
  •   Cuando un fotón de luz del cristal de yoduro de sodio dopado con talio golpea e fotocátodo, los fotoelectrones son acelerados haca el dinodo inmediato por la diferencia de voltajes entre los electrodos.
  •   El electrón acelerado golpea el dinodo y mas electrones secundarios son emitidos.
  •   El proceso de multiplicación de electrones secundarios continua hasta que el ultimo dinodo es alcanzado y entonces atraído al ánodo y finalmente liberado al preamplificador y amplificador.


Preamplificador:

El pulso del tubo fotomultiplicador es pequeño en amplitud y debe ser amplificado antes de mas procesamiento. Esto es inicialmente amplificado con un preamplificador que es colocado cerrando el tubo fotomultiplicador.

Amplificador:

 El pulso de salida del preamplificador es incrementado en amplitud y forma (definido como ganancia) y liberado al analizador de altura de pulsos para su procesamiento.

Analizador de altura de pulso (PHA):

Es un instrumento que selecciona para contar solamente los pulsos alineados dentro de los intervalos de amplitud de voltaje preseleccionados o canales.

La adecuada eleccion dependera del setting o marco de las tasa de energia de los rayos gamaque seran aceptadas  para su procesamiento y conteo.

Modos de adquisición de imagen: Con una gammacámara se pueden adquirir diferentes tipos de estudios: 

1) estudios estáticos
 2) estudios dinámicos
 3) estudios de cuerpo entero
 4) estudios en modo lista

Estudio estático:  

El tipo de estudio más simple es el que consiste en la adquisición de una imagen estática. Se trata de recoger la información durante un período de tiempo incluyéndola en una sola matriz o imagen. 

La adquisición puede realizarse durante un intervalo de tiempo prefijado o bien, hasta que se haya recogido un número determinado de sucesos o cuentas. Este tipo de estudios permite visualizar la distribución espacial del trazador en un momento determinado.




Estudio dinámico:

Los estudios dinámicos se basan en la repetición de una adquisición estática realizada en diferentes intervalos de tiempo, obteniendo de esta forma una secuencia temporal de imágenes. 

Este tipo de estudios ofrece una mayor información que un estudio estático, ya que permite seguir los cambios que se producen en la distribución del trazador, lo que permite estudiar su cinética, así como el funcionalismo de distintos órganos.

Estudio dinámico sincronizado:

Un tipo especial de estudio dinámico es el estudio sincronizado. Consiste en la formación de una secuencia temporal de imágenes de un proceso periódico, utilizando una señal fisiológica para sincronizar la adquisición en cada período.


Estudios de cuerpo entero :

Algunos equipos disponen de la posibilidad de adquirir imágenes de cuerpo entero. Esto se consigue dotando a la camilla o al detector de un movimiento de traslación durante la adquisición de las imágenes. 















DETECTORES

TIPOS DE DETECTORES:
  •      DETECTORES DE IONIZACION GASEOSA
  •     DETECTORES DE CENTELLEO
  •   DETECTORES DE ESTADO SOLIDO Y SEMICONDUCTORES


 PRINCIPIOS DE LOS DETECTORES GASEOSOS:


La operación de un detector gaseosos esta basada en la ionización de las  moléculas de gas por radiación, seguida por una colección o captura de pares de iones con carga  con la aplicación de un voltaje  entre 2 electrodos.



CURVA DEL DETECTOR GASEOSO

A: Recombinacion
B: Saturacion
C: Proporcional
D: Limite proporcional
E: Geiger Miuller
F: Continua





CÁMARA DE IONIZACIÓN:


CARACTERÍSTICAS:

  •  Las cámara de ionización son operados con voltajes en la región de saturación en un intervalo de 50-300v.
  •   El detector es una cámara cilíndricagas ,sometido  llena con aire o con a alta presión.
  •  Un alambre central  y la cámara actúan como electrodos y la corriente es medida por un electrómetro.
  • La eficiencia de detección de la cámara de ionización depende de las energía de las radiaciones.
  • Las cámaras de ionización son primariamente usadas para medir alta intensidad de radiación como son emisores de rayos X y radiofármacos de alta actividad.

  Cámaras de Ionización usados en medicina Nuclear son:
  •             Contador cutie pie
  •            Calibradores dosis (activimetros)
  •             Dosímetros de bolsillo




Calibrador de dosis ACTIVIMETRO



CALIBRADOR DE DOSIS:

Los calibradores de dosis son con cámaras de ionización y un instrumento que mide  la corriente producida por la  actividad, este no tiene efectos de tiempo muerto.

ACTIVIMETRO:

Los activímetros se diseñaron para medir  la actividad de radionucleidos y radiofármacos. Proporcionan  la actividad de la muestra directamente en la unidad seleccionada, por ejemplo: mCi o MBq.


Características del activimetro:

  •  El activímetro  esta formado por una cámara sellada llena de aire u otro gas apropiado generalmente bajo cierta presión .
  •  La radiación de la fuente produce pares iónicos, es decir, una molécula con carga positiva(+)y un electrón con carga negativa (-)
  • Este es de una forma cilindrica, una cámara sellada con un pozo central y esta  lleno con Argón y trazos de halógeno de alta presión  (de 5 a 12 atmosferas).
  • Estos  están operando a voltajes alrededor de 150 v.
  • Porque las radiaciones de diferentes tipos y energías producen diferentes cantidades de ionización(a partir de ahora corriente) iguales actividades de diferentes radionúcleidos generan diferentes cantidades  de corriente.

Selector de isotopo:

El selector de isotopos proveído en el calibrador de dosis es un resistor Feed Back para compensar por las diferencias en ionización (corriente)producido por diferentes radionúcleidos para que iguales actividades produzcan semejantes lecturas .

Selector de rango:

Cuenta con un selector  de rango de actividad en una resistencia variable que ajustamos al rango de actividad (µCi,mCi) o (kBq, MBq,GBq).


DETECTORES DE CENTELLEO
  • Los rayos X y rayos Gama interactuan con el detector por mecanismos fotoeléctricos, compton y formación de pares, donde las moléculas del detector son elevadas a estado de alta energía a través de ionización o excitación.
  •  El tiempo para alcanzar el estado de reposo es llamado “Tiempo de decaimiento de centelleo”.

Esquema  del  contador  de  centelleo:

  •     El detector de centelleo cuenta con:
  •   Un cristal emisor de luz
  •     Tubo fotomultiplicador
  •    Electrónica asociada analizadora del pulso de energia