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  • 1. MEDICINA NUCLEARMaria Luisa Toro, David A. Bedoya y Rafael AmayaPrograma de Ingeniería BiomédicaEscuela de Ingeniería de Antioquia -Instituto de Ciencias de la SaludIntroducción:Es una rama en la medicina que utiliza sustancias radiactivas en métodos de diagnóstico yen tratamiento de patologías. En la primera se usan dichas sustancias in vivo; lainformación se obtiene por la manera en que los tejidos y los órganos procesan lassustancias y se obtienen imágenes de los mismos porque la radiación emitida puede serdetectada desde el exterior.La Medicina Nuclear permite detectar alteraciones mucho antes de que las enfermedadessean clínicamente detectables, lo que repercute significativamente en tratamientostempranos más efectivos y pronósticos frecuentemente más favorables.RadiofármacosUsualmente se emplean elementos radiactivos emisores de rayos gamma, también escomún encontrar elementos que emitan positrones como C11, O15, N13y F18. Esta radiacióndebe ser de periodo de semidesintegración corto para no exponer al paciente aradiaciones innecesarias, y la energía emitida entre 100-300 keV (Representa la energíaadquirida por un electrón, a través de un campo eléctrico de un voltio. Equivale a 1.6x1019J) para que pueda ser detectado correctamente. El más utilizado es el Tc99mcon unaenergía de 140 keV y un periodo de semidesintegración de seis horas.La sustancia utilizada para suministrar al paciente es un radiofármaco que estácompuesto por un radionúclido artificial (creado en reactores nucleares y aceleradores departículas) y un fármaco particular. El primero es la fuente radiactiva y el segundo es elfijador, es decir, específico para las características del órgano o tejido a ser estudiado.Esto es para que el radiofármaco se dirija exclusivamente a los tejidos deseados y noaleatoriamente.
  • 2. EquipoEstas emisiones se captan en el exterior con un detector de centelleo conectado a unordenador en el que se procesan las imágenes. Actualmente este está configuradoespecialmente en la gamma cámara. El proceso de detección puede captar una imagenplana, o pueden existir detectores que van a lo largo de todo el paciente para formar unaimagen tridimensional, que muestre la distribución de la radioactividad en el órgano deinterés dentro del paciente.1. Gamma cámaraComponentes• Un colimador que se antepone al detector para limitar su campo de visión. Estedispositivo rechaza los fotones que llegan en una dirección no deseada. Estácompuesto por un material con agujeros que absorbe rayos gamma como plomo otungsteno. Tiene diferentes configuraciones según la distribución de dichos agujeros.Puede ser pinhole o de múltiples agujeros (paralelos, convergentes o divergentes). Enlos de múltiples agujeros paralelos (Fig. 1), la sensibilidad del colimador estádeterminada por la relación que existe entre la superficie de los orificios y la deldetector; la resolución por otro lado la determina el número de orificios por unidad desuperficie y por la geometría de los mismos. En todos los casos a medida que elcolimador se acerca del paciente la resolución disminuye.Figura 1• El detector de centelleo es un cristal de yoduro sódico impregnado con tantalio (INa(Tl)).Los fotones chocan con el cristal e interaccionan con el por dos tipos de fenómenos,fotoeléctrico o Compton, en el que ceden toda o parte de su energía y esta se convierte
  • 3. en fotones luminosos. Por cada 140 keV de rayos gamma absorbidos, se generan 5000fotones visibles de luz. Este material tiene una importante resolución de energía lo queayuda a rechazar rayos que vengan atenuados.• Esta pequeña cantidad de luz emitida llega a los fotomultiplicadores que están unidos ala parte de atrás del cristal. Estos en su parte delantera tienen fotocátodos que al recibirfotones emite electrones. En la base de los tubos multiplicadores hay un ánodo que esdonde llegan estos electrones, pero antes pasan por una serie de dínodos que al recibirelectrones emiten un mayor número de los mismos, dando así una multiplicación totalde 106.• Luego de los fotomultiplicadores se encuentra el circuito de posicionamiento en el que seobtienen la coordenadas X e Y que indican la posición donde ha sido detectado elfotón. Además hay un circuito analizador, que posee selectores y permite desechar lasseñales que hayan sufrido dispersión antes de haber entrado en contacto con el cristal,es decir, fotones que no le hayan transmitido a este toda su energía.• Algunos rayos gamma pueden ser desviados de su camino original por atenuacióncompton dentro del cuerpo o en el colimador. Todos estos eventos de atenuación si sedetectan pueden dar un mal posicionamiento del rayo gamma y por esto degradan laresolución espacial. Como estos rayos atenuados tiene menos energía que los de laemisión original pueden ser eliminados por el analizador de amplitud de pulso.Usualmente el rango de detección es de ± 10% o 15% de la energía de emisión del rayogamma.Estos últimos componentes se pueden apreciar en la figura 2:Figura 2
  • 4. Para poder almacenar, manipular, analizar y visualizar las imágenes se debe conectar unordenador a la gamma cámara. Entre estos se realiza una interfase que tiene unconvertidor A/D para las señales de posicionamiento X e Y.El ordenador puede obtener las imágenes de maneras diferentes:• Estática: en la que solo se adquiere una imagen en un periodo de tiempo. Este tiempopuede ser predeterminado o hasta que se hayan obtenido cierto número de señales.• Dinámica: es la repetición de una adquisición estática en intervalos de tiempoconsecutivos. Se obtiene así una secuencia temporal de matrices (imágenes digitales).Características de las imágenesExiste una presencia inevitable de ruido debido al carácter aleatorio del fenómenoradiactivo que les da origen. Según la estadística que sigue un conteo radiactivo, como elpresente en cada celdilla de la imagen digital, tiene una distribución de Poisson de median y varianza n1/2, siendo n el número de impulsos acumulados en una celdilla durante elconteo. Esto permite saber que la relación señal/ruido vendrá dada par n1/2.Procesado de la señal1) Procesado de la señal estática:Abarca tres pasos principales: aumento de la relación señal/ruido, restauración ydetección de contornos.2) Procesado de secuencias dinámicas: puede aplicarse cualquiera de las técnicasdescritas para el tratamiento de imágenes aisladas. Sin embargo, dado que un estudiodinámico puede expresarse como una función discreta F(x,y,t), si se considera el tiempocomo una coordenada adicional, pueden extenderse dichas técnicas a un caso de tresdimensiones. En particular, es común la utilización de un filtrado 3D para mejorar larelación señal/ruido.2. Tomografía computarizada por emisión de fotón simple (SPECT)Resuelve uno de los problemas de la medicina nuclear tradicional (imágenes planas) quees la superposición de estructuras. El elemento más utilizado es el 18F flourodeoxiglucosa.En esta tomografía es posible obtener la distribución del trazador en tres dimensiones. Lainformación correspondiente a la tercera dimensión (profundidad), se obtiene a partir deotras imágenes adicionales obtenidas desde diversas orientaciones. La forma más
  • 5. utilizada para realizar SPECT, es la que se consigue dotando a una gamma cámara de unmovimiento de rotación alrededor del cuerpo del paciente o utilizando varias de estas endiferentes posiciones y luego efectuando una reconstrucción topográficamatemáticamente. Finalmente una vez efectuada la reconstrucción pueden obtenersecortes axiales, sagitales, coronales u oblicuos.Esta técnica ofrece una información más precisa de órganos y estructuras anatómicas máscomplejas o de más difícil diagnóstico para la medicina nuclear convencional, como elcorazón, la columna vertebral, la pelvis y cerebro.3. Tomografía de emisión de positrones (PET)La tomografía por emisión de positrones (PET) es un tipo de medicina nuclear que midela actividad metabólica de las células. Esta es en realidad una combinación de medicinanuclear y análisis bioquímico. La diferencia entre la PET y otros exámenes de medicinanuclear es que esta detecta el metabolismo dentro de los tejidos corporales, mientras queotros tipos de exámenes de medicina nuclear detectan la cantidad de una sustanciaradioactiva acumulada en el tejido corporal de la zona que se está examinando. Utilizaelementos que emiten positrones, es decir, que sufren desintegración beta. Los positronesson unas partículas inestables que una vez emitidas, recorren una corta distancia a travésde la materia hasta que Interaccionan con un electrón. En este momento ambas partículasse aniquilan, liberando su energía en forma de dos fotones gamma que salen endirecciones casi opuestas, con una energía de 511 keV cada uno. En este tipo dediagnóstico, para Localizar cada positrón es preciso detectar simultáneamente los dosfotones de aniquilación de 511 keV, evitando así los que han sufrido dispersión quefalsearían su situación. La posición queda determinada por la línea que une los lugares enque se ha producido la detección. La configuración del equipo es uno o varios anillosformados por pequeños detectores de centelleo. Estos detectores son usualmente degermanato de bismuto (Bi7Ge3O12) o de ortosilicato de gadolinio activado con cerio(Gd3SiO4(Ce)), estos materiales son de mayor número atómico y por tanto de mayoreficiencia que el NaI(Tl).Así, la distribución del marcador permite la obtención de imágenes e índices cuantitativosde flujo vascular, metabolismo glucolítico, transporte de aminoácidos y consumo deoxígeno, entre otros procesos biológicos.
  • 6. BIBLIOGRAFÍAIntroducción a la Ingeniería Biomédica. Editorial Marcombo Boixareu. Serie mundoelectrónico.MOORE, James. Biomedical technology and devices handbook. Editorial CRC.http://www.mnuclearaldia.cl/http://www.healthsystem.virginia.edu/uvahealth/adult_radiology_sp/pet.cfmhttp://neurologia.rediris.es/congreso-1/conferencias/p-tecnologicas-7.html#Figura-1http://www.brighamrad.harvard.edu/education/online/BrainSPECT/Contents.htmlhttp://ciberhabitat.gob.mx/hospital/mn/origen_evolucion.htm#.http://www.icnmp.edu.mx/hogar.htmlhttp://omega.ilce.edu.mx:3000/.../ 37/htm/sec_13.htmhttp://www.dehs.umn.edu/graphics/rpd/manual/image25.gif

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