01 instrumentaciÓn en medicina nuclear
TRANSCRIPT
MEDICINA NUCLEAR
Prof. Adj. Dr. Javier Vilar
2
MEDICINA NUCLEAR
Historia
3
Físico francês;
1896: observo la existencia de rayos
emitidos por el uranio capaces de
“velar” un film fotográfico.
MEDICINA NUCLEAR
Antonie-Henri Becquerel
1859 - 1906
“Padre de la radiactividad”.
4
Físico aleman
Descubridor del Contador Geiger
Tubo Geiger Muller (capaz de medir pequeñas cantidades de
radioactividad.
MEDICINA NUCLEAR
Hans Wilhelm Geiger
5
Físico y químico francés;
Co-colaborador del
descubrimiento del Po-210 y del
Ra-226.
MEDICINA NUCLEAR
Pierre Curie
1859 - 1906
6
Matemática y química polaca;
Co-colaborador del descubrimiento
del Po-210 y del Ra-226.
MEDICINA NUCLEAR
Marie Curie
1867 - 1934
7
Físico-Químico húngaro;
1943: Premio Nobel por el desarrollo de radiotrazadores;
Estudió el metabolismo del fósforo en las plantas y los ratones;
MEDICINA NUCLEAR
George Charles de Hevesy
1859 - 1906
“Padre de los radiotrazadores”.
8
1926: pionero en el uso de
radiotrazadores en el ser humano
Bismuto 214: determinó la
velocidad de circulación del flujo
sanguíneo de un brazo a otro.
MEDICINA NUCLEAR
Hermann Blumgart
“Padre de la Medicina
Nuclear”. 1895–1977
9
Físico americano;
1939: Premio Nobel de física por su invento: Cíclotron;
MEDICINA NUCLEAR
Ernest Lawrence
1901 - 1958
10
1937: empleó P-32 en el
tratamiento de pacientes con
leucemia
MEDICINA NUCLEAR
John H. Lawrence
“Padre de la terapia con
radioisótopos”.
1903 - 1991
11
Físico italiano;
1936/37: descubrió el Tc-99m;
* palabra griega techetos (artificial)
MEDICINA NUCLEAR
Emílio Segre
1905 - 1989
12
1949: Demostró la ablación de las
metástasis del carcinoma de tiroides
por el Iodo-131
MEDICINA NUCLEAR
Sam Seidlin
1895 - 1955
13
Inventor del centellograma rectilineo
MEDICINA NUCLEAR
Benedict Cassen
“Padre de la imagen de la
Medicina Nuclear”.
14
15
Convenció a la Comisión de Energía Atómica norteamericana sobre los beneficios del uso médico de los radiofármacos.
Realizó cursos de formación médica en la práctica de la medicina nuclear;
1º presidente de SMN (norteamericana)
MEDICINA NUCLEAR
Marshall Brucer
1913 - 1994
16
1957: cámara de centelleo
Estudios dinámicos de cuerpo entero
MEDICINA NUCLEAR
Hal Anger
1905 - 1989
“Padre de la imagen dinámica
en Medicina Nuclear”.
Así es posible entender como el desarrollo
de la medicina nuclear y,
consecuentemente, la radiofarmacia es una
sucesión de pequeños pasos que van desde
los radioisótopos con directa aplicación
médica, por ejemplo el 131I, a las moléculas
altamente específicas como son los
anticuerpos monoclonales y los péptidos
marcados.
Desde 1975, gracias al desarrollo de nuevos métodos
de computación, es posible obtener imágenes
dinámicas de órganos y/o sistemas de órganos.
Desde los años 80 el avance fue vertiginoso,
aparecen los primeros tomógrafos (SPECT) mientras
que las microcomputadoras permiten nuevos y
mejores cálculos.
El SPECT-CT es una nueva herramienta de
diagnóstico para capturar imágenes fisiológicas y
anatómicas en un examen. La combinación de los
dos métodos produce una imagen más comprensiva
que significativamente mejora la evaluación del
paciente.
TIPOS DE RADIACIONES
Los trabajos de P. Becquerel, M. Curie y E. Rutherford entre 1896 y 1907,
demostraron no sólo la existencia de la transformación espontánea llamada
desintegración, sino también que había radiaciones que tenían distinto
poder de penetración.
A las radiaciones menos penetrantes, que son absorbidas por una hoja de
papel o una delgada lámina metálica, se las denominó rayos a y a otras,
más penetrantes, rayos b Se comprobó que estos rayos, que podían ser
desviados por un campo magnético, son de naturaleza corpuscular. Más
tarde se reconoció que las partículas a son núcleos de helio y las partículas
b , electrones.
Otro tipo de radiación, a la que se denominó rayos g, que no se desvía en
presencia de un campo magnético, fue identificada con la emisión de
radiación electromagnética o fotones.
Penetración de la
radiación
RADIOFARMACIA
Inyección por vía endovenosa de un trazador, es
decir un radiofármaco que es específico para cada
tipo de estudio.
radiofármaco
fármaco
Radionucleido (EMISOR GAMA)
PROPIEDADES DE LOS
RADIOTRAZADORES
Comportamiento idéntico o similar a la sustancia
natural.
La masa del trazador debe ser tal que no altere el
proceso fisiológico.
La actividad del trazador debe ser suficientemente
alta para permitir ser detectada adecuadamente.
El efecto biológico de la actividad del radionucleido
debe ser insignificante o al menos predecible.
Aplicaciones biológicas
El trazador isotópico ha permitido estudiar así, sin perturbarlo,
el funcionamiento de todo lo que tiene vida, desde el nivel
celular al orgánico. En biología, numerosos adelantos realizados
en el transcurso de la segunda mitad del siglo XX están
vinculados a la utilización de la radioactividad: funcionamiento
del genoma (soporte de la herencia), metabolismo celular,
fotosíntesis, transmisión de mensajes químicos (hormonas y
neurotransmisores).
27
Radiofármacos Utilizados em la evaluación Funcional y Morfológica de la Glándula
Tiroides
MEDICINA NUCLEAR
Isótopo Vida media Decaimiento
radiactivo Administración
I-131 8 días
Beta- 806 Kev
γ – 150 Kev
Oral
I-123 13 horas γ- 150
Oral
Tc-99m
6 horas
γ -140 I/V
28
Decae por la emisión de radiación gama de 140 KeV;
No emite radiación beta y posee una vida media de apenas 6 h, tiene la
posibilidad de administrar actividades más elevadas que las utilizadas con
I-131 y I-123, lo que contribuye en la obtención de mayor calidad en las
imágenes .
Tecnecio-99m
MEDICINA NUCLEAR
29
una substancia como un isótopo radioactivo es administrado
al paciente por via oral o intravenosa.
Dependiendo del radiofármaco utilizado, uno o más órganos
específicos del cuerpo se tornan radiactivos.
la radiación emitida es utilizada para localizar la
cantidad de substancia captada por el tejido.
Radiofármacos
MEDICINA NUCLEAR
30
Radiación Gamma
Tc-99m
140 keV
Tecnecio-99m MEDICINA NUCLEAR
31
Generador de Tecnecio-99m
MEDICINA NUCLEAR
Ejemplo de un generador de 99mTc
Aplicaciones médicas
Medicina Nuclear: rama de la medicina que emplea
isótopos radiactivos adecuados a fines diagnósticos,
terapéuticos y de investigación médica.
Radioterapia: rama de la medicina que aprovecha la
capacidad de algunas radiaciones en producir muerte
celular (tratamiento del cáncer).
Tomografía Convencional
Radiología
Imágenes por
transmisión
SPECT
PET
Imágenes
por
emisión
CENTELLOGRAFIA PLANAR
DIFERENCIAS ENTRE MN Y RADIOLOGIA
RADIOLOGÍA
MEDICINA
NUCLEAR
Tomografía Convencional
Radiología Diferencias de
densidad
SPECT
PET
Diferencias de
metabolismo
CENTELLOGRAFIA PLANAR
DIFERENCIAS ENTRE MN Y RADIOLOGIA
Radioisótopos monofotónicos más usados
99mTc T1/2 = 6,02 horas.
E = g 140 KeV.
201Tl T1/2 = 73.1 horas.
E = g 135,167 KeV, .
67Ga T1/2 = 78.3 horas.
E = g 93, 185, 300 KeV.
Radiofármacos
Con fines terapéuticos:
– No tienen efecto farmacológico.
– Se usan dosis elevadas.
– Efecto depende de radiación beta.
Formas de administración: – Intravenosa.
– Intraarterial.
– Intracavitaria.
– Oral
Radioprotección.
Las dosis de irradiación son muy bajas.
Un estudio promedio equivale a un procedimiento radiológico convencional.
Estudios Rx dinámicos contrastados producen mayor irradiación.
99mTc - contraindicación relativa en el embarazo.
131I - contraindicación absoluta en el embarazo.
Detección
Cámara de ionización: Calibrador de dosis.
Detector de centelleo: Contadores de pozo.
Gamacámara planar y tomográfica
(SPECT y SPECT-CT).
Semiconductor: Sonda quirúrgica.
CAMARA DE CENTELLEO
Inventada por H. O. Anger
en 1956 en la Universidad
de California en Berkeley
En 1960 se distribuyó en
forma comercial por la
empresa Nuclear Chicago
Utilización creciente desde
la incorporación del 99mTc
con gamma de 140 KEV
DESCRIPCION: instrumento que se utiliza para visualizar la
distribución de un isótopo emisor gamma dentro de un órgano de un
paciente así como también el pasaje de un radionucleído a través
de una zona del cuerpo.
CAMARA GAMMA
COMPOSICIÓN DEL EQUIPO:
1. CABEZAL
2. CONSOLA
3. COMPUTADORA (PROCESADOR
DE DATOS)
COLIMADORES
Para la producción de una imagen de la distribución de la
radioactividad de un paciente, el lugar de absorción de las
radiaciones gamma en el cristal de la cámara debe estar en
relación directa con el origen de las radiaciones gamma
dentro del paciente.
Esta relación se consigue colocando
un colimador entre el cristal y el
paciente.
COLIMADOR PIN-HOLE
También llamado “agujero de alfiler”, consiste en un blindaje cónico
con una apertura chata y pequeña en su extremo, tal que proyecte
hacia el detector una imagen ampliada e invertida de la muestra
radiactiva.
La abertura está
formada por tungsteno,
platino u otro material
de alta densidad y se
ofrece con un juego de
aberturas de distinto
tamaño.
COLIMADOR PIN-HOLE
Cuanto menor sea la distancia a la
abertura mejor será la resolución.
Cuanto menor sea la distancia a la
abertura mayor será la eficiencia de
conteo.
El pin-hole permite obtener la mejor combinación de
sensibilidad y resolución para pequeños objetos ubicados a
corta distancia de la abertura.
INSTRUMENTACION
ANTERIOR
OAD
COLIMADOR PIN-HOLE
COLIMADOR LEHR
Principios de funcionamiento
La absorción de cada fotón gamma en el cristal
de NaI (Tl) produce un destello que se irradia a
partir del punto de la absorción.
Los TF cercanos a un lugar de absorción reciben
más luz que aquellos alejados. La cantidad de
luz recibida determinara el tamaño de la señal
eléctrica del tubo.
TUBOS FOTOMULTIPLICADORES
La luz trasmitida al TF incide sobre el fotocatodo o cátodo sensible a la
luz.
Nº de e- eyectados dependerá de la cantidad de luz incidente, estos son
enfocados sobre el primer dinodo (cargado positivamente respecto del
cátodo o del dinodo anterior). Cada incidencia arrancará un número
proporcional de e-. El número de dinodos varía entre 8 y 14.
El ultimo dinodo eyecta los electrones sobre el anodo o placa.
Es un MULTIPLICADOR DE ELECTRONES
1e- 1 a 100: e- de salida
Cristal de centelleo y fototubo
luz luz
radiación
Crista
l
Fotomultiplicador
Fotomultiplicador
R. I.
luz
crista
l
electrones Am
plif
ica
do
r
EL ORDENADOR EN
MEDICINA NUCLEAR
La función básica es el procesamiento de la información de salida
de los diferentes equipos.
Consta de 2 partes elementales: A) HARDWARE
B) SOFTWARE
ELEMENTOS DEL
HARDWARE
CPU
RAM
Velocidad del procesador
Dos pantallas (para procesar texto e imágenes)
Dispositivo de salida (impresora por ej)
Disco duro y discos de transferencia
Mouse
ELEMENTOS DEL SOFTWARE
ADQUISICIÓN:
ESTATICAS SEÑALES DIGITALES A MATRICES ESPECIALES
DE 128 X 128, 256 X 256 O 512 X 512 PIXELS.
A + PIXELS ->+ RESOLUCIÓN. CADA PIXEL
CONSTA DE 8 A 256 BYTES. + RESOLUCIÓN
CON 256.
DINAMICA CON MATRICES MAS SIMPLES (64 X 64 X 8
PIXELS) EN TIEMPOS CORTOS (HASTA 0.1 SEG).
GATILLADOS SE UTILIZA LA ONDA R DEL ECG COMO
SEÑAL A LA CPU.
SPECT
PROCESADO: TRATAMIENTO DE IMÁGENES, ROI, CUANTIFICACIÓN
DE DATOS, RECONSTRUCCIÓN DE IMÁGENES DE
SPECT.
CONTROL DE CALIDAD
FANTOMAS DE BARRAS
FANTOMAS DE
TIROIDES DE PICKER
SPECT
ES EL ESTUDIO QUE ES REALIZADO POR GAMMA CAMARAS PROVISTAS DE PARTES MECANICAS CAPACES DE QUE SU CABEZAL PUEDA DESCRIBIR ORBITAS CIRCULARES O ELÍPTICAS (LLAMADO GANTRY)
Hay dos tipos de tomografía de emisión: A) FOTON UNICO (SPECT)
B) FOTON DOBLE (PET)
•La diferencia con los equipos planares es el gantry y el software que
permite la reconstrucción de los cortes necesarios.
•Giro de 180 o 360º.
•Giro CON PARADAS O DE TIPO CONTINUO.
•La mayor definición se obtiene con orbitas de 360º, mayor número de
paradas y con mayor tiempo de duración del estudio (mayor tiempo
por parada)
ÓRBITA ELÍPTICA vs. CIRCULAR
360º vs. 180º
SPECT GATILLADO
¿Qué significa Gated SPECT ?
Adquisición tomográfica sincronizada con el ECG, que
permite obtener imágenes dinámicas del ciclo cardíaco.
La onda R es la “puerta” o “gate” que
habilita iniciar la adquisición.
Gated SPECT - adquisición
SPECT-CT
IMÁGENES HIBRIDAS
SPECT-CT
CT Cambios en la forma del órgano y densidad del tejido
Localización anatómica precisa
Reperes topográficos
SPECT Caracterización funcional del proceso patológico
INFORMACIÓN DIFERENTE
INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA
SPECT-CT Beneficio Clínico
Interpretación de imágenes
Mejora localización de lesiones
Mejora caracterización de lesiones
Mejora detectabilidad de las lesiones
Impacto en el manejo del paciente
Dirige otros procedimientos diagnósticos (invasivos)
Determina necesidad de tratamiento
Planificación de estrategia terapéutica
Cuando utilizar SPECT-CT
Foco hipercaptante de localización o significado
clínico incierto
Factores propios del radiofármaco
Características físicas desfavorables
Elevada especificidad de captación
Biodistribución
Factores propios de la enfermedad
Anatomía regional compleja
Distorsión anatómica post tratamiento
Principales Aplicaciones Clínicas
Oncología
Iodo 131 – Ca de tiroides
MIBG – Tumores de la cresta neural
Octreotide – Tumores neuroendócrinos
Galio 67 – Linfomas
Ganglio centinela – Melanoma, mama, cabeza y cuello
99mTc-MDP – Metástasis óseas
No oncológicas
99mTc-MIBI - Adenoma paratiroideo
Galio, Leucocitos, Ciprofloxacina – Infecciones
99mTc-MDP – Patología ósea benigna
Cardíacas – Corrección de atenuación
Corrección de atenuación mediante TAC
Perfilo – 2º óseo GC pelviano – MM Octreotide – 2º óseo
Masculino 57 años Sind. Carcinoide 5HT orina = 80 mg
(VN hasta 9)
TAC Múltiples Metástasis Hepáticas
primario desconocido
Histopatológica: Tumor Carcinoide Intestino delgado
Operado de carcinoide de delgado. Control de
metástasis hepáticas y reestadificación para
trasplante hepático
10/08/2012 72
Ejemplo de fusión de imágenes
58 años. Operado de carcinoide de delgado. Control de metástasis hepáticas y
reestadificación para transplante hepático.
Validez del octeotride en el seguimiento
terapéutico.
Post-embolización terapéutica.
10/08/2012 74
10/12/2007 24/10/2008
Ejemplo de fusión de imágenes
10/08/2012 76
60 a. Ca papilar tiroideo con metástasis ganglionares. Perfilo post 200 mCi I131.
Iodo 131
62 a. Ca folicular tiroideo. Control.
69 a. Ca tiroideo operado en octubre/2007. Recibió I131 ablativo.
71 a. Ca de próstata. Dolor dorsolumbar.
Oseo - Oncológico
51 a. Ca de mama.
69 a. Ca de pulmón.
Caso 1. 41 a. Ca de riñón. Caso 2. 40 a. Ca de mama.
Caso 1
Caso 2
Caso 1
Caso 2
15 a. Lumbalgia persistente. Espondilolisis bilateral L5.
Oseo – No oncológico
15 a. Lumbalgia. Lisis izquierda L5. Hiperintensidad pedículo derecho.
27 a. Traumatismo puño der. de 7 m. Dolor, edema, sudoración. No lesión ósea.
16 a. Lumbalgia.
68 a. IRC en HD. HPT 2º.
CT
Paratiroides
50 a. Angiodisplasias de colon esclerosadas. Anemia severa. PSI: 130 ml/día.
Digestivo
Vista tardía 20 hs.
SM. IMC 45.2
Cardiología
61 a. SM. Dolor torácico. Obesidad (118 kg).
CA por CT de baja dosis.
68 a. SM. ATC de ADA junio 2008. Disnea y fatigabilidad sin ángor.
Prueba de dipiridamol normal.
Impacto diagnóstico de la CA por CT
CIRUGIA RADIOGUIADA
Permite determinar con gran eficiencia la
localización de tejidos marcados con trazadores
radioactivos durante un proceso quirúrgico.
Es una herramienta indispensable para la
identificación de ganglios linfáticos captantes
durante procesos quirúrgicos.
Brinda al cirujano la posibilidad de observar "in
vivo" el tejido marcado, evitando así la extirpación
innecesaria de tejido no afectado.
Concepto de ganglio
centinela
GANGLIO
CENTINELA
TUMOR
2do 3ro
3ro
2do
El ganglio centinela recibe la
linfa directamente del tumor
LINFOCENTELLOGRAFIA
MAMARIA
La estadificación quirurgica de la axila como factor
pronostico.
GAMMA PROBE:
Una SG consiste de un detector portable,
junto a un preamplificador, un
colimador, una pantalla análoga o digital
y un generador de señal audible.
Los fotones gama detectados por el
cristal son convertidos a un displaydigital
numérico y a una señal audible.
GP -CARACTERISTICAS GENERALES:
Alta Sensibilidad
Lectura directa con display digital
Ajuste automático de la ganancia
Elección del isótopo a utilizar
Alarmas audibles de frecuencia variable
Funciones de ratemetery contador
Alimentación a baterías
Portable
Detectores de centelleo: NaI, CsI
Detectores semiconductores: CdTe, CdZnTeTMN
Probes Intraoperatorios:
1. Detector
2. Display Analógico o Digital
3. Generador de señal de audio
4. Colimador
¿Qué es necesario para la
detección de GC?
Se requiere alta sensibilidad y alta relación señal
ruido que permita la detección de ganglios con
baja captación o ubicados profundamente.
Óptimamente, la sonda debe ser sensible a los
fotones en un ángulo en particular (sensibilidad
angular). Esto asegura una buena resolución
espacial para la localización del GC a través del
tejido.
Se basa en el uso de un pequeño campo de detección basado en el principio de CZT para Camaras y
probes para una guia intraoperatoria
SPECT-CT
51 a. Ca de mama derecha.
USOS DEL PROBE Linfocentellografia
Guia al cirujano para la correcta remoción del ganglio centinela y estadificación del paciente.
Cancer: colon-melanoma-mama-pene-vulva.
Resecíón de tumores benignos: adenoma de
paratiroides , osteoma osteoide.
PARA PET
¿Futuro de la medicina
nuclear?
CZT Versus
FOTOMULTIPLICADOR
IMARAD
CZT
256 pixels
module
CZT
NaI
9 Points smoothing MANO CODO
CAMARAS GAMMA DEDICADAS
1st CdTe camera NUCAM
Y. Eisen et al.
DIGIRAD 2020tc-CZT
camera
Indicaciones
Oncología
Evaluación cardiaca
Nódulos tiroideos y cálculo
de dosis terapéuticas
Indicaciones
Cardiología;
Pulmonar;
Neurologia y Psiquiatria.
Indicaciones
Estudios mamarios.
Contra-indicaciones
Embarazo
Lactancia
¿THE END?