CLASE 2(PET) parte 1

MEDICINA NUCLEAR

Medicina Nuclear

• La Medicina Nuclear se define como la rama de la medicina que emplea los isótopos radioactivos, las radiaciones nucleares, las variaciones electromagnéticas de los componentes del núcleo y técnicas biofísicas afines para la prevención, diagnóstico, terapéutica e investigación médica.

Historia• Radioactividad:

– En 1896 Becquerel descubrió los primeros radioisótopos Naturales– Los primeros radioisótopos artificiales fueron producidos por Pierre y Marie Curies en

1934 (32P)

• 1935 - Hevesy usa 32P para estudios metabólicos con contadores Geiger-Muller• 1949 – Primeras imágenes de radioisótopos de absorción de 131I en la tiroide

realizadas por Cassen(Centellador + PMT, scanner, colimador, resolución espacial de 1/4 “)

• 1957 – Cámara Anger (imágen plana )• 1960 - Kuhl & Edwards construyen el Scanner Mark IV (~10 años antes que el

Scanner de rayos-x)• 1977 – Kayes & Jaszczak desarrollan el SPECT independinetemente• 1950 – Primeros intentos para desarrollar el PET• 1976 – Primeros PET comerciales (Phelps y Hoffman en CTI)

3/10/2003 USACH - Tomografía Computarizada VII.3

Medicina nuclear

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• Aplicaciones y aparatos– La medicina nuclear (MN) se usa tanto para el diagnóstico como para

el tratamiento de cánceres.• Como ventaja, permite saber si un tejido está vivo o no

– Un servicio de medicina nuclear necesita una sala de preparación de fármacos radiactivos y otra sala de exploración. Si se realizatratamiento, también serequiere de otra para larecogida de residuosradiactivos.

– La radiación puede tenerconsecuencias negativas.

Características:• Se dibuja la distribución de un compuesto radioactivo dentro del

cuerpo• Métodos de Proyección y CT• Se dibujan contrastes funcionales o metabólicos (no

anatómicos)– Perfusion del cerebro, función– Perfusion del miocardio– Detección de tumores (metástasis)

Medicina nuclear

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• Fundamentos físicos– Se basa en la inyección intravenosa de sustancias

radiactivas, llamadas isótopos o trazadores, que pueden emitir dos tipos de radiación:

• Electromagnética: Radiación gamma ()– De energía muy alta. Atraviesan casi todo tipo de materiales.

• Emisión de partículas: Alpha () y Beta ()– Éstas no son capaces de atravesar ni siquiera un papel o una madera,

por lo que no tienen interés en la medicina nuclear.– Técnicas de obtención de imágenes por MN:

• Gammagrafía• SPECT (Tomografía Computerizada por Emisión de Fotones

Simples)• PET (Tomografía por Emisión de Positrones)

Medicina nuclear

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• Generadores– Se suelen usar distintos isótopos artificiales, según la zona que se

quiera estudiar o tratar.• Tratamiento: Básicamente cobalto radiactivo.• Obtención de imagen: Indio, galio, xenón, talio y otros.

• Transductores– Todas las técnicas de imágenes mediante MN utilizan variaciones de

gammacámaras (o cámaras de Anger) cuya base son los cristales de centelleo.

• Cristales de yoduro sódico, activados conimpurezas de Talio, que convierten laradiación gamma en energía luminosa.

•Gammagrafía (estática y/o dinámica).- Se emplea para la valoración funcional de determinados órganos como el riñón, corazón, pulmón, hígado y aparato digestivo. •Tomografía de fotón único (SPECT).- Se emplea para obtener una información más precisa de órganos como el corazón, la columna vertebral, la pelvis y sobre todo los estudios de cerebro. •Tomografía por emisión de positrones (PET).-Es empleada para diagnóstico de malignidad de tumores , como el nódulo pulmonar, páncreas, cerebro o de difícil diagnóstico como determinados casos de cáncer de mama, la búsqueda de primarios desconocidos o de segundos primarios.

•Densitometrías.- Es una prueba diagnóstica que mide el grado de mineralización del hueso y que se aplica tanto en el diagnóstico precoz de la osteoporosis, además permite determinar el componente graso y magro de un ser humano, parámetros muy útiles en el estudio de los pacientes con obesidad.

Exploraciones diagnósticas del Servicio de Medicina Nuclear

RADIOISÓTOPOS

Actividad Nuclear

• El decaimiento radioactivo esta descrito por:

• N(t) Número de radioisótopos en t• N0: Número inicial de radioisótopos• : constante de decaimiento [1/t]

• Actividad A = Tasa promedio de decaimiento [decaimientos por segundo]

• La actividad nuclear se mide (tradicionalmente) en curie: 1 [Ci] = 3.7 1010 decays/sec (origen: actividad de 1 g de 226Ra)

• Unidades usadas: 1- 50 mCi (medicina), Ci (prueba). La unidad del SI es el becquerel [Bq] = 1 decaimiento/segundo

Interacción de partículas nucleares y materia

• Partículas alfa– Nucleos de Helio (4He++), decimiento de átomos con Z > 82– ~ 3-9 MeV– Dual +, gran masa interacción fuerte (ionizacion, excitación)– Rango medio en aire: Rm = 0,325 Ealpha

3/2 (2 – 10 cm)– Rango medio en tejido (< 1 mm)

• Partículas beta– Interacción con electrones del blanco– Rango de penetrción es ~ e-t

• Rayos gama– Ondas electromagnéticas producidas en procesos nucleares ( < 0,1 nm, E > 10 keV)– Interacción idéntica a los rayos-x (producción de pares, interacción Compton y fotoeléctrica)

además hay emisión de , n, o p del núcleo)

Radioisótopos para uso clínico en PET

• La mayoría de la radioisótopos naturales no sirven, (vida media muy larga, o existe emisión de partículas cargadas)

• Radioisótopos artificiales se producen por bombardeo de isótopos estables en Ciclotrones

• Se producen también en generadores. Un isótopo padre con vida media larga, produce isótopos emisores de positrones. Estos se separan por medios químicos del isótopo padre.

Radiofármacos• Un radioisótopo se adhiere a un fármaco específico de una actividad

metabólica (cancer, perfusión del miocardo, perfusión del cerebro)

• Emisores de positrones– 11C, T1/2 = 20 min

• Varios compuestos orgánicos (Se acopla a receptores nerviosos, actividad metabólica)– 13N, T1/2 = 10 min

• NH3 (flujo de sangre, flujo del miocardio, perfusión)– 15O, T1/2 = 2.1 min

• CO2 (flujo de sangre cerebral), O2 (consumo de O2 en el miocardio), H2O (consumo de O2 y perfusión en el miocardio)

– 18F, T1/2 = 110 min • 2-deoxy-2-[18F]-fluoroglucosa (FDG, neurología, cardiología, oncología, actividad

metabólica)

23.6

Radioisótopos en Medicina• 1 de cada tres pacientes fuera del hospital sufrirán un procedimiento de la medicina

nuclear

• 24Na, t½ = 14.8 hr, emisor , rastreador de flujo sanguíneo 131I, t½ = 14.8 hr, emisor , actividad de la glándula tiroidea,

• 123I, t½ = 13.3 hr, rayo emisor de , imágenes del cerebro,

• 18F, t½ = 1.8 hr, emisor , tomografía de emisión de positrón,

• 99mTc, t½ = 6 hr, rayo emisor de , agente de imágenes,

Imágenes del cerebro con un compuesto marcado con yodp-123

Isótopos usados en medicinahttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/isotopos.html

ISÓTOPO APLICACIONES

60CoEs un emisor de rayos gamma; estos rayos se usan para destruir células cancerígenas. El haz de rayos gamma se dirige al centro del tumor para que no dañe a tejidos sanos.

131IEl paciente ingiere el I; este isótopo se usa para tratar el cáncer de tiroides. La glándula tiroidea absorbe el yodo, pero emite demasiada radiaciones beta y gamma.

123IEs una fuente intensa de rayos gamma que no emite partículas beta dañinas; muy eficaz para obtener imágenes de la glándulas tiroideas.

99TcEmisor de rayos gamma; se inyecta en el paciente y este isótopo se concentra en los huesos, de ahí que sea usado en radiodiagnóstico de huesos

Para el estudio de los desórdenes cerebrales se utiliza una tomografía de emisión de positrones conocida como PET. Se le administra al paciente una dosis de glucosa (C6H12O6)

que contenga una pequeña cantidad de carbono-11 (11C), que es radiactivo y emite positrones, luego se hace un barrido del cerebro para detectar los positrones emitidos por la glucosa radiactiva “marcada”. Se establecen las diferencias entre la glucosa inyectada y metabolizada por los cerebros normales y los anormales. Por ejemplo, con la técnica PET se ha encontrado que el cerebro de un esquizofrénico metaboliza alrededor de un 20 % de la glucosa que metaboliza un individuo normal.

Aplicaciones de los isótopos radiactivoshttp://www.sagan-gea.org/hojared_radiacion/paginas/Aplicaciones.html

Arsénico-74 Cobre-64 Radio-226

Astato-211 Estroncio-90 Radón-222

Bismuto-206 Europio-152 Sodio-24

Boro-10 Arsénico-35 Tantalio-182

Boro-11 Hierro-55 Tecnecio-99

Bromo-82 Fierro-59 Tulio-170

Carbono-14 Fósforo-32 Xenón-133

Cerio-144 Itrio-90 Yodo-131

Cesio-137 Litio-6 Yodo-132

Cromo-51 Litio-7 Oro-198

Cobalto-60 Nitrógeno-15

Algunos radioisótopos utilizados en medicinahttp://www.sagan-gea.org/hojared_radiacion/paginas/Aplicaciones.html

Fig. 2-4bcd, p.21

Radioisótopos en MedicinaRadioisótopos en Medicina

PETPOSITRON EMISSION TOMOGRAPHY

• SINTESIS DEL RADIOFARMACO MARCADO


RADIOFARMACOS MAS EMPLEADOS EN PET


• ALGUNOS RADIOFARMACOS EN SU MAYORIA SON MARCADOS MEDIANTE LOS MAS COMUNES RADIONUCLEIDOS: F, N, O, C CUYA VIDA MEDIA SE APRECIA EN LA SIGUIENTE TABLA.

Otros Usos de los Radioisótopos

• Hacen funcionar marcapasos (plutonio 238)

• Terapia con radiación (radio 226; cobalto 60)Emisiones de algunos radioisótopos pueden destruir células (p.e. tumores pequeños)

TOMOGRAFÍA POR EMISIÓN DE POSITRONES

PETPETTomografía de Emisión de PositronesTomografía de Emisión de Positrones

Moléculas con isótopo radiactivo PET radioisótopos T 1/2C carbono-11 20.3 minutosO oxígeno-15 2.03 minutosF fluor-18 109.8 minutosBr bromo-75 98.0 minutos

Radioisótopos en Medicina

• Tomografía por emisión de positrones (PET) utiliza radioisótopos para formar imágenes de tejidos corporales– El paciente es inyectado con un marcador y colocado en un PET

scanner– Distintos tipos de célula absorben marcadores a diferentes tasas – Scanner detecta radiación causada por energía que decae del

radioisótopo, y la radiación forma la imagen– La imagen puede revelar variaciones y anormalidades en la

actividad metabólica


LAS CARACTERISTICAS IDEALES QUE DEBE PRESENTAR UN RADIOFARMACO PET SON:

BAJA ABSORCION INESPECIFICA. ELEVADA AFINIDAD POR SU SITIO DE UNION. INESPECIFICAMENTE Y DEL PRESENTE EN EL POOL VASCULAR. METABOLIZACION ESCASA O NULA PARA FACILITAR EL

MODELADO MATEMATICO.


• TECNICA DE DIAGNOSTICO MEDICO.• NO INVASIVA• PERMITE OBTENER IMÁGENES CON PEQUEÑAS RADIACIONES.

• PERMITE OBSERVAR EL METABOLISMO Y EL FUNCIONAMIENTO DE

TEJIDOS Y ORGANOS.• ES POSIBLE LA OBTENCION DE IMÁGENES EN 3D.• SE APLICA CON MUCHO ÉXITO EN CARDIOLOGIA, NEUROLOGIA,

ONCOLOGIA Y MUCHO MAS.

Tomografía Computarizada de Positrones (PET)• Usa emisores de positrones • Los positrones se aniquilan con un electrón cercano

crean dos rayos gama de 511 keV antiparalelos ( 180 )• Coincidencia genera “cuerdas”:

– “Colimación electrónica”

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– Antes de pasar por el cristal de centelleo, se filtra la radiación cuya dirección no es la deseada, usando para ello rejillas llamadas colimadores.

– La luz emitida por el cristal de centelleo se amplifica y se convierte en señaleléctrica mediantefotomultiplicadores.

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