01 instrumentaciÓn en medicina nuclear

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

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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

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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?