Tomografía per emissió de positrones

Tomografía per emissió de positrones

Archiu:Caps block 0 -image.jpg

Image capturada en una PET cerebral típica.

Archiu:Caps block 2 -schema.png

Esquema del procés de captura de la PET.

Archiu:Caps block 4 -detectorsystem.png

Vista esquemàtica d'un tomógrafo PET (ací: Siemens ECAT Exact HR+).

La tomografía per emissió de positrones (TEP o PET, per les sigles en anglés de positron emission tomography) és una tecnologia sanitària pròpia d'una especialitat mèdica cridada medicina nuclear.

Es tracta d'una tècnica similar a la tomografía computarizada (TC) en la qual l'escàner detecta la radiació usant un anell detector. No obstant, es diferencien que la primera tècnica usa una radiació emesa des de dins del cos, mentres que la segona la radiació es transmet a través del cos.

Una atra diferència fonamental en la TC és que la PET es tracta d'una tècnica d'image funcional. Açò significa que permet obtindre informació sobre on i cóm està tenint lloc un determinat procés metabòlic dins de l'organisme. Açò és significativament diferent a la finalitat de la TC, que es tracta d'una tècnica d'image estructural, és dir, que obté informació sobre l'estructura dels teixits, no de la seua funció.

La tomografía per emissió de positrones és una tècnica invasiva —el radiofármaco s'injecta per via intravenosa— de diagnòstic i investigació in viu per image capaç de medir l'activitat metabòlica del cos humà. De la mateixa manera que el restant de tècniques diagnòstiques en medicina nuclear com la Tomografía computarizada d'emissió monofotónica (SPECT), la PET es basa en detectar i analisar la distribució tridimensional que adopta en l'interior del cos un radiofármaco de vida mija ultracorta administrat a través d'una injecció intravenosa. Segons qué es desige estudiar, s'usen diferents radiofármacos.

Existixen varis radiofármacos emissors de positrones d'utilitat mèdica. El més important d'ells és el flúor-18, que és capaç d'unir-se a la 2-desoxi-D-glucosa per a obtindre el trazador fluorodesoxiglucosa (18FDG). Gràcies a la qual cosa, tindrem la possibilitat de poder identificar, localisar i quantificar, a través de el SUV (Standardized Uptake Value), el consum de glucosa. Açò resulta un arma de capital importància al diagnòstic mèdic, ya que mostra qué àrees del cos tenen un metabolisme glucídico elevat, que és una característica primordial dels teixits neoplásicos.

Ademés de l'oncología, a on la PET s'ha implantat en molta força com a tècnica diagnòstica, desplaçant al TAC com a primera opció diagnòstica en algunes indicacions, atres àrees que es beneficien d'este tipo d'exploracions són la neurologia i la cardiología. També té un gran paper en estudis d'experimentació clínica.

Història

A finals de la década de 1950, David E. Kuhl, Luke Chapman i Roy Edwards varen ser els primers d'introduir el concepte d'tomografía d'emissió i transmissió. El seu treball va dur al disseny i construcció de varis instruments tomográficos en l'Universitat de Pennsilvània. En 1975, les tècniques d'image tomográfica varen ser desenrollades per Michel Ter-Pogossian, Michael E. Phelps, Edward J. Hoffman i uns atres en la Facultat de Medicina de l'Universitat de Washington. El treball de Gordon Brownell, Charles Burnham i els seus associats en el Hospital General de Massachusetts va contribuir significativament al desenroll de la tecnologia PET ademés es va desenrollar la primera demostració de radiació d'aniquilació per a imàgens mèdiques.

En 1961, James Robertson i els seus associats en el Laboratori Nacional Brookhaven varen construir el primer escàner PET d'un sol pla, malnomenat el "reductor de cap". [] Un dels factors més importants per a l'obtenció d'imàgens va ser el desenroll de radiofármacos. En particular, el desenroll de 2-fluorodeoxi-D-glucosa (2FDG) marcat pel grup Brookhaven baixe la direcció del Wolf i Joanna Fowler va ser un factor important en l'expansió de l'alcanç de les imàgens PET. El compost va ser administrat per primera volta a dos voluntaris humans normals per Abass Alavi en agost de 1976 en l'Universitat de Pennsilvània. Les imàgens del cervell obtingudes en un escàner nuclear ordinari (sense PET) varen demostrar la concentració de FDG en eixe orgue. Més vesprada, la substància es va usar en escáneres tomográficos de positrones dedicats, per a obtindre el procediment modern. L'extensió llògica de l'instrumentació de positrones va ser un disseny que utilisa dos matrius bidimensionales. PC-I va ser el primer instrument que va utilisar este concepte i va ser dissenyat en 1968, completat en 1969 i informat en 1972. Les primeres aplicacions de PC-I en modo tomográfico, a diferència del modo tomográfico computat, es varen informar en 1970.

A principis de el XXI, la PET és una ferramenta essencial per a l'àmbit del diagnòstic per imàgens, en múltiples aplicacions clíniques. La seua utilisació és molt freqüent tant en Europa com en Estats Units, estenent-se pel restant de continents. L'únic llímit és el preu dels estudis.

Hui en dia, moderns equips d'Tomografía d'Emissió de Positrones, realisen estudis de cos sancer en menys de 20 minuts. Ademés s'ha aplegat a conseguir una resolució teòrica menor de 0,5 cm. Estos equips estan constituïts per múltiples anells de detectors. A alguns dels equips de PET se'ls afig un escàner, i es convertixen en equips híbrits de PET-CT. D'esta forma es millora la tècnica d'obtenció d'imàgens. Estos equips híbrits ademés mostren una gran ventaja sobre els equips únicament PET, ya que permeten que s'indique la posició anatòmica exacta del foc d'elevada activitat metábolitica, ademés es disminuïx la taxa de falsos negatius o positius. Es poden identificar dirigidamente chicotetes lesions.

Fonaments físics

L'obtenció d'imàgens de PET es basa en la detecció de radiació emesa per un Radioisòtop injectat en el pacient. Estos radioisòtops són isòtops d'un element químic en una configuració nuclear inestable que emet radiació en decaure a una forma estable en un procés que es coneix com a decaiguda radioactivo.

La radioactividad de l'isòtop depén de l'estabilitat del núcleu en base en la relació existent entre la seua número atómico i la seua massa. En general, per a elements en un número atómico inferior a 20 és necessària una relació 1:1 per a que la configuració siga estable.

Decaiguda radioactivo

Una desintegració radiactiva és l'emissió de partícules a partir d'un núcleu inestable, el qual pert energia. L'objectiu últim de la desintegració obedix a tractar de trobar una forma més estable, a pur de modificar la relació de protones i neutrons en el núcleu atòmic. Per a conseguir este objectiu, s'emetrà radiació.

La decaiguda és un procés que caracterisa de forma única a cada radioisòtop. En el cas de PET es busquen radiofármacos la vida mija del qual efectiva siga talla ya que en emetre radiació ionizante (alta energia) és necessari buscar el menor impacte en el cos del pacient.

L'emissió de radiació pot ser principalment de tres tipos: emissió de partícules α, emissió de partícules β o radiació γ.

Emissió de partícules α

Una partícula α és un núcleu de 4He, açò és dos protones i dos neutrons. L'emissió d'una partícula α, seguix la reacció:

${\phantom{A}}_{\phantom{\mathrm{Z}}}^{\phantom{\mathrm{A}}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}\mathrm{Z}}^{\phantom{2}\mathrm{A}}\mathrm{X}⟶{\phantom{A}}_{\phantom{\mathrm{Z}-2}}^{\phantom{\mathrm{A}-4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}\mathrm{Z}-2}^{\phantom{2}\mathrm{A}-4}\mathrm{Y}+{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{4}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}2}^{\phantom{2}4}\mathrm{H}\mathrm{e}{\phantom{A}}^{2+}$

Esta radiació no és interessant de cara a la tècnica PET

Emissió de partícules β

Una partícula β és un electró o un positrón, donant lloc a dos tipos de radiació, β- i β+ respectivament. Les reaccions corresponents a les radiacions β- i β+ són, respectivament:

$\mathrm{n}⟶\mathrm{p}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}+\overline{{\nu }_e}$

Un núcleu atòmic inestable en un excés de neutrons pot experimentar una desintegració β- a on un neutró es convertix en un protón, un electró i un electró antineutrino (la antipartícula del neutrino).

$\mathrm{p}{\phantom{A}}^{+}⟶\mathrm{n}+\mathrm{e}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{\nu }{}_{\mathrm{e}}$

els núcleus atòmics inestables en un excés de protones poden experimentar una desintegració β+, també cridada decaiguda de positrones, a on un protó es convertix en un neutró, un positrón i un neutrino d'electrons.

Una partícula β és equivalent a efectes pràctics a un electró o un positrón, la diferència entre estes partícules és l'orige nuclear de les partícules β.

En el cas de PET interessa injectar en el pacient radionucleidos emissors de radiació β+

Emissió de radiació γ

Es correspon en radiació electromagnètica (fotons) d'energies de l'orde dels MeV o freqüències superiors a 10¹⁹Hz. No és una desintegració en sí, és més be una decaiguda a nivells energètics menors. La configuració nuclear es manté, hi ha una reducció energètica únicament.

No existix un radioisòtop que decaiga directament per mig de l'emissió de radiació gamma. Esta radiació està associada a l'emissió de fotons molt energètics d'espècies intermiges metaestables, no del radioisòtop directament. És una radiació associada a una radiació de tipo beta que s'ha produït prèviament.

${\phantom{A}}_{\phantom{\mathrm{Z}}}^{\phantom{\mathrm{A}}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}\mathrm{Z}}^{\phantom{2}\mathrm{A}}\mathrm{X}{\phantom{A}}^m⟶{\phantom{A}}_{\phantom{\mathrm{Z}}}^{\phantom{\mathrm{A}}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}\mathrm{Z}}^{\phantom{2}\mathrm{A}}\mathrm{X}+\mathrm{\gamma }$

Captura d'electrons

Processe alternatiu a la desintegració beta positiva per a baixes energies d'emissió. Un electró intern és capturat pel núcleu. Un protó del núcleu s'unix a este electró formant-se un neutró. Pel buit que ha deixat, electrons més exteriors “cauen” en cascada emetent-se radiació característica.

Realment este fenomen d'emissió de radiació no és interessant per a la tècnica PET sino per a Rajos X

Vore també

• Electromedicina
• Tecnologia sanitària
• SPECT
• Radiactivitat
• Desintegració radiactiva
• Desintegració beta

Bibliografia

• L. de la Cova-Barrao, E. Noé-Sebastián, P. Sopena-Novales, D. López-Aznar, J. Ferri-Campos, C. Colomer-Font, Rellevància clínica de la FDG-PET en els traumatismes craneoencefàlics greus. Rev Neurol 2009;49:58-63.
• Sopena R, Martí-Bonmatí L. Tècniques d'image multimodalidad. Tot Hospital 2009; 255:190-196.

• Varrone A, Asenbaum S, Vander Borght T, Booij J, Nobili F, Någren K, Darcourt J, Kapucu OL, Tatsch K, Bartenstein P, Van Laere K. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2009.Dec;36(12):2103-10.
• Young H, Baum R, Cremerius O, et al.: Measurement of clinical and subclinical tumour response using [18F]-fluorodeoxyglucose and positron emission tomography: review and 1999 EORTC recommendations. European Journal of Cancer, Vol. 35, Issue 13, 1999.
• BORRAJO-SANCHEZ, J. i CABRERO-FRAILE, F. J.. Tomografía per emissió de positrones (PET): fonaments i llimitacions tecnològiques. Arch Soc Esp Oftalmol [en llínea]. 2010, vol. 85, n.º 4 [citat el 17 d'abril de 2020], pp. 129-130. Disponible en: http://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0365-66912010000400001&lng=és&nrm=iso ISSN 0365-6691.