FUESMEN -Area de Medicina Nuclear_________________________________________________1 MEDICINA NUCLEAR: 1. Principios Físicos e Instrumentación PDF

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FUESMEN - Area de Medicina Nuclear_________________________________________________1 MEDICINA NUCLEAR: 1. Principios Físicos e Instrumentación La Medicina Nuclear se basa en el uso de sustancias radiactivas para fines diagnósticos y terapéuticos. Debido a esto, si se quiere hacer un poco de historia...

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MEDICINA NUCLEAR: 1. Principios Físicos e Instrumentación La Medicina Nuclear se basa en el uso de sustancias radiactivas para fines diagnósticos y terapéuticos. Debido a esto, si se quiere hacer un poco de historia sobre cómo comenzó la Medicina Nuclear es necesario recordar algunos descubrimientos de Física relacionados con las radiaciones. Como punto de partida deberíamos mencionar el descubrimiento de los rayos X por William Roentgen en el año 1895, por lo cual recibió el premio Nobel en 1901. Al año siguiente, otro físico, Henri Becquerel, descubrió sustancias radiactivas naturales, y en 1913, Georg de Hevesy inventó el principio del trazador por lo que recibió el premio Nobel en 1943. Los primeros radiotrazadores fueron sustancias radiactivas naturales, pero con la invención del ciclotrón en 1931 por otro premio Nobel, Ernest Lawrence, se extendieron los estudios de Hevesy a otros procesos biológicos usando fósforo-32 y sodio-22 y otros productos de ciclotrón. En 1946, se produjeron dos eventos importantes para el desarrollo de la Medicina Nuclear: la disponibilidad de carbono-14 y otros elementos radiactivos producidos a partir de reactores nucleares desarrollados por Enrico Fermi y colegas y la invención de la computadora digital Univac. Estos dos eventos fueron muy importantes, ya que fundaron una nueva especialidad médica, primero llamada Medicina Atómica, hoy conocida como Medicina Nuclear y en el futuro probablemente se llame Medicina Nuclear Molecular. La idea de Hevesy de los radiotrazadores hizo posible definir enfermedades en términos de la fisiología y la bioquímica en lugar de hacerlo en términos de la anatomía y la histopatología. Entre los primeros órganos que se empezaron a estudiar a partir de detectores de radiación externos, se encuentra la glándula tiroides. En 1940, se determinó que la incorporación de iodo radiactivo estaba aumentado en personas con hipertiroidismo y disminuido en personas con hipotiroidismo. A medida que nuevos trazadores e instrumentos fueron desarrollados, todos los órganos del cuerpo fueron estudiados con la aplicación del principio del radiotrazador, comenzándose a obtener imágenes haciendo énfasis en la función y en la bioquímica más que en la estructura.

1.1. RADIACTIVIDAD: La radiactividad es el fenómeno que presentan ciertos átomos, consistente en la emisión espontánea de partículas o radiaciones, debido a la desintegración del núcleo atómico, para alcanzar una configuración más estable energéticamenete. El núcleo atómico está compuesto esencialmente por protones y neutrones. Los protones poseen carga positiva y los neutrones carga nula. Al ser el átomo eléctricamente neutro, el número de protones, que recibe el nombre de número atómico=Z, determina el número de electrones que rodea al núcleo. Estos, son los responsables de las propiedades químicas del átomo. El número de neutrones (N) más el número de protones (Z) determinan el número másico (A=N+Z). Para un determinado número de protones, el número de neutrones puede ser variable. Es decir, se tienen núcleos con igual Z pero distinto A. Estos núcleos reciben el nombre de ISOTOPOS. Por ejemplo, el 12C y el14C, son isótopos del Carbono, siendo el 12C el más estable.

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Z (número atómico) = Nº de protones o electrones. Determina propiedades químicas.

A(número másico) = Nº de partículas en el núcleo (neutrones + protones).

1.2. LEY FUNDAMENTAL DE DESINTEGRACION RADIACTIVA: Independientemente del tipo de radiación emitida, siempre se cumple la ley de la desintegración radiactiva. Según esta ley, el número de núcleos que decaen por unidad de tiempo (actividad=At) depende de la actividad inicial (A0)y del tiempo transcurrido (t), de acuerdo con la ecuación: At = A0 e - τ t donde, τ es una constante que recibe el nombre de constante de desintegración radiactiva. Una constante más útil es el llamado de periodo de desintegración ( T 1/2), que es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los núcleos existentes. Utilizando esta última constante, la ley de desintegración queda expresada de la siguiente forma: At = A0 e - 0.693 t / T 1/2

1,2

Actividad / Ao

1

A = Ao exp ( - 0.693 t / T )

0,8 0,6 0,4 0,2 0 0

1

2

3

Tiempo ( periodos de semidesintegración)

1.3. UNIDADES: La unidad de medida de la actividad en el sistema internacional es el Becquerel. 1 Becquerel = 1 Bq = 1 desintegración por segundo Pero además, se usa el Curie.

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10

1 Ci = 3.7 x 10 Bq 1 mCi = 37 MBq A partir de la actividad también se definen; Actividad específica: Bq / gr Concentración radiactiva Bq / ml

1.4. EJEMPLOS DE RADIACIONES NUCLEARES: Las transformaciones que sufren los isótopos radiactivos, dan lugar a los siguientes tipos de emisiones. Radiación α: La partícula emitida es un núcleo de 4He, comúnmente llamada partícula α. A X →A-4 Y + 4 He Z Z-2 2 210

84Po →

206

4 82Pb + 2He

Radiación β +: La partícula emitida es un positrón, al desintegrarse un protón en un neutrón y un positrón. A X → A Y + e+ Z Z-1 14 O →14 N + e+ 8 7

Radiación γ: Se produce debido al exceso de energía del núcleo pasando a una configuración más estable, emitiendo en este caso un fotón. 99m

99 44Tc → 44Tc

Este ejemplo, corresponde al isótopo más usado en la Medicina Nuclear.

Isótopo 133

Xe

127

Xe

123

I

131

I

99m

Tc

Forma de Decaimiento

Energía

−

β γ CE γ CE γ − β γ TI

81 keV 35 keV 58, 172, 203 y 375 keV 33 keV 159 keV 364 keV 140 keV

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81m

Kr

99

Mo

111

In

67

Ga

201

Tl

18

F C 13 N 15 O 11

TI

190 KeV

−

β γ CE γ CE γ CE γ + β + β + β + β

740 keV 26 keV 171 y 245 keV 10 keV 93, 185, 300 y 394 keV 80 keV 135 y 167 keV 511 keV 511 keV 511 keV 511 keV

Tabla 1: Principales Radioisótopos Utilizados en Medicina Nuclear

1.5. UNIDADES DE ENERGIA: La energía de las partículas y radiaciones atómicas, se mide en electron-Volt (eV). Las unidades de las energías usadas en Medicina Nuclear son el KeV y el MeV. electron volt (eV) KeV= 1000 eV MeV =1000000 eV

1.6. DETECCION DE FOTONES: Para obtener información sobre intensidad y energía de los rayos gamma, se utilizan detectores de centelleo. Estos emiten luz visible o ultravioleta al recibir radiación ionizante. Un ejemplo de ellos es el detector de ioduro de sodio dopado con Talio (INa - Tl). Estos cristales están acoplados a un fotomultiplicador que transforman los pulsos luminosos en corrientes eléctricas. Empleando este principio de detección, existe la siguiente instrumentación. Cámara Gamma o de Anger: imágenes planares. SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography = Cámara Gamma Tomográfica): Imágenes tomográficas a partir del procesamiento de un conjunto de imágenes planares obtenidas alrededor del paciente. Uso de isótopos emisores de positrones : PET (Positron Emission Tomography = Tomografía

FUESMEN - Area de Medicina Nuclear_________________________________________________5 por Emisión de Positrones) Cámara Gamma tomográfica SPECT doble cabezal.

2. Aplicaciones en Medicina Nuclear Las aplicaciones de la Medicina Nuclear se extienden a la mayoría de los órganos del cuerpo otorgando información de la función y la bioquímica, más que de la anatomía. A medida que nuevos radiotrazadores sean desarrollados y mayores avances se logren en el instrumental empleado para la detección de la radiación externamente al órgano, las aplicaciones de la Medicina Nuclear seguirán brindando muy rica información sobre la función de cada órgano. En la Tabla 2 se presentan la mayoría de los trazadores empleados en Medicina Nuclear con la aplicación correspondiente, en estudios realizados con Cámara Gamma, SPECT y PET.

Radiofármaco 123

I, 131I

Aplicación Función Tiroides

99m

TcO4-

Función Tiroides, Flujo Sanguíneo

99m

Tc-MDP

Scan Óseo

99m

Tc-Fitato

Scan Hepático

99m

Tc-Sestamibi

Perfusión Miocárdica

99m

Tc-Cloruro estañoso

Pool Sanguíneo

99m

Tc-MAA

Perfusión

99m

Tc-DTPA

Función Renal

99m

Tc-Globulos Rojos

Pool Sanguíneo

99m

Tc-Sulfuro Coloidal

Función Retículo Endotelial

99m

Tc-HMPAO

Flujo Sanguíneo Cerebral

99m

Tc-ECD

Flujo Sanguíneo Cerebral

99m

Tc-MAG3

Función Renal

99m

Tc-DMSA

Función Renal

131

I, 131I –hipuran

Función Renal

67

Ga-citrato

Inflamación, Tumores

133

Xe, 127Xe

81m

Ventilación Pulmonar

Kr

Ventilación Pulmonar

201

Tl

Perfusión Miocárdica

123

I-IMP

Flujo Sanguíneo Cerebral

18

F-FDG

Consumo de Glucosa

18

Síntesis de Proteínas

F-Metionina

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13

Perfusión Miocárdica

15

Perfusión Cerebral

11

Consumo de Acidos Grasos

N-Amonia O-Agua C-Acetato

Tabla 2: Radiofármacos Usados Clínicamente en Cámara Gamma/SPECT

2.1. Gammagrafía Ósea con MDP-

99m

Tc.

2.1.1. Radiofármaco : Se utiliza el difosfonato MDP (Metilen difosfonato) marcado con 99Tcm como radiotrazador. La captación de estos agentes por el tejido óseo tiene lugar fundamentalmente por quimioabsorción. Los determinantes fisiológicos de esta captación son: actividad metabólica, flujo sanguíneo regional y tono simpático.

2.1.2. Preparación del Material:

2.1.3. Técnica : De acuerdo a la patología del paciente se realiza una primera etapa de flujo sanguíneo. Se coloca al paciente en decúbito, se ubica la cámara gamma sobre la zona a estudiar, se inyecta en forma envovenosa 20-30 mCi del trazador en forma de bolo, adquiriendo simultáneamente imágenes en la computadora a razón de una imagen por segundo durante 1 minuto. El resultado de esta fase depende únicamente del aporte sanguíneo al área osteoarticular estudiada. Inmediatamente después de y con el paciente en la misma posición y sin moverse se obtiene una imagen estática de la zona, esta fase se denomina de “pool sanguíneo”. A las 4 horas de la inyección se realiza la adquisición de otra imagen estática, siendo denominada esta tercera fase gammagrafía tardía, cuyo resultado depende sobre todo de la actividad osteoblástica. En el caso de pacientes con posibilidad de muliplicidad lesional se efectúa un rastreo óseo corporal total. También se puede emplear la técnica de SPECT, que aumenta la definición de la zona a estudiar. Puede añadirse una cuarta fase retardada a las 24 horas, en el caso de sospecha de osteomielitis.

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2.1.4. Aplicaciones Clínicas: Tumores óseos benignos. • Osteoma osteoide: la gammagrafía es más sensible que la radiología en las localizaciones en columna vertebral, cuello de fémur, pie y muñeca, consistiendo los hallazgos en un aumento de la actividad en la fase de pool sanguíneo y una fijación incrementada en la imagen tardía. • Quistes óseos: la captación es normal o baja, pudiendo estar aumentada cuando existe una fractura complicando la lesión. • Fibroma no osificante: captación normal o mínima. Osteomielitis aguda: la gammagrafía ofrece signos positivos a las 24 horas del comienzo de los síntomas, con una sensibilidad del 65% al 91% con similar especificidad. En la osteomielitis aguda son positivas las 3 fases, siendo la hipercaptación tardía muy localizada. Dentro de la región hipercaptante puede existir una zona fría que es indicio de secuestro óseo. Osteomielitis crónica. Pie diabético: Abarca tres complicaciones, infección de partes blandas, infección osteoarticular y neuropatía diabética. La medicina nuclear puede colaborar en el diagnóstico diferencial entre infección de partes blandas y osteomielitis. En la celulitis hay 67 99m un área de captación de Ga mucho más extensa que la de MDP- Tc. Además, en la osteomielitis hay una captación ósea muy definida en las tres fases y en la gammagrafía de 24 horas, que en la celulitis suele no existir. Otra afección a distinguir es la neuroartropatía , la cual capta difosfonato intensamente. Enfermedades articulares. • Rastreo corporal total en artritis múltiple, por ejemplo: artritis reumatoidea, LES, espondilitis anquilosante. • Gammagrafía de ciertas articulaciones de diagnóstico difícil con otras técnicas: todas las de localizacón rizomiélica, tales como las sacroilíacas o las temporomaxilares. • En las gonartrosis es útil para valorar por separado la afección de cada compartimento. • En las articulaciones periféricas se utiliza la gammagrafía de tres fases, observándose en la sinovitis un aumento de actividad en las dos primeras fases. Fracturas: la gammagrafía está indicada cuando se sospecha de una fractura de estrés, hematoma subperióstico o cuando la tomografía computada es normal. La gammagrafía permite diagnosticar en los pacientes menores de 65 años, un 95% de las fracturas a las 24 horas y un 100% a las 72 horas. En personas mayores 65 años, el diagnóstico es posible en un 100% a la semana de producirse el traumatismo. Injertos óseos: para seguir la vitalidad del hueso injertado. Lesiones óseas primarias malignas: • Sarcoma de Ewing. • Sarcoma osteogénico. • Condrosarcoma. Lesiones óseas secundarias malignas: carcinoma de mama, próstata, pulmón y riñón. La gammagrafía ósea está indicada en pacientes oncológicos con dolor óseo inexplicable, aumento de la fosfatasa alcalinao elevados niveles de calcemia. También está indicada para seguimieto post-tratamiento quirúrgico, quimioterápico o radioterápico. Enfermedades metabólicas óseas: • Osteoporosis. • Osteomalasia. • Hiperparatiroidismo primario. • Hiperparatiroidismo secundario. • Enfermedad de Paget. Osteonecrosis del adulto. Enfermedad de Legg-Perthes-Calvé: es útil para la detección precoz y seguimiento evolutivo de la enfermedad.

FUESMEN - Area de Medicina Nuclear_________________________________________________8 Prótesis articulares: es útil para el diagnóstico diferencial de lsa complicaciones de implantación de prótesis, tanto de cadera como de rodilla.

FUESMEN - Area de Medicina Nuclear_________________________________________________9 2.1.5. Ejemplos:

Primera Fase: 1 imagen por segundo en rodillas anterior

Segunda Fase: Pool sanguíneo, rodillas, anterior.

Tercera Fase: rodillas, anterior.

FUESMEN - Area de Medicina Nuclear_________________________________________________10 Barrido corporal:

Barrido corporal en niño:

FUESMEN - Area de Medicina Nuclear_________________________________________________11 Barrido corporal anormal I:

Barrido corporal anormal II:

FUESMEN - Area de Medicina Nuclear_________________________________________________12 2.2. Perfusión Miocárdica con 201Tl 2.2.1. Radiofármaco: El Talio-201 es un análogo del potasio, con una vida media de 72 horas. La capacidad de extracción miocárdica se acerca al 85% y su distribución dentro del corazón está de acuerdo al flujo sanguíneo miocárdico regional y a la viabilidad de la célula miocárdica. Durante unos 5 a 10 minutos va aumentando la cantidad de Talio atrapado hasta que la concentración disminuye, invirtiéndose el gradiente, momento en el que comienza a salir de la célula en forma exponencial con un T/2 de 4 a 8 horas (wash-out). El test puede realizarse de modo de comparar la distribución del Talio en: • Reposo – Redistribución • Esfuerzo – Reposo • Dipiridamol – Reposo 2.2.2. Técnica Esfuerzo-Reposo: 1. El paciente se somete a un test ergométrico escaleriforme contínuo. 2. Sesenta segundos antes de detener la prueba se inyectan por vía endovenosa 2 mCi (4 mCi si es SPECT) de 201Tl. 3. Lavar la vía con 10 ml de solución fisiológica. 4. Inmediatamente después de terminar la ergometría se realizan básicamente tres imágenes de 480 seg. de duración cada una, en las siguientes posiciones: O.A.I., Anterior y Lateral Izquierda. Si es SPECT, se realiza la adquisición de las imágenes durante 30 minutos, en una órbita de 180º, desde -45º hasta 135º. 5. A las 4 horas, se cita nuevamente al paciente para realizar las imágenes de reposo cuidando de respetar las mismas posiciones y protocolo utilizado al finalizar el esfuerzo. 6. Si se determina la necesidad de reinyección, al finalizar las imágenes de reposo, se inyecta 1 mCi de 201Tl, se espera una hora y se repiten las imágenes. Tras el esfuerzo, el radiotrazador debe impregnar el miocardio de una manera homogénea. En los casos con necrosis, apreciaremos un área con menor captación del Talio en las imágenes de esfuerzo, sin variación en el tiempo de reposo. En los casos de isquemia se podrá observar en el segmento afectado, una captación disminuida en el esfuerzo, seguida de una redistribución positiva y un wash-out enlentecido. En todo paciente que por alguna razón no pueda realizar un esfuerzo físico adecuado, puede emplearse el dipiridamol como test alternativo al esfuerzo. Los efectos directos (taquicardia, cefalea, angor, etc.) desaparecen rápidamente tras la administración de aminofilina endovenosa. 2.2.3. Aplicaciones clínicas: Cardiopatía isquémica: Diagnóstico precoz. Confirmación y valoración completa del paciente anginoso. Evaluar la extensión en volúmenes y vasos de la afectación. Ayuda a establecer la indicación del miocárdico remanente en riesgo. En el infarto, permite la evaluación del miocardio en riesgo. Evaluación del resultado de la angioplastía coronaria. 201 Evaluación de viabilidad miocárdica con reinyección de 1 mCi de Talio. 2.3. Ventriculograma Radioisotópico 2.3.1. Radiofármaco:

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Es un método no invasivo, que permite el estudio de la función ventricular a partir de la marcación in vivo de glóbulos rojos con 99mTc. Para realizar esta marcación se inyectan en forma endovenosa de 10 a 20 mg. de cloruro estañoso por kilogramo de peso corporal. Al cabo de 15 a 20 minutos se inyectan de 30 mCi de solución de 99mTc- pertecneciato de Sodio. 2.2.2. Técnica: Además de brindar información del volumen ventricular, mediante la obtención de imágenes periódicas sincronizadas con el ciclo cardíaco, permite evaluar la motilidad parietal, la fracción de eyección, la frecuencia de contracción y relajación, la coordinación de la contracción y de la fase de llenado. Para medir la fracción de eyección (FE), se emplea la siguiente ecuación: FE = 100 ((AFD – AFS) / AFD) donde, AFD es la actividad de fin de diástole y AFS la actividad de fin de sístole. Se pueden realizar diferente s tipos de test: • • •

Reposo Prueba de esfue...