La gammacámara
La gammacámara está formada por una serie de componentes diferentes, que aíslan, amplifican, detectan y muestran las intensidades de los fotones gamma emitidos por los trazadores médicos en el tejido situado bajo la cámara. Sus requisitos son muy distintos de los de una cámara fotográfica. Mientras que una cámara típica necesita medir la longitud de onda (color) y la intensidad de la luz visible en la imagen, recibe muchos miles de fotones por píxel para recopilar esta información. La cámara gamma no necesita medir la longitud de onda de los fotones, pero debe ser extremadamente sensible y capaz de detectar las llegadas individuales de fotones gamma.
La medición de la intensidad de la radiación gamma muestra la concentración de radiofármaco en el tejido, lo que indica cómo está procesando el organismo el compuesto y permite diagnosticar su función. Este tipo de exploración se conoce como gammagrafía. Las cámaras gamma tienen aplicaciones tanto como escáner portátil como componente detector de máquinas de gammagrafía más grandes.
Para entender cómo funciona la gammacámara, seguiremos cada etapadelviaje de un fotón gamma desde el radiofármaco en el cuerpo hasta la visualización de una imagen en el ordenador.
- El radiofármaco o trazador médico es procesado por el cuerpo y se concentra en determinados lugares, dependiendo de cómo transporte el cuerpo el compuesto. El trazador emite fotones gamma en todas direcciones, y la intensidad de emisión es proporcional a la concentración de radiofármaco en esa zona.
- Los fotones que viajan hacia la gammacámara se encuentran primero con el colimador. La función de este componente es permitir que pasen sólo los fotones que viajan paralelos al eje de la cámara. Esto es necesario porque la cámara sólo produce una imagen de la región situada directamente debajo de ella. Si se permitiera el paso de fotones fuera del eje, no habría forma de determinar dónde se originaron, lo que reduciría la precisión de la imagen. El colimador consiste en una rejilla en forma de panal de finos tubos de plomo. Esto significa que los fotones que viajan a lo largo del eje de la cámara pasarán a través de los tubos, mientras que un fotón fuera del eje golpeará el lateral de un tubo y será absorbido.
- Tras atravesar el colimador, los fotones llegan a la capa de centelleo. Se trata de un componente que absorbe un único fotón gamma de alta energía y emite miles de fotones de luz visible de menor energía. La probabilidad de que un fotón gamma interactúe con el centelleador para producir este efecto es de aproximadamente 1 entre 10, lo que significa que el 90% de los fotones gamma no son detectados por la cámara. Hay varios materiales de los que se puede fabricar el centelleador, siendo el más común el yoduro de sodio.
- Los fotones de luz visible emitidos por el centelleador pasan a través de una guía de luz a los tubos fotomultiplicadores(PMT). La función de estos tubos es convertir los fotones de luz visible en un impulso eléctrico proporcional a su intensidad. Los detalles de cómo se consigue esto se tratan más adelante. Los PMT están dispuestos en una rejilla hexagonal, y la salida de impulsos eléctricos de cada uno de ellos está conectada a un ordenador. Un programa informático procesa las llegadas de pulsos eléctricos para calcular las posiciones de impacto de los fotones en la capa de centelleo. Estas posiciones de impacto se utilizan después para producir una representación de alta calidad de las concentraciones del trazador médico en el cuerpo del paciente.
Una diferencia clave entre las técnicas de imagen de rayos X y la imagen de una gammacámara es que, mientras que los rayos X se utilizan para ver la anatomía corporal, la gammacámara se utiliza para ver la función y los procesos corporales.
Tubos fotomultiplicadores
Los PMT son una parte fundamental de la gammacámara responsable de convertir los fotones que indican una colisión de fotones gamma en una señal eléctrica que puede procesar un ordenador. El requisito fundamental de los PMT es amplificar las señales de llegada de un solo fotón para que puedan detectarse con fiabilidad.
Un fotón incide en un fotocátodo, que absorbe el fotón y expulsa sólo un "fotoelectrón". Los materiales habituales de los fotocátodos son películas de metales alcalinos, como el bromuro de potasio (KBr), el yoduro de cesio (ScI) y el telururo de rubidio (RbTe).
El electrón se acelera hacia el primer dinodo (electrodo), que se mantiene a un potencial de +100V. Esto acelera el electrón a gran velocidad, y la colisión con el primer dinodo produce una media de cuatro electrones secundarios. A continuación, éstos se aceleran hasta el segundo dinodo, que se mantiene a un potencial más elevado, y que, al chocar, produce otros cuatro electrones secundarios. Este proceso se repite en cada dinodo sucesivo, multiplicándose cada vez por cuatro el número de electrones.
Podemos ver que para el tubo de 9 dinodos mostrado en la Figura 2, un fotón incidente daría lugar a la generación de 262.144 electrones en el ánodo.
\(4^9 = 262144\)
La acumulación de electrones en el ánodo fluye a través de una resistencia para producir una señal de impulso de tensión, que indica la detección de un fotón.
Radiofármacos
La gammacámara permite diagnosticar a los pacientes observando cómo procesa el organismo los compuestos radiofarmacéuticos trazadores médicos. Se trata de radioisótopos combinados con otra molécula, como la glucosa, que el organismo transporta. Las fuentes emisoras de rayos gamma son ideales para esta aplicación, ya que este tipo de radiación es menos ionizante que la alfa o la beta, y los fotones de alta energía pueden atravesar el cuerpo para ser detectados externamente. También es importante seleccionar un isótopo con una semivida relativamente corta, ya que esto garantiza que la fuente sea muy activa, lo que significa que se necesita menos tiempo, y que la sustancia decaiga rápidamente tras el procedimiento, reduciendo la duración de la exposición del paciente.
Un radioisótopo de uso común es el Tecnecio-99m, que emite un fotón gamma con una semivida de seis horas y puede utilizarse para obtener imágenes de muchos órganos importantes del cuerpo. Este isótopo se produce por la desintegración natural del molibdeno-99. El isótopo Mo-99 tiene una semivida de 67 horas y decae por emisión beta-minus para formar un núcleo de Tc-99m.
\(^{99}_{42}Mo \xrightarrow{67h} ^{99m}_{43}Tc + ^{0}_{-1}e + \bar{V_e} \6,0h. ^{99}_{43} Tc + \gamma \xrightarrow {210.000 años} ^{99}_{44}e ^{99}_{44} Ru + ^{0}_{-1}e+ \bar{V_e})
La "m" en Tc-99m indica un núcleo "metaestable", que permanece en un estado de mayor energía que el núcleo estable durante más tiempo del esperado. El Tc-99m pierde esta energía mediante la emisión de un fotón gamma con una energía de exactamente 140keV y una vida media de 6 horas. En su estado estable de Tc-99, el isótopo tiene una vida media de 210.000 años.
Un trazador médico basado en el Tc-99m es el NaTcO4, que es un compuesto inorgánico fabricado combinando químicamente TC-99m con sodio y oxígeno. Este compuesto es transportado al cerebro cuando se inyecta en el cuerpo, lo que permite utilizar una gammacámara para observar cómo el cuerpo de un paciente lleva los compuestos al cerebro.
A continuación se resumen otros tipos de exploraciones que pueden realizarse con radiofármacos de Tc-99m.
Radiofármaco | Aplicación de la gammagrafía |
Pertecnetato de sodio((NaTcO_4)\) | Cerebro (principalmente tiroides), glándulas salivares, vejiga urinaria |
Metil difosfonato de tecnecio-99m((Tc -99m \space MDP)\) | Metástasis ósea, cáncer |
Technetium tetrofosmin\((C_{36}H_{80}O_{10}P_{4}Tc)\) | Corazón |
Cámara gamma - Puntos clave
- Las técnicas de obtención de imágenes con radionúclidos utilizan una gammacámara como detector sensible para ver la intensidad de la radiación gamma emitida por el tejido situado bajo la cámara.
- El colimador garantiza que sólo se detecten los fotones gamma que viajan paralelos al eje de la cámara. Esto es importante para la precisión, ya que permite conocer el lugar de emisión del fotón.
- El centelleador y la guía de luz convierten un único fotón gamma en miles de fotones de luz visible que pasan a los PMT. El material de centelleo más común es el yoduro sódico.
- Los tubos fotomultiplicadores (PMT) amplifican la señal de los fotones de luz visible en un impulso eléctrico, que puede registrar un ordenador. La ubicación del impacto del fotón en el centelleador puede calcularse utilizando las señales de la matriz de PMT.
- Las ubicaciones de impacto de los fotones se procesan para producir una representación de las concentraciones de radiofármacos en el tejido situado bajo la cámara.
- El radioisótopo más utilizado en los trazadores médicos es el Tecnecio-99m, que emite radiación gamma con una semivida de 6 horas.
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