Cómo funciona el cuerpo humano - AMC · 2016-07-29 · Una vez producido, el elemento radiactivo se une a un compuesto químico o molécula que sea afín a cierto tejido. Pueden

La física en medicina

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Con el avance de la tecnología,se han desarrollado paulatinamen-te sistemas de imagenología (ob-tención de imágenes) más com-plejos, que utilizan rayos X comofuente de radiación, tales como laangiografía digital, que permite la visualización de arterias o venasdel sistema circulatorio, o la to-mografía axial computarizada, queproduce imágenes de secciones pla-

nas del cuerpo, conocidas como imágenes tomográficas.La principal característica de estas técnicas de diagnóstico

consiste en que pueden detectar cambios anatómicos o estruc-turales producidos por ciertas enfermedades. Sin embargo, lasenfermedades también pueden alterar los procesos metabólicosy funcionales de los tejidos y órganos, y estos cambios puedenocurrir antes de que se presenten modificaciones anatómicasdetectables. Estas alteraciones funcionales no pueden serdetectadas con las técnicas tradicionales ya mencionadas.

El descubrimiento de la radiactividad natural a principios de1896, por Henri Becquerel, y el trabajo posterior realizado porPierre y Marie Curie, dieron lugar a otra aplicación importan-te de las radiaciones en la medicina. El uso inmediato de fuen-tes radiactivas se limitó al tratamiento y control de enferme-d a -des porque los elementos radiactivos descubiertos no eran ade-cuados para ser utilizados en el diagnóstico. La medicina nucle-ar molecular, como se conoce hoy en día, es decir, la espe-cialidad médica en que se hace uso de fuentes radiactivas para

INTRODUCCIÓN

a medicina nuclear molecular es unaespecialidad médica relativamentenueva comparada con las que utilizanrayos X para el diagnóstico y el trata-

miento de enfermedades. La radiografía con-vencional fue la primera técnica no invasiva,desarrollada después del descubrimiento de losrayos X por Wilhelm Conrad Röntgen en 1895(Röntgen, 1895), para obtener imágenes bidi-mensionales del interior del cuerpo humano.Este desarrollo representó en su momento ungran avance en el campo de la medicina. Estatécnica proporciona información sobre laanatomía del cuerpo humano, y es útil en situaciones muy diversas, como la visualiza-ción de fracturas en huesos o la detección detuberculosis pulmonar.

La tomografía por emisión de positrones esuna poderosa herramienta para estudiar pará-metros funcionales en el cuerpo humano, comoespecificar la ubicación de neurorreceptores ohacer “mapeos” de las funciones cerebrales.

Mercedes Rodríguez Villafuerte y Miguel Ángel Ávila Rodríguez

Cómo funciona el cuerpo humano

Tomografía por emisión de positrones

L


m e r

e s t u -

dio en el que se utilizaron elementos radiacti-vos que emitían positrones, y mencionaban lap o s i -bilidad de utilizarlos en medicina (Wrenn etal., 1951). Estos investigadores mostraron lacapacidad que representaba el uso de emisoresde positrones, pero su aplicación se limitaba ala producción de imágenes bidimensionales,sin producir aún imágenes tomográficas. Lasherramientas matemáticas para producir estetipo de imágenes existían desde tiempo atrás,pues los algoritmos matemáticos para la re-construcción de imágenes tomográficas fue-ron desarrollados en 1917 por Johann Radon

el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, se desarrolló ple-namente después de la segunda Guerra Mundial, una vez quefue posible producir artificialmente elementos radiactivos encantidades suficientes y con las características adecuadas parapoder ser utilizados ampliamente en la medicina.

Existen diferentes modalidades de la medicina nuclear mo-lecular para el diagnóstico de enfermedades. Su denomina-dor común es su potencial científico para estudiar los procesosmetabólicos o funcionales de tejidos u órganos del cuerpo hu-mano. La tomografía por emisión de positrones (conocida tam-bién como PET, positron emission tomography) es una moda-lidad de la medicina nuclear molecular que utiliza elementosradiactivos que emiten positrones para obtener imágenes bidi-mensionales y tridimensionales de la distribución de moléculasradiactivas dentro del cuerpo humano.

El positrón es la antipartícula del electrón: tiene la mismamasa y su carga eléctrica es igual, pero con signo positivo. Elpotencial que ofrece la tomografía por emisión de positrones esmuy grande, ya que permite estudiar procesos bioquímicos yfuncionales del cuerpo humano, y hace posible detectar cam-bios tempranos en la fisiología producidos por alguna enfer-medad, aun antes de que se presenten los primeros síntomas ode que aparezcan alteraciones anatómicas. Algunas de las vir-tudes de la tomografía por emisión de positrones son su facul-tad para medir el flujo sanguíneo, el metabolismo del oxígeno,la síntesis de proteínas, la actividad enzimática, el metabolismode glucosa y la densidad de receptores, y para caracterizar enfer-medades a nivel molecular, entre otras.

En este artículo se revisarán los conceptos físicos asociadosa la tomografía por emisión de positrones, así como sus aplica-ciones para el diagnóstico de enfermedades.

UN POCO DE HISTORIA

La tomografía por emisión de positrones se desarrolló gracias auna serie de acontecimientos históricos importantes ocurridosdesde finales del siglo XIX. Como ya se mencionó, el descu-brimiento de la radiactividad natural fue el primer gran paso parael surgimiento de la aplicación de fuentes radiactivas en la me-dicina. Sin embargo, el positrón no aparece en esta historia sinohasta 1928, cuando Paul Dirac predijo en un trabajo teórico laexistencia de esta partícula. La primera observación experi-mental del positrón fue reportada por Carl David Anderson en1932 (Anderson, 1932). Casi dos décadas después del trabajo de Anderson, Wrenn y colaboradores publicaron en 1951 el pri-

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La tomografía por emisiónde positrones permite

estudiar procesosbioquímicos y funcionales

del cuerpo humano


(Radon, 1917). El año de 1971 marcó indu-dablemente un gran acontecimiento en la historia de la medicina, pues fue cuando se realizó el primer es-tudio clínico con tomografía axial computarizada en el hos-pital Atkinson Morley, en Inglaterra (Webb, 1990). El anun-cio oficial del primer escáner comercial de tomografía axial

computarizada se hizo en el Instituto Británico de Ra-diología un año después (Hounsfield, 1973). El desarro-llo de la tomografía por emisión de positrones se trasla-pó enormemente con el de la tomografía axialcomputarizada, y no es sorprendente que esta técnicahaya aparecido, como la conocemos hoy, en 1974 y fue-ra reportada un año después (Phelps et al., 1975). Laaparición casi simultánea de estas técnicas de diagnósti-co se debe en gran parte a los avances tecnológicos de laépoca: la posibilidad de utilizar computadoras suficien-temente rápidas para el almacenamiento y procesamien-to de los datos, así como para la reconstrucción de lasimágenes tomográficas, fue el punto clave para su desa-rrollo.

¿QUÉ ES EL DECAIMIENTO β+?

Toda la materia está constituida por átomos. Cada átomoconsta de un núcleo muy denso de aproximadamenteuna billonésima de milímetro (10–15 metros) de radio y una“nube” de electrones que viajan en órbitas alrededor delnúcleo, con radios de aproximadamente una diezmillo-

nésima de milímetro (10–10 metros). Los núcleos atómicos estánformados a su vez de protones y neutrones. Todos los elementosdel átomo están en movimiento continuo, dando lugar a queexistan diferentes niveles de energía permitidos. Todos los átomostienden a mantenerse en su estado de mínima energía.

Cuando el átomo tiene exceso de energía, ésta es liberada através de procesos conocidos como decaimientos radiactivos. Eldecaimiento β+, también llamado decaimiento por emisión depositrones, es un proceso en el cual el núcleo emite un positróny una partícula neutra conocida como neutrino. Este decaimien-to puede entenderse fácilmente en términos de la transforma-ción de un protón (p) del núcleo en un neutrón (n) más unpositrón (β+) y un neutrino (ν), en cuyo caso se puede escribirla siguiente reacción:

p n + ß+ + ν


Cuando el átomo tieneexceso de energía, ésta

se libera a través de procesos conocidos

como decaimientos radiacti-vos

Figura 1. Proceso del decaimiento del carbono-11, elcual se transforma en boro-11 mediante la emisión deun positrón y de un neutrino.

C11

6

11

5

ν

B

β+

▲



puede apreciarse, el tiempo promedio requeri-do para que la can-tidad de una muestra radiactiva disminuya a lamitad (es decir, la vida media) de los elementosradiactivos emisores de positrones puede serdesde minutos hasta horas, por lo que es im-prescindible realizar los estudios en la cercaníade un ciclotrón.

PRODUCCIÓN DEL RADIOFÁRMACO

Una vez producido, el elemento radiactivo seune a un compuesto químico o molécula quesea afín a cierto tejido. Pueden usarse com-puestos similares a la glucosa, al agua, al amo-níaco y a ciertas drogas. Al proceso de unir elelemento radiactivo al compuesto se le deno-

El decaimiento radiactivo libera energía, que se utiliza para po-ner en movimiento al positrón y al neutrino. Los núcleos ines-t a -bles con exceso de protones decaen comúnmente por emisión depositrones. En este proceso, la carga neta del núcleo disminuye,pues pierde un protón. Uno de estos ejemplos se muestra en laFigura 1.

PRODUCCIÓN DE ELEMENTOS RADIACTIVOSEMISORES DE POSITRONES

Crear un elemento radiactivo significa, en general, transformarel núcleo de un elemento estable en otro núcleo inestable, através de un proceso de “bombardeo” con partículas pesadascomo neutrones o protones. El núcleo puede absorber la partí-cula incidente y emitir su exceso de energía como radiaciónelectromagnética, o como neutrones, protones o partículas máspesadas. Para producir tales reacciones con partículas cargadas,es necesario acelerar las partículas incidentes a altas velocida-des para superar la fuerza de repulsión eléctrica con que elnúcleo las repele.

Los positrones pueden provenir de distintas fuentes. Sinembargo, en tomografía por emisión de positrones generalmen-te son producto del decaimiento radiactivo de un elemento ra-diactivo. Los elementos radiactivos que emiten positrones soncomúnmente producidos en aceleradores de partículas llama-dos ciclotrones, bombardeando núcleos estables con protones.Por ejemplo, el emisor de positrones flúor-18 (compuesto por 9 protones y 9 neutrones, y representado como 18F) se obtienebombardeando el núcleo de oxígeno-18 (compuesto de 8 pro-tones y 10 neutrones, 18O) con unhaz de protones. El oxíge-no-18 captura un protón y emiteun neutrón, convirtiéndose enflúor-18. Este proceso se puede re-presentar de la siguiente manera:

18 O + p 18F + n

En la Tabla 1 se presentan algu-nas de las propiedades de los ele-mentos radiactivos más importan-tes que se utilizan en tomografíapor emisión de positrones. Como

Uno de los radiofármacosmás importantes

en tomografía por emisiónde positrones es la fluorodeoxiglucosa

TABLA 1. CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOS RADIACTIVOSEMISORES DE POSITRONES MÁS UTILIZADOS EN TOMOGRAFÍA

POR EMISIÓN DE POSITRONES

Vida media Energía promedio Alcance promedioRadionúclido (minutos) (MeV*) en agua (mm)

11C 20.4 0.39 1.113N 9.96 0.49 1.515O 2.05 0.74 2.518F 109.8 0.25 0.6

*El electrón-volt, eV, es una unidad de energía y se define como aquella que adquiere unelectrón al atravesar una diferencia de potencial de un volt, en el vacío. Por comparación, la luztiene asociada una energía de aproximadamente 4 eV. Un MeV es un millón de electrón-volts.

▲


mina “marcado”, ya que al compuesto se le añade una “etique-ta”. El compuesto químico marcado también es conocido como“ r a d i o -fármaco” o “radiomolécula”. Como puede verse en la Tabla 1, selistan núcleos radiactivos del carbono, del nitrógeno y del oxígeno, así como del flúor.Cualquier molécula de interés biológico puede ser potencial-mente marcada utilizando uno de estos elementos radiactivos,sin alterar sus propiedades químicas. En esto radica la capacidadde la tomografía por emisión de positrones para estudiar las pro-piedades metabólicas del cuerpo humano.

Uno de los radiofármacos más importantes que se utilizanen tomografía por emisión de positrones es la fluorodeoxigluco-sa, es decir glucosa marcada con flúor-18. La estructura de lafluorodeoxiglucosa es similar a la de la glucosa, el azúcar que es

el combustible más común de las células, lo cualpermite que sea utilizada para identificar tejidosque están consumiendo más energía que otros.Una vez inyectada, la fluorodeoxiglucosa se distri-buye por todas las células del organismo, pero se concentra donde el metabolismo celular esté au-mentado. Este hecho permite estudiar cualquierórgano o teji-do con aumento de metabolismo de glucosa, seanormal, como el cerebro, o patológico, como lostumores, ya que las células cancerosas consumenmás glucosa que las células normales. La fluoro-deoxiglucosa se usa para hacer estudios fisiológicosmuy variados, por ejemplo, de memoria o de per-cepción, así como para detectar y diagnosticar va-rios tipos de tumores y otros tipos de enfermedades

del cerebro u otras partes del cuerpo.

LA ANIQUILACIÓN DEL POSITRÓN

Como ya se mencionó previamente, el positrón es la antipartícula del electrón, tiene la misma masa y su carga eléctrica es igual, pero con signo positivo.Cuando el positrón es emitido, pierde energía en el medio, has-ta que finalmente se encuentra con algún electrón libre y for-ma un sistema parecido al átomo de hidrógeno, denominadopositronio. A continuación, el positronio se aniquila y se con-vierte en dos fotones con energías de 511 keV que viajan ensentidos opuestos, como se muestra en la Figura 2.

Si estos fotones son detectados en un intervalo de tiempo de


Figura 2. Cuando viaja un positrón, pierde energía enel medio hasta que se encuentra con un electrón libre,éste se aniquila y produce dos fotones.

Las células cancerosasconsumen más glucosa

que las células normales

β+

β+

e–

511 keV

511 keV

Positronio

180°


aproximadamente 9 nanosegundos (es decir ¡9 milmilloné-simas de segundo!) se puede determinar la última posición delpositrón dentro del paciente antes de su aniquilación. Dadoque el intervalo de tiempo utilizado es extremadamente peque-ño, se dice que la detección ocurre “en coincidencia”. Este pro-ceso es la base de la tomografía por emisión de positrones paraconocer la distribución del radiofármaco dentro del paciente.La Figura 3 muestra la geometría que se utiliza en el escáner detomografía por emisión de positrones para la detección encoincidencia.

Una característica importante de los positrones emitidos esque su energía debe ser pequeña, para que no recorran una dis-tancia grande dentro del medio antes de aniquilarse. El objeti-vo de la tomografía por emisión de positrones consiste en pro-porcionar información sobre la concentración y distribuciónespacial del radiofármaco en los tejidos. Esto significa deter-minar el sitio en donde ocurrieron los decaimientos, lo cual sehace indirectamente al determinar las posiciones en que ocu-rrieron las aniquilaciones. Si los positrones recorren una distan-cia grande antes de aniquilarse, puede haber una separaciónimportante entre el sitio de decaimiento y el de aniquilación, locual afecta la posibilidad de obtener información relevante de laimagen reconstruida. La distancia común que recorren los posi-trones antes de aniquilarse se conoce como alcance promedio, elcual depende de su energía, y suele ser de unos cuantos milí-metros (véase la Tabla 1).

EL SISTEMA DE DETECCIÓN

El sistema de detección, representado en la Figura 4, consisteen un conjunto de cristales centelladores acoplados a tubosfotomultiplicadores. Los elementos cristal-tubo fotomultiplica-dor se acomodan formando anillos, como se muestra en la Fi-gura 3. Los cristales convierten la energía depositada por losfotones de 511 keV en luz, y esta luz es convertida a su vez enuna señal eléctrica por los fotomultiplicadores, al mismo tiem-po que es amplificada hasta un millón de veces.

Posteriormente, estaseñal es procesada por unsistema electrónico muycomplejo y enviada a unacomputadora para su proce-samiento posterior. Lasseñales generadas por crista-les opuestos son aceptadas


Figura 3. Detección en coincidencia de los fotones deaniquilación.

Figura 4. Elementos básicos del sistema de detecciónde tomografía por emisión de positrones.

La distancia común querecorren los positronesantes de aniquilarse

se conoce comoalcance promedio

¿Se detectaron en coincidencia?

Registra la señal

Sí

Cristal centellador

Fotón de 511 keV

Tubo fotomultiplicador

Señal eléctrica


su dirección y energía, y se detectaron en coincidencia, Figura5c) (Cherry, 1994). Los diferentes tipos de coincidencias sepresentan en la Figura 5. El sistema de detección también debeser capaz de: a) localizar con muy alta precisión la posi-ción en donde ocurrió la aniquilación, para poder distinguirobjetos muy pequeños (es decir, asegurar una alta resolución),b) tener alta capacidad de conteo, para obtener imágenes de al-ta calidad en poco tiempo, y c) utilizar una cantidad de radio-fármaco lo más pequeña posible.

Finalmente, todo el sistema del escáner tiene que estar con-

trolado por una computadora, la cual también almacena los da-tos registrados y los procesa para reconstruir la imagen. Los algoritmos de reconstrucción para producir imágenes tomográ-ficas pueden ser muy complejos. Los más novedosos realizan la reconstrucción en tres dimensiones, pero normalmente re-quieren tiempos mucho más largos que los que generan imáge-nes bidimensionales.

En términos más técnicos, se dice que un buen escáner detomografía por emisión de positrones debe cumplir las siguien-tes características (Moses et al., 1994): a) detectar fotones de511 keV con una eficacia de más del 85%, b) distinguir objetosde por lo menos 5 mm de tamaño, c) poder registrar fotones individuales que arriben al cristal con diferencias de por lomenos 4 microsegundos, d) distinguir fotones de diferente ener-gía para poder rechazar las señales de los que se dispersaron en el paciente, y e) ser barato.

Actualmente, un escáner para tomografía por emisión depositrones puede tener cerca de 18 mil cristales acomodadosalrededor de un cilindro. Se pueden monitorear simultánea-

como “verdaderas” sólo si se detectan en coin-cidencia.

Con un escáner de tomografía por emisiónde positrones se deben detectar tantos pares defotones de 511 keV como sea posible, y al mis-mo tiempo discriminar las coincidencias alea-torias (fotones provenientes de dos aniquila-ciones en lugares diferentes detectados encoincidencia, Figura 5b), o de dispersión (fo-tones dispersados en el paciente, cambiaron


Figura 5. Diferentes tipos de coincidencias que puedenproducir una señal si el par de fotones llega a losdetectores dentro de la ventana de coincidencia.

a. Coincidencias verdaderas b. Coincidencias aleatorias c. Coincidencias de dispersión

Un escáner para tomografíapor emisión de positrones

puede tener cercade 18 mil cristales

acomodados alrededorde un cilindro


mente hasta 30 millones de líneas de coincidencia en un cam-po de vista de 80 cm de diámetro y 15 cm de altura, y tambiénse pueden producir entre 30 y 60 imágenes tomográficas al mismo tiempo con una resolución espacial de entre 4 y 5 milí-metros.

LA TOMOGRAFÍA POR EMISIÓN DE POSITRONES, EN RESUMEN

Una vez que hemos descrito los fundamentos y los compo-nentes de la tomografía por emisión depositrones, podemos resumir los pasospara obtener la imagen tomográfica,que se muestran en la Figura 6 y se enu-meran a continuación:

1. Se produce un elemento radiacti-vo emisor de positrones en un ciclo-trón o en un generador.

2. El elemento radiactivo produci-do se une a un compuesto químico pa-ra producir una radiomolécula.

3. Se administra una dosis apropia-da de la radiomolécula al paciente, yasea por inyección o por inhalación.

4. Una vez que la radiomolécula seha concentrado en la región que se quie-re estudiar, se recaban los datos en el es-cáner o en la cámara de tomografía poremisión de positrones.

5. Se aplican algoritmos matemá-ticos a los datos adquiridos para recons-truir las imágenes tomográficas.

6. Finalmente, se interpretan los resultados bidimensionaleso tridimen-sionales que fueron procesados.

APLICACIONES CLÍNICAS

La tomografía por emisión de posi-trones se ha utilizado como una poderosa herramienta de inves-tigación para estudiar parámetros funcionales en el cuerpo hu-mano, por ejemplo, para cuantificar o especificar la ubicaciónde neurorreceptores o para hacer “mapeos” de las funciones cerebrales. Actualmente,


Figura 6. Pasos por seguir en la tomografía poremisión de positrones, desde la producción del ele-mento radiactivo hasta la obtención de la imagen.

Áreas de la medicina másbeneficiadas con

la tomografía por emisiónde positrones: oncología,neurología y cardiología

Ciclotrón

Marcado del fármaco

Inyección del radiofármaco al paciente

Escáner

Reconstrucción e interpretación de la imagen

Adquisición de los datos


la tomografía por emisión de positrones tiene múltiples aplica-ciones clínicas y probablemente tendrá muchas más en el futuro.Son tres las áreas de la medicina que se han visto mayormentebeneficiadas con la tomografía por emisión de positrones: laoncología, la neurología y la cardiología.

Es importante mencionar que el gran avance obtenido enlos años más recientes también se ha debido al desarrollo de al-goritmos matemáticos para la fusión de imágenes de diferentesmodalidades, por ejemplo, la fusión de imágenes de tomografíaaxial computarizada o de resonancia magnética con las detomografía por emisión de positrones. La información que sepuede obtener por la fusión de imágenes ha mostrado sermucho más útil que cada una de las técnicas por separado, yaque de la misma imagen se puede obtener información anató-

mica y metabólica de manera simultánea.La Figura 7 muestra cortes tomográficos del cerebro obte-

nidos por resonancia magnética y por tomografía por emisiónde positrones, así como la fusión de estas dos últimas, de unpaciente con epilepsia. En este ejemplo, la imagen de resonan-cia magnética es mostrada en una escala convencional de gri-ses, y da información sobre la anatomía del cerebro del pa-ciente. El corte tomográfico logrado con tomografía poremisión de positrones, en el mismo nivel que la imagen de re-sonancia, muestra el metabolismo de la glucosa en el cerebrode dicho paciente. La imagen se representa en una escala con-vencional de varios colores, que permite distinguir las áreasdel cerebro que captan más radiofármaco (en rojo) de aquellasque captan menos (en azul). La fusión de imágenes ayuda a de-terminar con precisión qué estructura(s) del cerebro está(n)


El gran avance obtenidoen los años más recientes

también se debeal desarrollo de algoritmosmatemáticos para la fusión

de imágenes

Resonancia magnética Tomografía por emisión de positrones Fusión

Figura 7. Fusión de imágenes de resonancia magnéti-ca y tomografía por emisión de positrones. (Cortesíadel Centro PET Complutense de Madrid, España.)


cias adictivas. Una aplicación muy interesan-te de la tomografía por emisión de positronesen neurología es el estudio del funcionamien-to del cerebro. Con esta técnica ha sido posi-ble determinar qué regiones del cerebro estánencargadas de controlar determinado tipo deacción, desde movimientos de los dedos, vi-sualización de colores y formas, percepción demúsica o hasta la realización de operacionesmatemáticas. De esta manera, se ha ampliadonuestro conocimiento de cómo funciona elcerebro humano, la computadora más com-pleja y elaborada del universo.

En la Figura 9 se muestran imágenes del ce-rebro obtenidas de un sujeto normal, compa-radas con las obtenidas de un sujeto con enfer-

funcionando de manera normal y cuál o cuáles de maneraanormal. En este paciente se aprecia hipometabolismo anor-mal en uno de los lóbulos temporales, mientras que la anato-mía es normal.

Algunas aplicaciones en el área de la oncología en las que latomografía por emisión de positrones ha demostrado ser extre-madamente útil son la determinación de si un tumor es malig-no o benigno, el grado de malignidad, la detección precoz de tumores primarios o de metástasis (tumores secundarios), la va-loración de la respuesta de los tratamientos a los tumores (ciru-gía, radioterapia o quimioterapia) e inclusive la planifica-ción de tratamientos en radioterapia. La Figura 8 muestra imá-genes de tomografía por emisión de positrones obtenidas confluorodeoxiglucosa de un paciente con un tipo de cáncer del sis-tema linfático (conocido como linfoma) antes y después de untratamiento médico. En estas imágenes, las regiones oscuras

indican alta concentración de la radiomolécula. En la Figura 8a(antes del tratamiento) se puede observar alta concentraciónde la radio molécula no sólo en la vejiga, el hígado, el bazo, elcorazón y los riñones (lo cual es normal, ya que la radiomo-lécula se elimina por vía urinaria), sino que también se observacierta concentración anormal en varios de los ganglios linfáti-cos abdominales y torácicos. En la Figura 8b puede apreciarseque la concentración anormal de la radiomolécula en los gan-glios linfáticos ha desaparecido, lo cual indica que el tratamien-to fue exitoso.

En neurología, la tomografía por emisión de positrones seha utilizado extensivamente para estudiar desórdenes cerebra-les vasculares, del movimiento (por ejemplo, Parkinson), de-mencias (por ejemplo, Alzheimer), epilepsias o inclusive elefecto que causa el abuso de alcohol, la cocaína y otras sustan-


Figura 8. Imágenes de tomografía por emisión depositrones con fluorodeoxiglucosa de un paciente conlinfoma, a. antes del tratamiento, b. después del trata-miento. http://www.cti-pet.com/case_studies/exact/lymphoma.html.

Una aplicación muy intere-sante de esta

técnica en neurología es el estudio

del funcionamientodel cerebro

a b


medad de Parkinson. Allí se puede ob-servar la absorción de fluoro-L-dopa (unprecursor de dopamina) en una escala decolores: el color rojo indica mayor absor-ción, y el azul menor absorción. Sin do-pamina, las neuronas no puedentransmitir las señales de control de losmovimientos a los centros motores delcerebro. Las imágenes denotan mayorconcentración de la radiomolécula enlas regiones del cerebro relacionadas conel control de los movimientos motoresen el sujeto normal. En las imágenes delsujeto con enfermedad de Parkinson seaprecia baja concentración de la radiomolécula antes de recibir tratamien-to, pero resulta evidente que después deltratamiento hay determinado aumentoen la captación de dopamina en las regio-nes cerebrales del mismo paciente.

En cardiología, la tomografía poremisión de positrones se ha utilizado para revelar la existenciade enfermedades coronarias y de anormalidades del flujo san-guíneo, así como para cuantificar la extensión de algunas en-fermedades cardiacas, determinar la presencia de tejido muer-

to (necrosis) en el músculo cardiaco, e inclusive señalarcuándo es apropiado un trasplante de corazón. La Figura 10muestra un estudio de tomografía por emisión de positrones deun mismo sujeto, estudio en el que se utilizaron diferentes ra-diomoléculas para analizar el


Figura 10. Imágenes tomográficas por emisión depositrones del músculo cardiaco, a. estudio de flu-jo sanguíneo, b. estudio metabólico. (Cortesía dela Universidad de California, Los Ángeles.)

Figura 9. Imágenes de tomografía por emisión de po-sitrones de sujetos sin la enfermedad de Parkinson ycon ella. (Cortesía de la Universidad de California, LosÁngeles.)

SUJETO NORMAL

SUJETO CONENFERMEDAD

DE PARKINSON

Antes del tratamiento

Después del tratamiento

a

b



manuscrito, así como por sus invaluables suge-rencias.

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flujo sanguíneo y el metabolismo del músculo cardiaco. Estaevaluación revela que el flujo sanguíneo está marcadamentereducido en una gran extensión del corazón (véanse las flechasen las figuras 10a), pero el metabolismo se mantiene (figuras10b). Ya que el estudio metabólico indica que el músculo car-diaco está aún vivo, para este paciente no es necesario un tras-plante de corazón; sin embargo, requiere cirugía para corregirel flujo sanguíneo. Este tipo de valoración es considerada ac-tualmente el “estándar de oro” para seleccionar a los candida-tos para trasplante cardiaco.

COMENTARIOS ADICIONALES

Los elementos radiactivos que emiten positrones tienen vidasmedias muy cortas, por lo que los estudios de tomografía poremisión de positrones tienen que realizarse en las cercanías deun ciclotrón. Además de esto, el escáner de tomografía poremisión de positrones es un sistema muy complicado que requiere elementos de gran calidad, técnica electrónica muycompleja y algoritmos matemáticos suficientemente preci-sos y rápidos para la reconstrucción de la imagen, así como unsistema de almacenaje de datos de gran capacidad y confia-ble eficacia para su acceso. Todo esto hace que los sistemas detomografía por emisión de positrones (ciclotrón-escáner) seanen la actualidad muy caros, por lo que las aplicaciones en la rutina hospitalaria están claramente concentradas en los paísesindustrializados. Por ejemplo, hay alrededor de 140 centros detomografía por emisión de positrones en los Estados Unidos,mientras que en Latinoamérica sólo se tienen dos (uno de ellosen la Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Autó-noma de México).

Por la gran capacidad potencial que representa la tomogra-fía por emisión de positrones, es muy importante que se desa-rrollen sistemas que sean lo suficientemente baratos, pero debuena calidad, para que mayor número de países y de personasse vean beneficiadas con esta prometedora modalidad de la me-dicina nuclear molecular.

AGRADECIMIENTOS

Los autores desean expresar su profundo agradecimiento al doc-tor Carlos Martínez Duncker por la cuidadosa lectura de este

Mercedes Rodríguez Villafuerte obtuvo el doctoradoen física por el University College London de la Univer-sidad de Londres, en Inglaterra. Es investigadora en elInstituto de Física, UNAM, cuyos campos de interés sonla dosimetría de radiaciones débilmente ionizantes (ra-diación electromagnética) y altamente ionizantes (par-tículas cargadas pesadas), aplicación de técnicas MonteCarlo para el transporte de radiación ionizante en ma-teria y sus aplicaciones en física médica. Es una de lasprimeras personas especializadas en física médica enMéxico.

Miguel Ángel Ávila Rodríguez es maestro en ciencias,por la UNAM, con especialidad en física médica. Susáreas de interés son la dosimetría de la radiación, laradioterapia en sus diferentes modalidades y la to-mografía por emisión de positrones. Actualmente labo-ra en la Unidad PET de la Facultad de Medicina de laUNAM, en el área de producción de radionúclidos emi-sores de positrones de vida corta para su uso en apli-caciones médicas.


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