Biofisica de la imagen medica

Conceptos físicos de onda-partícula y su importancia en la determinación e interpretación de imágenes en la Medicina

BASES FISICAS I. CONCEPTOS BÁSICOS DE ONDA-PARTÍCULA 1. INTRODUCCIÓN Una de las primeras teorías acerca de la naturaleza de la luz es la de Platón, uien !i!ió en los si"los # $ #I %.C. $ pensa&a ue esta&a 'ormada por corrientes emitidas por el o(o. Tam&i)n *uclides, uien !i!ió apro+imadamente un si"lo despu)s, coincidía con esta ipótesis. Por otro lado, los pita"óricos creían ue la luz emana&a de los cuerpos luminosos en 'orma de partículas mu$ 'inas. Despu)s, *mp)docles, predecesor de Platón, ense-a&a ue la luz est 'ormada por ondas de cierta clase $ de alta rapidez. *n 1/0, Isaac Ne2ton descri&ió la luz como una corriente de partículas o corp3sculos. 4ostu!o eso a pesar de ue conocía la polarización, $ a pesar de su e+perimento de la luz ue se re'le(a en placas de !idrio, cuando notó 'ran(as de claridad $ de oscuridad 5los anillos de Ne2ton6 sa&ía ue sus partículas luminosas tam&i)n de&erían tener ciertas propiedades ondulatorias. Cristian 7u$"ens, contemporneo de Ne2ton, promul"ó una teoría ondulatoria de la luz. 586 Con todo este istorial de 'ondo, Tomas 9oun" realizó el :e+perimento de la do&le rendi(a; en 1<01. Parecía demostrar, de una !ez por todas, ue la luz es un 'enómeno ondulatorio. *sta idea 'ue re'orzada en 1<=> por la predicción de ?a+2ell, de ue la luz conduce ener"ía en 'orma de campos el)ctricos $ ma"n)ticos oscilantes. #einticinco a-os despu)s, 7einric 7ertz usó circuitos el)ctricos productores de cispas para demostrar la realidad de las ondas electroma"n)ticas 5de radio 'recuencia6. 4in em&ar"o, en 1@0A %l&ert *instein pu&licó un tra&a(o ue le !alió el Premio No&el, donde desa'ia&a la teoría ondulatoria de la luz, diciendo ue la luz interact3a con la materia no como ondas continuas, como ?a+2ell conce&ía, sino en 'orma de pauetes diminutos de ener"ía ue se Taller de investigación

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llaman 'otones. Pero ese descu&rimiento no eliminó la concepción de las ondas luminosas. *n lu"ar de ello, indicó ue la luz es al mismo tiempo una onda $ una partícula. 586

1. CONC*PTO D* OND% 9 P%RTBCU% a 'ísica clsica ace una distinción precisa entre ondas $ partículas. Una partícula se localiza en el espacio $ se caracteriza por una masa de'inida m. 4e puede mo!er a cualuier !elocidad !, $ su ener"ía cin)tica est relacionada con su masa $ !elocidad. 5>6 Una onda, por el contrario, se e+tiende en el espacio $ se caracteriza por una !elocidad de'inida. Puede tener cualuier amplitud % $ 'recuencia '. De acuerdo con la 'ísica clsica, un electrón es una partícula $ la radiación electroma"n)tica 5la luz6 es una onda. 5>6 a mecnica cuntica ace con'usa la distinción entre ondas $ partículas al decir ue todas las entidades, como los electrones $ la luz, tienen una naturaleza seme(ante a la onda $ seme(ante a la partícula. *ste es un concepto paradó(ico ue no tiene contrapartida en la 'ísica clsica. 5>6

>. *CU%CIÓN D* P%NC ?a+ PlancE 516 Taller de investigación

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*n 1@0A, *instein propuso ue la misma luz est compuesta de unidades corpusculares llamadas 'otones. Un 'otón se desplaza a la !elocidad de la luz $ su ener"ía est relacionada con la 'recuencia de la radiación por la ecuación $a presentada. 5>6 a dualidad ondaF partícula est 'undada en esa ecuación $a ue la 'recuencia ' es una propiedad ondulatoria, mientras ue el cuanto de ener"ía * es una propiedad corpuscular. 5>6 a naturaleza ondulatoria de la luz se esta&leció por el e+perimento de 9oun" $ la naturaleza corpuscular uedó esta&lecida por los e+perimentos de Pilipp enard 51<=>F 1@/6 en 1@0> so&re el e'ecto 'otoel)ctrico. 5>6

8. * *K*CTO KOTO*LCTRICO Cuando so&re un metal incide radiación de ciertas 'recuencias, los electrones son arro(ados de su super'icie. enard descu&rió ue para un metal determinado a$ una 'recuencia crítica '0 para la e+pulsión de los electrones. a radiación con una 'recuencia menor ue '0 nunca e+pulsa electrones, sea cual sea su intensidad. a radiación con una 'recuencia ma$or ue '0 siempre e+pulsa $ el n3mero de electrones e+pulsados por se"undo de una super'icie determinada es proporcional a la intensidad de la radiación ue incide so&re la super'icie. 4in em&ar"o, la ener"ía de un solo electrón no se !e a'ectada por la intensidad. 5>6 *s decir, al aumentar la intensidad de la radiación, aumenta el n3mero de electrones, pero no aumenta la ener"ía de cada electrón $ este a su !ez, solo es proporcional a la 'recuencia de la radiación. 5>6

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8.1 *l *'ecto Kotoel)ctrico 9 *instein *n 1@0A, *instein supuso ue la luz consta de 'otones porue entonces un electrón indi!idual solo puede reci&ir la ener"ía ' de un 'otón indi!idual. 5Ki"ura 86 %umentando la intensidad de la radiación aumenta el n3mero de 'otones ue cocan con los metales $, por lo tanto, el n3mero de electrones e+pulsados, pero no aumenta la ener"ía reci&ida por un electrón indi!idual. 5>6

8.> De Gro"lie *n 1@>, . De Gro"lie 51<@>F1@
, p es el momento lineal de la partícula de materia. 56 a atre!ida ipótesis de De Gro"lie 'ue e+perimentalmente con'irmada en 1@>/ por Da!isson $ ermer, ue o&ser!aron e'ectos de di'racción cuando un az de electrones se re'le(a&a en un cristal de níuel. 56 Taller de investigación

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. CO?PORT%?I*NTO D* KOTÓN H DU%ID%D OND%F P%RTBCU% :Un 'otón se comporta como una partícula cuando se emite de un tomo, o se a&sor&e en una película 'oto"r' ica o en otros detectores $ se comporta como una onda al propa"arse desde una 'uente asta el lu"ar donde se detecta;. 586

A. OND% **CTRO?%NLTIC% *l e+perimento de Oersted 51<>06 a&ía demostrado la e+istencia de e'ectos ma"n)ticos de&idos a car"as en mo!imiento. os descu&rimientos de Karada$ 51<816 a&ían puesto de mani'iesto ue campos ma"n)ticos !aria&les con el tiempo dan lu"ar a un mo!imiento de car"as el)ctricas en los conductores. %dems, la e+plicación de Karada$ de estos 'enómenos llamados de inducción a&ía introducido por primera !ez en la istoria de la 'ísica la noción de campo ma"n)tico representado por un con(unto de líneas de 'uerza. ?edio si"lo antes, Carles Coulom& 51/
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*lectroma"n)tico; en el ue presentó las c)le&res ecuaciones ue uni'ica&an los campos el)ctricos $ ma"n)ticos, $ demostró ue estas ecuaciones predecían la e+istencia de ondas de los campos el)ctricos $ ma"n)ticos, ondas electroma"n)ticas. ?a+2ell identi'i có estas ondas electroma"n)ticas con la luz $ por lo tanto, sus ecuaciones no solo uni'ica&an los campos el)ctricos $ ma"n)ticos, sino tam&i)n los 'enómenos ópticos. 7o$ día sa&emos ue la luz !isi&le es realmente un tipo de onda electroma"n)tica, otros e(emplos son las ondas de radio 'recuencia, las microondas, los ra$os , etc. 516 Una de las consecuencias ms importantes de las ecuaciones de ?a+2ell 'ue la predicción de la e+istencia de las ondas electroma"n)ticas, antes de ue 7ertz en 1<<< realizara sus e+perimentos, ue le lle!aron a la compro&ación de la e+istencia de las mismas. 5A6 as ondas electroma"n)ticas consisten en campos el)ctricos $ ma"n)ticos !aria&les ue son solución de las ecuaciones de ?a+2ell. 5A6 as ondas electroma"n)ticas se "eneran por !i&raciones de campos el)ctricos $ ma"n)ticos como se aprecia en la ima"en A. No necesitan medio material de propa"ación. 4on do&lemente trans!ersales, el campo ma"n)tico $ el campo el)ctrico son perpendiculares entre sí $ a su !ez perpendiculares a la dirección de propa"ación. 4e propa"an a la !elocidad de la luz. 4u ori"en se 'unda en el eco de ue toda car"a el)ctrica acelerada emite ener"ía en 'orma de radiación electroma"n)tica. 516


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=. *4P*CTRO **CTRO?%NLTICO %l 'lu(o saliente de ener"ía de una 'uente en 'orma de ondas electroma"n)ticas se le denomina radiación electroma"n)tica. *sta radiación puede ser de ori"en natural o arti'icial. *l espectro electroma"n)tico es el con(unto de todas las 'recuencias 5n3mero de ciclos de la onda por unidad de tiempo6 posi&les a las ue se produce radiación electroma"n)tica 5=6. No todas las ondas electroma"n)ticas tienen el mismo comportamiento en el medio de propa"ación, la misma procedencia o la misma 'orma de interacción con la materia. Por ello, el espectro electroma"n)tico se di!ide con!encionalmente en se"mentos o &andas de 'recuencia. *sta di!isión se a realizado en 'unción de di!ersos criterios, $ en todo caso no es e+acta, produci)ndose en ocasiones solapamientos en las &andas, pudiendo una 'recuencia uedar por tanto incluida en dos ran"os 5por e(emplo, de&ido a di'erentes 'enómenos 'ísicos ue ori"inan la radiación, o a di'erentes apro!ecamientos de la ener"ía radiada a una 'recuencia concreta6 5=6. *n la 'i"ura = indican las características $ el campo de utilización de las di'erentes cate"orías de radiaciones electroma"n)ticas clasi'icadas en orden de ener"ía creciente 5!er ane+os6 . a columna a la dereca indica el orden de ma"nitud de los ni!eles de transició n ener")ticos moleculares 5ener"ía de enlace de los electrones6 o nucleares 5ener"ía de enlace de los nucleones6. a comparación con la ener"ía de la radiación electroma"n)tica permite comprender ciertos tipos de interacción entre los 'otones $ la materia. 5/6


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II. RAYOS X

1. D*KINICIÓN *l < de No!iem&re de 1<@A el 'ísico alemn Qilelm Conrad Ront"en descu&rió lo ue o$ conocemos como Ra$os SS mientras lle!a&a a ca&o e+perimentos con un tu&o de ra$os catódicos en su la&oratorio del Instituto de Kísica de la Uni!ersidad de Qurz&ur". % pesar de las posi&les aplicaciones industriales de los ra$os , Ront"en se ne"ó a comercializar o a patentar su descu&rimiento. Ront"en pensa&a ue su descu&rimiento pertenecía a la umanidad $ ue por nin"una razón )ste i&a a ser moti!o de patentes, licencias o contratos. *sto dio lu"ar a ue los primeros tu&os de ra$os  para usos m)dicos pudieran ser construidos rpidamente $ a un precio mu$ accesi&le. os ra$os  son radiaciones electroma"n)ticas, como lo es la luz !isi&le, o las radiaciones ultra!ioleta e in'rarro(a, $ lo 3nico ue los distin"ue de las dems radiaciones electroma"n)ticas es su llamada lon"itud de onda, ue es del orden de 10F10 m 5eui!alente a la unidad de lon"itud ue conocemos como %n"strom6 51>6. %unue siendo ms precisos, se puede a&lar de un ran"o de lon"itud de onda entre 0.08 $ 8 nanómetros. *sta peue-a lon"itud de onda, menor ue la radiación ultra!ioleta $ ma$or ue la radiación "amma, le da su característica "ran ener"ía 5aunue menor ue la radiación "amma6 5186. 4us 'otones portan una alta ener"ía, se le puede considerar de entre 1 $ 100 Ee# 516. %unue estos !alores no son los de'initi!os $a ue en la prctica pueden tener un millar de electron!oltios 51A6. *ste tipo de ondas son emitidas por cuerpos mu$ calientes, pro!ienen de cuerpos ue tienen millones de "rados centí"rados. 4in em&ar"o, tam&i)n se puede a&lar de su ori"en cuando Taller de investigación

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una sustancia es irradiada con electrones de alta ener"ía. 9 es este se"undo ori"en, el cual se usa para las muinas de ra$os + en el campo m)dico 51A,1=6. Cuando electrones de alta ener"ía cin)tica cocan con la materia :&lanco; li&eran ra$os + de dos maneras, comoH • •

Radiación característica 5de espectro discontinuo6 Radiación de 'renado 5de espectro continuo6

>. R%DI%CIÓN C%R%CT*RB4TIC% os característicos ra$os  son emitidos por los elementos pesados, cuando sus electrones realizan transiciones entre los ni!eles ms &a(os de ener"ía atómica. a característica emisión de ra$os , ue se muestra en la ilustración como dos picos a"udos, se producen cuando se producen !acantes en el n  1 o capa  del tomo $ los electrones caen desde arri&a para llenar los !acíos. os ra$os  producidos por las transiciones desde los ni!eles n> asta n1 se llaman ra$os  Fal'a $ los correspondientes a la transición de n81, se denominan ra$os  F&eta como se puede apreciar en la ima"en /5!er ane+os6 as transiciones a n> o capa  son desi"nadas como ra$os   5n  8> es Fal'a, n  > es F&eta, etc.6 a distri&ución continua de ra$os  ue 'orma la &ase para los dos picos a"udos de la izuierda se llama radiación de 'renado. 51A,1=6

8. R%DI%CIÓN D* KR*N%DO


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4e produce cuando los electrones se aceleran por el n3cleo car"ado positi!amente, como se muestra en la 'i"ura <5!er ane+os6. Cuando una car"a se acelera, produce radiación, la cual, de acuerdo con el esuema cuntico, estar en 'orma de 'otón con ener"ía ! i"ual ue el cam&io en la ener"ía cin)tica del electrón, es decir, !  i V '. a radiación ue se produce de esta 'orma se llama &remsstralun" pala&ra compuesta de ori"en alemn ue identi'ica la radiación de :'renado; o de :retardamiento;. 5&remsun" si"ni'ica desaceleración $ stralun", radiación6 Un electrón en un az de electrones puede producir !arios de estos 'otones antes de lle"ar al reposo. *l 'otón ms ener")tico posi&le ocurre cuando un electrón pierde toda su ener"ía cin)tica inicial en una sola interacción, produciendo un 'otón 3nico con una 'recuencia m+ima o lon"itud de onda mínima dada por

%sí, el proceso &remsstralun" produce radiación con un espectro continuo ue tiene una 'recuencia de corte, o una lon"itud de onda de corte, ue depende del !olta(e de aceleración, de acuerdo con la ecuación planteada. 51,1/6

. ?WXUIN% D* R%9O4  Taller de investigación

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Un tu&o con!encional de ra$os  consiste &sicamente de un ctodo $ un nodo colocados dentro de un en!ase de !idrio al !acío como se puede !er en la 'i"ura @5!er ane+os6 *l ctodo consiste de un 'ilamento de tun"steno ue al ser calentado emite electrones. *stos electrones son acelerados, de&ido a una di'erencia de potencial aplicada entre el ctodo $ el nodo, acia un &lanco montado en el nodo. Para tener un ma$or control en la calidad del az de ra$os  es necesario ue los electrones no sean des!iados de su tra$ectoria, $ para esto se reuiere de un alto !acío. os electrones al ser 'renados &ruscamente en el &lanco, emiten radiación electroma"n)tica con un espectro continuo de ener"ías entre 1A $ 1A0 Ee#, ue es lo ue se conoce como ra$os . 51<6. A. INT*R%CCION*4 D* O4 R%9O4  CON % ?%T*RI% De las A interacciones elementales entre 'otones $ materiaH *'ecto 'otoel)ctrico, e'ecto Compton, dispersión de TomsonFRa$lei", dispersión de pares o materialización $ reacciones 'otonucleares solo dos son las ue los ra$os  presentan si"ni'icati!amente. *stas son el e'ecto 'otoel)ctrico $ el e'ecto Compton 51A,1@6. 1. *'ecto Kotoel)ctrico *l e'ecto 'otoel)ctrico resulta de la trans'erencia completa de ener"ía del 'otón incidente a un electrón de uno de los tomos diana como $a se !io en la ima"en 15!er ane+os6 *ste e'ecto solo se produce si la ener"ía * del 'otón es superior a la ener"ía de enlace del electrón Q*. *l electrón es e+pulsado de su ór&ita en el tomo con una Taller de investigación

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ener"ía cin)tica QCQ*F*. *l electrón e+pulsado, denominado 'otoelectrón, a"ota su ener"ía cin)tica produciendo ionizaciones $ e+citaciones en otros tomos. a ener"ía es totalmente a&sor&ida en el material diana. *l electrón e+pulsado de(a un ueco en la capa correspondien te del tomo ue !a a ser ocupada por electrones de capas ms e+ternas del mismo o por un electrón e+terno al tomo. *ste suceso se acompa-a de una li&eración de ener"ía Q. 4i por e(emplo, el electrón e+pulsado es reemplazado por un electrón cu$a ener"ía de enlace !ale QY, se tiene ue Q  Q* F QY 51A6 >. *'ecto Compton *l e'ecto Compton resulta de la interacción entre un 'otón incidente de ener"ía * $ un electrón li&re o d)&ilmente unido al tomo diana, por lo ue tanto la ener"ía de enlace como la ener"ía cin)tica son desprecia&les en comparación con *.5!er %ne+os, 'i"ura 106 *n el curso de esta interacción, ue puede ser descrita como una colisión, el electrón, denominado electrón Compton, aduiere una ener"ía cin)tica Qe, emiti)ndose un 'otón de dispersión, llamado 'otón de retroceso 51A,1@6. %l dispersar 'otones de ra$os , disminu$e la calidad de la ima"en radio"r'ica $ tam&i)n es un peli"ro potencial de radiación para el t)cnico responsa&le del e+amen, especialmente para los casos de 'luoroscopZa 5>A6.

III.

RADIOACTIVIDAD


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1. ORI*N D* % R%DIO%CTI#ID%D. a radiacti!idad 'ue descu&ierta en 1<@= por %ntonieF7enri Gecuerel, el cual, al acer estudios so&re la 'os'orescencia de las sustancias, o&ser!ó ue un mineral de

uranio era

capaz de !elar unas placas 'oto"r'icas ue eran "uardadas a su lado. >. 7I4TORI% D* % R%DI%CTI#ID%D. 7enr$ Gecuerel en el a-o 1<@= descu&rió accidentalmente una nue!a propiedad de la materia ue posteriormente se denominó radiacti!idad. %l colocar una cristales con sales de uranio so&re una placa 'oto"r'ica en una zona oscura, compro&ó ue dica placa se !ela&a o sea se aca&a a perder. as sales de uranio de los cristales emitían una radiación capaz de atra!esar papeles ne"ros $ otras sustancias opacas a la luz ordinaria. *n 1@08 compartió el Premio No&el de Kísica con Pierre $ ?arie Curie en reconocimiento de sus e+traordinarios ser!icios por el descu&rimiento de la radioacti!idad espontnea. *n su onor se &autizó una unidad de medida de acti!idad radiacti!a en el 4istema Internacional de UnidadesH el &ecuerel. a 'ísica polaca ?arie Curie $ su esposo, Pierre Curie, realizaron importantísimos tra&a(os so&re radiacti!idad &asndose en los tra&a(os del 'ranc)s 7enri Gecuerel 51F1@0<6. ?arie Curie 'ue la primera ue aplicó el t)rmino :radiacti!idad; a las sustancias con marcada acti!idad electroma"n)tica. %simismo, aisló dos nue!os elementos radioacti!osH el polonio $ el radio. Despu)s de la muerte de su marido, ?arie le sustitu$ó como pro'esora de 'ísica en la Uni!ersidad de París.


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Continuó sus in!esti"aciones, en especial, las aplicaciones m)dicas de la radiacti!idad, $ reci&ió el premio No&el de 'ísica en 1@08 $ el de uímica en 1@11.

8. D*KINICIÓN. *misión espontnea de partículas 5al'a, &eta, neutrón6 o radiaciones 5"ama, captura 6, o de am&as a la !ez, procedentes de la desinte"ración de determinados nucleídos ue las 'orman, por causa de un arre"lo en su estructura interna. a radioacti!idad puede ser natural o arti'icial. *n la radioacti!idad natural, la sustancia $a la posee en el estado natural. *n la radioacti!idad arti'icial, la radioacti!idad le a sido inducida por irradiación. Un radionucleido es el con(unto de los n3cleos radioacti!os de una misma especie. Todos los n3cleos radioacti!os ue 'orman un radionucleido tienen una radiacti!idad &ien de'inida, com3n a todos ellos, ue los identi'ica de la misma 'orma ue un tipo de reacción uímica identi'ica los elementos ue participan. Cuantitati!amente, la radioacti!idad es un 'enómeno estadístico. Por este moti!o, para !alorarlo a$ ue o&ser!ar el comportamiento de un con(unto de n3cleos de la misma especie. Por la le$ de los "randes n3meros, se de'ine una constante radiacti!a [ como la pro&a&ilidad de desinte"ración de un n3cleo por unidad de tiempo. Con esta de'inición, el n3mero N de n3cleos radioacti!os de una misma especie ue se encuentran en una sustancia en un instante t es dado por N  No \ eF[t, donde No es el n3mero de n3cleos radioacti!os ue a&ía antes de ue transcurriera el tiempo t. *n realidad, di'ícilmente una sustancia radioacti!a es 'ormada por un solo Taller de investigación

radionucleido, aunue cada uno de sus

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componentes en desinte"rarse se trans'orma en un n3cleo di'erente ue, a su !ez, puede ser tam&i)n radioacti!o. *l radionucleido inicial es llamado padre, $ el deri!ado, i(o. *sta situación puede continuar a lo lar"o de m3ltiples 'iliaciones $ el con(unto de todas es llamado 'amilia o serie radioacti!a. *n este caso, la relación ue da el n3mero de n3cleos radioacti!os presentes es ms comple(a porue, adems de tener en cuenta el n3mero de cada uno de ellos en el instante inicial, a$ ue considerar ue, por desinte"ración de unos, se 'orman otros. *l pro&lema se simpli'ica cuando se uiere conse"uir el euili&rio radioacti!o 5dico tam&i)n euili&rio secular en las series radiacti!as naturales6, ue es cuando a pasado un tiempo su'icientemente lar"o desde ue se a iniciado el proceso de 'iliación, porue entonces el ritmo de las desinte"raciones es impuesto por el

radionucleido ue tiene la

constante radioacti!a ms peue-a. 8.1 Nucleídos Radioacti!os Naturales. *n la naturaleza se encuentran unos 800 nucleídos di'erentes, de los cuales >A son radioacti!os con un período su'icientemente lar"o para ue a$a a3n o$ en día otros 8A tienen un período muco ms corto $ se crean $ se desinte"ran continuamente en las series radiacti!as. 8.> Nucleídos Radioacti!os %rti'iciales. 7an sido creados e identi'icados ms de 1000 radionucleidos arti'iciales. as series radioacti!as reci&en el nom&re del nucleído padre de períodos ms lar"o. 7a$ cuatro. Tres de estas series radioacti!as son naturalesH la del torio, la del uranio $ la del actinio, ue terminan en sus propios isótopos esta&les del plomo. *stos isótopos tienen respecti!amente Taller de investigación

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los n3meros de masa >0<, >0= $ >0/. Respecto a la serie del neptunio, como los radionucleidos ue la componen tienen un período corto comparado con la duración de las eras "eoló"icas, no se encuentra en la naturaleza $ a sido o&tenida arti'icialmente. *l 3ltimo nucleído de esta serie es el isótopo >0@ del &ismuto.

IV. EMISIONES RADIOACTIVAS

1. TI*?PO D* #ID% ?*DI% *s el promedio de !ida del n3cleo de un elemento antes de ue se desinte"re. 4u sím&olo es la letra "rie"a ] 5Tau6. a $a anterior desinte"ración nuclear mencionada se re'iere a un proceso pro&a&ilístico 5ue se ace en &ase a la le$ de Poisson6, por lo ue es una especulación $ NO se puede ase"urar ue el n3cleo usado !a$a a tardar e+actamente el tiempo predico en desinte"rarse. 4e a o&ser!ado ue todos los procesos radiacti!os simples si"uen una le$ e+ponencial decreciente. 4i N0 es el n3mero de n3cleos radiacti!os en el instante inicial, despu)s de un cierto tiempo t, el n3mero de n3cleos radiacti!os presentes N se a reducido a N = N 0 exp (−¿)

donde l es una característica de la sustancia radiacti!a denominada :constante de desinte"ración;. Para cada sustancia radiacti!a a$ un inter!alo t 'i(o, denominado !ida media, durante el cual el n3mero de n3cleos ue a&ía al comienzo se reduce a la mitad. Poniendo en la ecuación NN0^> se o&tiene la 'órmula ue relaciona la !ida media $ la constante de desinte"ración. t=

log2

λ


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a !ida media NO de&e con'undirse con el semiperiodo, !ida mitad, semi!ida o periodo de semidesinte"ración son conceptos relacionados, pero di'erentes. *ste 3ltimo es de aplicación solamente para sustancias radiacti!as. 4e a compro&ado ue los isótopos de los elementos radiacti!os presentan distintos "rados de inesta&ilidad en el tiempo de&ido a ue cada isótopo e+perimenta una serie radiacti!a particular. Para re'erirnos a la !elocidad con ue ocurren las desinte"raciones nucleares utilizamos el concepto de !ida media.

>. 4*?I#ID% GIOÓIC% a semi!ida radiacti!a de un radioisótopo dado, est 'ísicamente dada $ a la !ez no es a'ectada por las condiciones 'ísicas o uímicas ue lo rodean. 4in em&ar"o, si ese radioisótopo est en un or"anismo !i!o, puede ser e+cretado de manera ue, para el or"anismo, $a no sea una 'uen te de e+posición a la radiación. Para un n3mero de radioisótopos de inter)s m)dico particular, la tasa de e+creción a sido caracterizada en 'orma de semi!ida &ioló"ica e'ecti!a. a tasa de disminución de la e+posición a la radiación, es entonces a'ectada tanto por la semi!ida 'ísica $ la &ioló"ica, dando una semi!ida e'ecti!a del isótopo en el cuerpo. %unue la semi!ida &ioló"ica no se puede esperar ue sea tan precisa como la semi!ida 'ísica. 4e puede calcular a tra!)s de la si"uiente ecuaciónH 1 / TEfectiva=1 / TF í sica +1 / TBiol ó gica

%l"unos e(emplos de semi!idas, muestran ue la limpieza &ioló"ica es a !eces dominante, $ en ocasiones, el decaimiento 'ísico es la in'luencia dominante.

8. TIPO4 D* *?I4ION*4 R%DIO%CTI#%4 *+isten di'erentes tipos de emisiones radioacti!as, entre las ms comunes tenemos a la radiación al'a, &eta $ "amma 5clasi'icación realizada por *. Ruter'ord6 5>86. *stos tipos de Taller de investigación

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emisión radiacti!a di'ieren en !elocidad, en la 'orma en ue son a'ectadas por un campo ma"n)tico $ su a&ilidad para penetrar o pasar a tra!)s de distintos materiales.

8.1 *misión %l'a 4on un 'lu(o de partículas con car"a positi!a 5_6. *stn 'ormadas por dos protones $ dos neutrones, lo ue eui!ale a tomos de 7elio 57e6. De&ido a ue la masa $ el !olumen de las partículas a son relati!amente ele!ados 5ms de /000 !eces la masa de la partícula &eta6, estas radiaciones !ia(an a una !elocidad menor ue las radiaciones Geta o amma, por lo tanto, tienen un poder de penetración &a(o. %dems, estas partículas cocan 'cilmente con las mol)culas de aire $ en cada coue pierden parte de su ener"ía, asta uedar detenidas o ser a&sor&idas por al"3n otro n3cleo en su camino. %l mismo tiempo, si las partículas cocan con los electrones peri')ricos de un tomo, )stos pueden ser arrancados por ellas, pro!ocando ue el tomo se ionice. *n consecuencia, las partículas al'a tienen "ran poder ionizante. No es adecuado para la terapia de radiación desde su ran"o es de menos de un d)cimo de milímetro dentro del cuerpo. 4u principal peli"ro de radiación !iene cuando se in"iere en el cuerpo, $a ue tiene un "ran poder destructi!o dentro de su corto alcance 5>8,> ,>A6. 4e representa por A Z

4

4 2

α

$ su poder de desinte"ración puede representarse porH

A− 4

X → 2α + Z − 2 Y

Donde % es la masa atómica $ Y es el n3mero atómico o de protones. os e(emplos de materiales radiacti!os ue emiten partículas al'a son el polonioF>10, el radónF>>>, radio >>=, $ el americioF>1.


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8.> *misión Geta 4on electrones 5car"a ne"ati!a6 lanzados, a altas !elocidades, desde un n3cleo inesta&le. as partículas Geta son /.000 !eces ms peue-as ue las al'a $ !ia(an a una !elocidad cercana a la de la luz, condición ue les permite atra!e sar la malla de n3cleos $ electrones de al"unas clases de materia. *n suma, poseen un poder de penetración medio, pero ma$or ue el de las partículas al'a. os electrones no e+isten en el n3cleo, ellos se 'orman a partir de un neutrón 5en n3cleos inesta&les6 de acuerdo con la reacciónH

Cuando un n3cleo emite una partícula &eta, su n3mero atómico aumenta una unidad $ su n3mero msico no se !e a'ectado, adems la emisión es acompa-ada por un neutrino. a emisión de una antipartícula del electrón, el positrón, es tam&i)n llamado decaimiento &eta. *l decaimiento &eta puede ser !isto como el decaimiento de uno de los neutrones a protones por medio de la interacción d)&il. 4e representa por A Z

0

0

−1 β


A

X → − 1 β + Z + 1Y

Donde % es la masa atómica $ Y es el n3mero atómico o de protones 5>8,> ,>A6. os e(emplos de materiales radiacti!os ue emiten partículas &eta son idró"enoF8 5tritio6, car&onoF1, 'ós'oroF8>, $ de azu'reF8A. Taller de investigación

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8.8 *misión amma 4on ondas de luz, es decir, son radiaciones electroma"n)ticas id)nticas a las de la luz, pero con un contenido ener")tico mu$ superior, no tienen car"a el)ctrica por lo ue 'rente a un campo el)ctrico no su'ren des!iación. a ma$oría de los ra$os "amma tiene una ener"ía ms alta ue los ra$os  $ por lo tanto son mu$ penetrantes. 4u peli"rosidad radica en ue son altamente muta")nicas para las c)lulas !i!as. *l poder ionizante de las emisiones radiacti!as !aría en sentido in!erso al poder de penetración. De este modo, las radiaciones ue poseen una &a(ísima capacidad de penetrar la materia, tienen un altísimo poder de ionización. 4e a calculado ue su poder ionizante es 100 !eces superior al de la radiación Geta $ )stos, 100 !eces superior al de la radiación "amma. 4e representa por A Z

0

0 0

γ


A

X → 0γ + Z Y

Donde % es la masa atómica $ Y es el n3mero atómico o de protones 5>8,> ,>A6. os e(emplos de radionucleidos comunes ue emiten ra$os "amma son tecnecioF@@m 5pronunciado tecnolo"íaFneesFeFum, el material radiacti!o utilizado ms com3nmente en la medicina nuclear6, $odoF1>A, $odoF181, el co&altoFA/ $ cesioF18/.


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. OTR%4 *?I4ION*4 R%DIO%CTI#%4 a captura de electronesH Un n3cleo padre puede capturar a uno de sus propios electrones $ emite un neutrino. *sto se e+i&e en la desinte"ración de potasioFar"ón. Positrones o la desinte"ración &eta positi!oH por emisión de positrones se llama desinte"ración &eta de&ido a las características de los electrones o positrones descomposición son similares. %m&os muestran un espectro de ener"ía característica de&ido a la emisión de un neutrino o antineutrino. a con!ersión interna es otro proceso electroma"n)tico ue puede ocurrir en el n3cleo $ ue compite con emisión "amma. % !eces, los campos el)ctricos multipolares del n3cleo interact3an con los electrones or&itale s con su'iciente ener"ía para e+pulsarlos del tomo. *ste proceso no es el mismo ue el ue emite un ra$o "amma ue "olpea un electrón del tomo. %simismo, no es la misma ue la desinte"ración &eta, $a ue el electrón emitido antes era uno de los electrones or&itales, mientras ue el electrón en la desinte"ración &eta se produce por la desinte"ración de un neutrón 51A6. A. *K*CTO4 D* % R%DI%CIÓN IONIY%NT* % pesar de los estudios realizados $ de la e+periencia li"ada a estas radiaciones, a3n si"uen e+istiendo incó"nitas, pero aun así se a podido determinar numerosos datos. Para e!itar con'usiones a$ primero ue esta&lecer ciertas de'inicionesH  Tasa de dosis absorbidaH

4e de'ine a la ener "ía total ue se a&sor&e por unidad de masa de la diana 5cuerpo ue es el punto de lle"ada6. 4u unidad es el ra$ 5$6. Para poder e+presar la dosis de radiación ue reci&ió un ór"ano es recomenda&le usar esta tasa. *s la dosis a&sor&ida por unidad de tiempo, e+presada en $.sF1. Taller de investigación

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Conceptos físicos de onda-partícula y su importancia en la determinación e interpretación de imágenes en la Medicina 

Eficacia biológica relativa:

os e'ectos de la radiación en un or"anismo dependen de la naturaleza de la misma naturaleza, dosis, tasa de dosis $ de la sensi&ilidad del cuerpo diana. Para !er el e'ecto &ioló"ico, a$ ue !er la proporción de c)lulas ue so&re!i!en a una e+posición, con esto se puede medir la :e'icacia; de la radiación ue se compara con una radiación de re'erencia. Normalmente esta es la radiación electroma"n)tica  o "amma. E

EBR R =

D0 Dr

DóndeH

D0Dosis de re'erencia

D R Dosis de radiación R

*GR R`* *'iciencia &ioló"ica relati!a de la radiación R 

Dosis efectiva:

Como se mencionó antes, los te(idos del cuerpo poseen di'erentes sensi&ilidades 'rente a la radiación ionizante, ue se re'iere a los ries"os a padecer e'ectos ms "ra!es $ estos a$udan a medir el índice de peli"rosidad de las radiaciones etero")neas. Para cada te(idos a$ un 'actor de ponderación de los te(idos Qt,, donde la suma de los coe'icientes de este de todos los te(idos de&e ser 1. a dosis e'ecti!a se re'iere a la suma de dosis eui!alentes reci&idas por todos los te(idos ponderados por los coe'icientes Q t. 4u unidad es el sie!ert 54!6 4i el te(ido reci&ió una dosis de radiación D T, su 'órmula es la si"uienteH


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∑W

E ( sievert )=

T

∑W

 ! t ( sievert ) =

T

T

 ! B  D T ( gra" )

T

4i el te(ido solo reci&ió una radiación parcial en una 'racción p de su !olumen la 'órmula sería la si"uienteH E ( sievert )=

∑W

T

∑W

 ! t ( sievert ) =

T

T

 W B  #  DT ( gra")

T

4i es una radiación omo")neaH E ( sievert )=

∑W

T

 ! R  D T ( gra" )=W R  D T ( gra" ) 

T

∑W

T

= ! ( sievert )

T

Cuando la materia a&sor&e la radiación ionizante, puede alterarla de manera directa o indirecta.

A.1 ?ecanismos de alteración directa a radiación puede transportar ener"ía a las mol)culas diana, donde se ioniza 5?

6 o se

_

e+cita 5? 6, donde se realiza ma$ormente por la emisión de un 'otón de 'luorescencia dondeH +¿ → $ + %v $

¿

O por la ruptura de un enlace co!alente, donde se li&era los radicales ue poseen electrones desapareados. De esta manera la mol)cula cu$o enlace se a roto li&era radicale s $ de esta


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manera estos son ms propensos a producir alteraciones de manera indirecta en las mol)culas ad$acentes.

A.> ?ecanismos de alteración indirecta *'ecto de o+í"eno 4e producen los productos de la radiolisis del a"ua ue se an "enerado como un paso medio. as alteraciones moleculares li"adas a la RI son esencialmente indirectas $a ue los seres !i!os estn compuestos alrededor del /0b de su cuerpo por a"ua. a radiolisis del a"ua produce dos radicales li&res ue pueden ser o+idantes 57O

6 o

F

reductores 57_6 $ electrones sol!atados, *stos radicales pueden interactuar de tres manerasH F Puede di'undir, por o+idación o ruptura de un enlace do&le, $ alterar una mol)cula. F Puede producir el radical 7>O> u otros peró+idos RFOFOF7, ue son o+idantes 'uertes de una !ida media lar"a.

F Puede recom&inarse en mol)culas inertesH

¿

¿

! + &! → ! 2 &

+¿ → ! 2 ¿ o +¿+ ¿! !

4e puede 'ormar peró+idos, pero eso depende la cercanía entre radicales li&res. Puede a&er dos casosH


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F4i la trans'erencia lineal de ener"ía es ele!ada 5como partículas al'a6, la posi&ilidad de reacción es ms alta para −¿ → ! 2 &2∗¿ −¿+ !&¿ ¿

!&

F4i la trans'erencia lineal de ener"ía es &a(a, lo ms pro&a&le es ue, en ausencia de o+í"eno, no produzca peró+idos lo ue disminu$e su RI o, en presencia de o+í"eno, producen reacciones de 'ormación de peró+idos ue re'uerzan su RI. ¿

! + & 2 → !& 2

2 !& 2 → ! 2 &2 →&2

¿

−¿ → R + ! 2 & ¿ R! + &!

¿

¿

R + &2 → R& 2

A.8 %cción De as Radiaciones Ionizantes 4o&re os Wcidos Nucleicos %lrededor del /0 b de las alteraciones por radiaciones ionizantes en el %DN se dan de manera indirecta 5por la acción de los radicales li&res6 $ solo el 80b restantes se de&e a una acción directa. Puede a&er di'erentes alteraciones en este ni!el, por e(emploH -

*rror en la lectura del códi"o "en)tico, ue puede de&erse a una alteración en una

-

&ase p3rica o pirimídica. Rotura de la cadena, puede ser de una cadena simple del DN% o do&le. esiones m3ltiples ue a la c)lula les es casi imposi&le repararlo.

V.

RADIOFÁRMACOS

4e considera medicamento a toda sustancia ue se administra para pre!enir, dia"nosticar, tratar, ali!iar o curar en'ermedades, o para a'ectar a 'unciones corporales o mentales. os radio'rmacos son considerados medicamentos radiacti!os listos para su uso, preparados de 'orma e+tempornea a partir de productos intermedios de 'a&ricaciones industriales,


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radiacti!as $ no radiacti!as. ran parte de los radio'rmacos son utilizados para dia"nósticos mientras ue una parte mu$ reducida para las terapias. Cuando son utilizados con un propósito dia"nóstico 5'unción radiotrazad ora6, se apro!eca la propiedad emisora de los radioisótopos para detectarlos a distancia cuando la intención es terap)utica, se apro!eca el e'ecto delet)reo ue la radiación puede tener so&re un te(ido. os radio'rmacos se administran en cantidades de trazas 5&asta pensar en ue una aspirina de A00 m" si"ni'ican alrededor de 8+10

F8

moles mientras ue los radio'rmacos se

administran en cantidades ue rondan los 10 F11 moles6 $ en "eneral no producen modi'icaciones 'isioló"icas !isi&les por interacción con &iomol)culas especí'icas del or"anismo 5no tienen e'ecto 'armacoló"ico o tienen mínimo e'ecto 'armacoló"ico6. os radio'rmacos pueden clasi'icarse, se"3n su estructura uímica, en radion3clidos primarios $ compuestos marcados. os radion3clidos primarios son soluciones de compuestos inor"nicos del radioisótopo. os compuestos marcados son esencialmente una asociación entre dos componentesH un radion3clido $ una mol)cula ue 'unciona como :!eículo;, esta 3ltima diri"e al radio'rmaco selecti!amente a un te(ido especí'ico. *s con!eniente ue los radio'rmacos cumplan ciertas características desea&les, $a ue al ser radiacti!os son mu$ !olu&les en el or"anismoH FVida media efectiva cortaH *s el tiempo ue de&e transcurri r para ue la mitad del radio'rmaco desaparezca del or"anismo. Dos 'enómenos son responsa&les de esta desapariciónH el decaimiento 'ísico del radion3clido $ la eliminación del radio'rmaco del or"anismo por distintas !ías de e+creción 5'ecal, urinaria, perspiración, entre otras6.


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-Emisión radiactiva adecuadaH

los radion3clidos pueden emitir radiación de tres

tipos 'undamentalesH emisión de partículas , ue son n3cleos de elioH partículas , con car"a $ masa como la del electrón, o radiación , ue es radiación electroma"n)tica. os radion3clidos emisores de partículas  no se emplean nunca para marcar radio'rmacos por el alto poder ionizante de estas partículas $ por ser mu$ poco penetrantes, aunue se in!esti"a la posi&ilidad de emplearlos en un 'uturo como radio'rmacos de aplicación terap)utica. os emisores  tampoco se utilizan normalmente en radio'rmacos de aplicación dia"nóstica por ser tam&i)n mu$ ionizantes, aunue se emplean en radio'rmacos de utilización terap)utica, $ en e+ploraciones dia"nosticas se emplean al"unos emisores de positrones de semiperiodo corto. os radion3clidos ue se pre'ieren en e+ploraciones dia"nosticas son los emisores de radiación  por ser esta una radiación electroma"n)tica sin masa, mu$ penetrante $ poco ionizante. -Fácil disponibilidadH *l radio'rmaco de&e ser de 'cil producción, de &a(o costo $

de acceso amplio, puesto ue sólo así ser realmente &ene'icioso para los pacientes. FInercia metabólicaH De&ido a su poder de ionización, en los radio'rmacos se &usca ue la mol)cula sea inerte, ue no interact3e con otros 'rmacos, no e(erza al"una acción 'armacoló"ica ni ue se incorpore a al"una !ía meta&ólica, por el contrario, se &usca ue se 'i(e temporalmente en el ór"ano diana $ se elimine lo ms rpidamente posi&le.


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Como mencionamos en líneas anteriores, un radio'rmaco puede pro!enir de productos no radiacti!os, el proceso de síntesis de un radio'rmaco a partir de estos productos se denomina radiomarcación, ue !iene a ser la unión de un radion3clido $ una mol)cula, mol)cula ue le con'iere propiedades especí'icas. *n el Per3 el m)todo de radiomarcación ms utilizado es por la utilización de a"entes uelantes, un uelante es una sustancia ue tiene la propiedad de secuestrar o com&inarse con los iones positi!os &i!alentes $ tri!alentes, 'ormando comple(os esta&les, despro!istos de to+icidad. *n esta estrate"ia se utiliza una mol)cula especial ue se une por un lado co!alentemente a la macromol)cula a marcar $ por el otro al radionucleído de inter)s mediante uelación, 'uncionando a modo de :puente; entre am&os. *sta mol)cula especial se denomina :a"ente uelante &i'uncional; $a ue posee adems de pares electrónicos li&res para la uelación del radioisótopo, un se"undo "rupo 'uncional reacti!o capaz de unirse co!alentemente a la macromol)cula para 'ormar el llamado :&iocon(u"ado;. a unión co!alente ocurre en "eneral ente cadenas laterales de aminocidos nucleo'ílicos de las macromol)culas $ "rupos electro'ílicos de los a"entes uelantes &i'uncionales, tal es el caso de )steres acti!ados e isotiocianatos entre otros.


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I.

DETERMINACIÓN DE IMÁGENES EN LA MEDICINA RADIOGRAFÍAS 1. D*KINICION

a radio"ra'ía a re!olucionado el dia"nóstico m)dico $ a eco posi&le la !isualizaci ón de los uesos, los ór"anos $ otros te(idos internos del or"anismo, sin tener ue practicar una incisión en el cuerpo 5A86. %ctualmente, estas t)cnicas se emplean, so&re todo, para dia"nosticar en'ermedades ue a'ectan a los pulmones, al corazón $ los !asos san"uíneos, los uesos $ los dientes 5A86. os ra$os , a di'erencia de la luz, tienen una ma$or ener"ía $ pueden pasar a tra!)s de la ma$oría de los o&(etos, inclu$endo el cuerpo. os ra$os se utilizan para "enerar im"enes de los te(idos $ las estructuras dentro del cuerpo. os ra$os  ue !ia(an a tra!)s del cuerpo tam&i)n pasan a tra!)s de un detector de ra$os  al otro lado del paciente, $ se 'orma una ima"en ue representa las :som&ras; 'ormadas por los o&(etos dentro del cuerpo. as im"enes de ra$os  ue resultan de este proceso se llaman radio"ra'ías 5A6. >. 7I4TORI%


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a istoria de la radio"ra'ía empieza en 1<@A, cuando el 'ísico alemn Qilelm onrad Rfnt"en descu&rió los ra$os . *n los a-os 1@00 se reuerían !arios minutos para re"istrar la ima"en de la mano so&re una placa 'oto"r'ica, el inter)s m)dico por estos ra$os 'ue e!identeH los m)dicos demostraron pronto su utilidad dia"nóstica, en particular para el e+amen de los pulmones $ de los uesos, $ para la identi'icación $ localización de al"unos cuerpos e+tra-os 5por e(emplo, pro$ectiles metlicos6 5A86. *n cam&io, el peli"ro ue supone su uso no se conoció asta ms tarde, las primeras normas de se"uridad $ de radioprotección se esta&lecieron a partir de 1@>0 5A86.

8. PRINCIPIO4 a radio"ra'ía utiliza los ra$os , radiaciones electroma"n)ticas, de lon"itud de onda e+tremadamente corta, ue pueden atra!esar el cuerpo 5A86, $ tam&i)n pasan a tra!)s de un detector de ra$os , el cual se encuentra al otro lado del paciente 5A6. Un tipo de detector de ra$os  es la película 'oto"r 'ica, aunue e+isten mucos otros tipos de detectores ue se utilizan para este 'in 5A6. Cuando un az de ra$os  se en'oca so&re una película 'oto"r'ica, se pro$ectan som&ras, producto de los o&(etos dentro del cuerpo, de tonalidades di'erentes ue producen una ima"en radio"r'ica 5A86. *s una ima"en &idimensional de una estructura tridimensional, la cual se o&ser!a en &lanco $ ne"ro 5"ama de "rises6. a interpretación radioló"ica se &asa en la !isualización $ anlisis de esas opacidades o som&ras 5AA6. Para crear una radio"ra'ía, se coloca al paciente de tal manera ue la parte del cuerpo ue se !a a e+aminar se encuentre entre una 'uente $ un detector de ra$os . Cuando se enciende la muina, los ra$os  !ia(an a tra!)s del cuerpo $ son a&sor&idos en di'erentes Taller de investigación

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cantidades por di'erentes te(idos, dependiendo de la densidad radioló"ica de los te(idos por los ue pasan 5A6. a densidad radioló"ica se determina tanto por la densidad como por el n3mero atómico de los materiales usados para las im"enes. Por e(emplo, las estructuras como los uesos contienen calcio, el cual tiene un n3mero atómico ma$or ue la ma$oría de los te(idos. De&ido a esta propiedad, los uesos a&sor&en rpidamente los ra$os  $, por lo tanto, producen un "ran contraste en el detector de ra$os . Como resultado, las estructuras óseas aparecen ms &lancas ue otros te(idos contra el 'ondo ne"ro de una radio"ra'ía. Por el contrario, los ra$os  !ia(an ms 'cilmente a tra!)s de los te(idos menos densos radioló"icamente, tales como la "rasa $ el m3sculo, así como a tra!)s de ca!idades llenas de aire como los pulmones. *stas estructuras se muestran en tonos "rises en una radio"ra'ía 5A6 .o ue ace ue la radio"ra'ía sea e'iciente en la captura de im"enes de nuestro cuerpo es ue el cuerpo umano no es una masa omo")nea de sustancias i"ualmente densas 5A=6. *n una radio"ra'ía !amos a !er A densidades di'erentes 5!er %ne+os, ima"en 1<6 5AA6H -

%ire o "as densidad 1, la ms ne"ra rasa densidad >, "ris oscuro íuidos $ te(idos &landos densidad 8, "ris ms claro 7uesos densidad , "ris claro ?etal densidad A, &lanco

Cuanto ms ne"ro, ms radiotransparente es la estructura, $ cuanto ms &lanco, ms radiopaca es esta estructura. *l "rosor !a a in'luir tam&i)n en la radio"ra'ía, así, cuanto ms "rueso sea, ms radio denso !a a ser. a radiopacidad aumenta con los centímetros de "rosor 5AA6.


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. *N*R%DOR D* R%9O4  *st 'ormado por 8 componentesH trans'ormadores, pupitre de control $ tu&o de ra$os . %l tu&o de ra$os  se le unen el 'iltro $ el colimador . os Trans'ormadores pueden ser 5AA6H -

Trans'ormador de recti'icaciónH trans'orma la corriente alterna en continua Trans'ormador de &a(o !olta(eH est unido al 'ilamento del ctodo, $ produce

-

incandescencia de para 'ormar los electrones. Trans'ormador alto !olta(e %utotrans'ormadorH se encar"a de ue siempre ten"a la misma potencia la corriente el)ctrica.

*l pupitre de control tiene el &otón de encendido, el selector de #, el selector de m%, el selector del tiempo 5:s;6, $ el &otón de disparo. Cuando los 'otones salen del nodo no todos tienen la misma potencia. Con el 'iltro eliminamos los 'otones de &a(a potencia, los cuales no causarían impresión $ serían a&sor&idos por la materia. *l dia'ra"ma o colimador cierra o a&re el sitio por donde !a a pasar el az de electrones 5AA6.

A. P*BCU% R%DIORWKIC%


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a película radio"r'ica ms com3n es la ue consta de una &ase so&re la ue se adiere por las dos caras una emulsión. *sta emulsión est unida a la &ase mediante una capa adesi!a $ am&as capas de emulsión estn prote"idas por una capa protectora. os componentes principales sonH la &ase $ la emulsión 'otosensi&le. a &ase act3a como soporte de la emulsión 'oto"r'ica $ su o&(eti!o es proporcionar una estructura rí"ida so&re la ue !a a estar depositada la emulsión. a emulsión es el material con el ue interact3an los ra$os  $ especialmente la luz de las pantallas intensi'icadoras. *st 'ormada por una mezcla de "elatina $ de cristales de alo"enuros de plata 5A<6.

=. KOR?%CIÓN D* % I?%*N %T*NT* *l az de ra$os  primario incide en el paciente $ una !ez ue lo a atra!esado el az secundario 5emer"ente o remanente6 no uedar uni'ormemente distri&uido $a ue la intensidad resultante !a en 'unción de las características del o&(eto ue a$a atra!esado el az. a radiación emer"ente ue lle"a a la película es a&sor&ida por los cristales de alo"enuros de plata ue su'ren cam&ios pero si o&ser!amos la película no !eremos nada, esto se de&e a ue estos cam&ios no son !isi&les por tanto a$ una ima"en latente pero a$ ue con!ertirla en una ima"en !isi&le 5A<6. 4e puede resumir en los si"uientes pasos 5A<6H -

os tomos de alo"enuros de plata estn unidos de 'orma iónica 'ormando una red cristalina, la plata tiene car"a positi!a $ el &romo, $odo $ cloro tienen cara ne"ati!a. Como estos elementos se encuentran en la super'icie del cristal decimos ue tiene una car"a el)ctrica super'icial ne"ati!a.


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-

Cuando interaccionan los 'otones con los cristales !a a producirse e'ectos 'otoel)ctricos $ e'ecto Compton así ue !a a dar lu"ar a una ionización, li&erndose

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electrones de &romo, cloro o $odo. 4e produce con ello una alteración en la red cristalina $a ue se rompen las uniones iónicas $ los tomos de &romo $ $odo emi"ran acia la "elatina uedando desestructurada la estructura cristalina. *n los lu"ares donde no a$a incidido los

-

ra$os  estar intacto. os electrones ue se an li&erado son atraídos por las partículas sensiti!as por lo ue aparece zonas localmente ne"ati!as. os iones positi!os de plata son atraídos por las partículas sensiti!as $ son neutralizados al lle"ar a )stas $ se com&inan con los electrones trans'ormndose en plata metlica ueda localmente depositada. Tras el re!elado el depósito de plata se ar !isi&le. Durante el re!elado esta ima"en latente de la plata depositada se !er de color ne"ro mientras ue los cristales ue no an sido radiados se !ern transparentes.

/. P%NT%%4 INT*N4IKIC%DOR%4 *l poder de penetración de los ra$os  es tanta ue menos del 1b de la ener"ía es a&sor&ida por la película radio"r'i ca 5A/6. 4i uisi)ramos o&tener im"enes en la película radio"r'ica con tan solo los e'ectos de los ra$os , la dosis de radiación ue tendríamos ue dar al paciente sería mu$ ele!ada 5A<6 de&ido a esto $, adems, para utilizar me(or la emisión de estos ra$os , se utilizan las llamadas pantallas intensi'icadoras o de re'uerzo ue, al !erse a'ectados por los ra$os , act3an como sistemas ue trans'orman la ener"ía de radiación en ener"ía luminosa 5A/6. De esta 'orma la ener"ía luminosa emitida ser la responsa&le del enne"recimiento de las sales de plata ue 'orman la película radio"r'ica.


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%sí ue las estructuras ms densas aparecern de color &lanca $ las estructuras ms densas se !ern ms oscuras 5"risceas o ne"ras6 5A<6.

<. C7%4I4 R%DIORWKICO *l casis radio"r'ico es una estructura rí"ida, de 'orma similar a un li&ro, en cu$o interior !a una película radio"r'ica (unto con las pantallas de re'uerzo 5A<6.

@. R%DIOR%KB%4 CON ?*DIO4 D* CONTR%4T* *n las radio"ra'ías clsicas, los uesos aparecen claramente, pero los te(idos &landos son menos !isi&les. Por ello, acia 1@>0, los radiólo"os empezaron a utilizar sustancias opacas a los ra$os . Cuando estas sustancias, denominadas medios de contraste, se introducen en los ór"anos internos, los !asos san"uíneos o los ór"anos uecos, permiten ue aparezca 5so&re una pantalla o una placa radio"r'ica6 el contorno de las ca!idades ue rellenan 5A86. Un medio de contraste puede administrarse en 'orma de comprimidos o de líuido para el e+amen de la !esícula &iliar 5colecisto"ra'ía6 $ en 'orma de líuido para las radio"ra'ías de los ór"anos uecos 5esó'a"o, estóma"o o intestino6 5A86. *n el caso de las radio"ra'ías de las arterias 5arterio"ra'ía6 o de las !enas 5'le&o"ra'ía6, el producto se in$ecta directamente en los !asos san"uíneos. a radio"ra'ía suele ser indolora. a preparación $ las contraindicaciones son especí'icas para cada tipo de e+amen. *n caso de aler"ia al medio de contraste, a$ ue tomar al"unas precauciones 5tratamiento antial)r"ico6 5A86. Taller de investigación

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10. TLCNIC%4 5A86 ?amo"ra'ía es la radio"ra'ía de mamas. 7isterosalpin"o"ra'ía es radio"ra'ía del 3tero $ de las trompas de Kalopio. Uro"ra'ía $ la uretrocisto"ra'ía son radio"ra'ías del aparato urinario. %rterio"ra'ía es la radio"ra'ía de las arterias $ 'le&o"ra'ía es la radio"ra'ía de las • • • •

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!enas am&as se a"rupan &a(o el t)rmino de an"io"ra'ía. in'o"ra'ía es la radio"ra'ía de las !ías $ los "an"lios lin'ticos del a&domen. %n"iocardio"ra'ía es la radio"ra'ía de las !l!ulas $ las ca!idades cardíacas. Coronario"ra'ía es la radio"ra'ía de las arterias coronarias. ?ielo"ra'ía es la radio"ra'ía de la m)dula espinal, las raíces de los ner!ios $ las

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menin"es. 4aculorradiculo"ra'ía es un tipo de mielo"ra'ía ue e+plora el contenido del canal

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rauídeo.


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II . TAC (TOMOGRAFÍA COMPUT ARIZADA DE LA CABEZA, TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA INTRACRANEAL) 1. D*KINICIÓN a tomo"ra'ía computarizada 5tam&i)n llamada TC o T%C6 es un procedimiento de dia"nóstico por im"enes ue utiliza una com&inación de tecnolo"ías de ra$os  $ computadoras para o&tener im"enes trans!ersales 5a menudo llamadas re&anadas6 del cuerpo, tanto orizontales como !erticales. Una tomo"ra'ía computarizada 5TC6 muestra im"enes detalladas de cualuier parte del cuerpo, incluidos los uesos, los m3sculos, el te(ido adiposo $ los ór"anos. as tomo"ra'ías computarizadas son ms detalladas ue las radio"ra'ías estndar. *n los ra$os  estndar, se diri"e un ra$o de ener"ía a la parte del cuerpo ue se est estudiando. Una placa situada detrs de la zona del cuerpo captura las !ariaciones del ra$o de ener"ía despu)s de ue )ste pasa a tra!)s de la piel, el ueso, el m3sculo $ otros te(idos. %unue puede o&tenerse muca in'ormación de las radio"ra'ías estndar, no pueden o&tenerse mucos detalles de los ór"anos internos $ otras estructuras. *n la tomo"ra'ía computarizada, el az de ra$os  se mue!e en círculo alrededor del cuerpo. *sto permite mucas !istas di'erentes del mismo ór"ano o estructura. a in'ormación de los ra$os  es en!iada a una computadora ue interpreta los datos de los ra$os  $ los presenta en 'orma &idimensional 5>D6 en un monitor. as tomo"ra'ías computarizadas pueden realizarse con o sin :contraste;. Contraste se re'iere a una sustancia ue se administra oralmente o se in$ecta por !ía intra!enosa 5I#6 ue ace ue se !ea ms claramente el ór"ano o te(ido particular ue se est estudiando. os e+menes por contraste pueden reuerir ue usted a$une durante un determinado Taller de investigación

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período de tiempo antes del procedimiento. 4u m)dico le a!isar de esto antes del procedimiento. as tomo"ra'ías computarizadas del cere&ro pueden &rindar in'ormación ms detallada del te(ido $ las estructuras del cere&ro ue las radio"ra'ías estndar de la ca&eza, por lo tanto, &rindan ms in'ormación relacionada con lesiones $ô en'ermedades del enc)'alo. Otros procedimientos relacionados ue se pueden utilizar para dia"nosticar trastornos en el enc)'alo inclu$en las radio"ra'ías, resonanci a ma"n)tica nuclear 5R?N6 $ tomo"ra'ía por emisión de positrones 5T*P6 $ arterio"rama cere&ral. Consulte estos procedimientos para o&tener in'ormación adicional. >. PRINCIPIO4 TO?ORWKICO4. a tomo"ra'ía a+ial computada 5T%C6 o tam&i)n conocida como tomo"ra'ía computada 5TC6, es tal !ez la t)cnica ms so'isticada en la aplicación de los ra$os  en el m&ito de la medicina. os al"oritmos matemticos para la reconstrucción de im"enes tomo"r'icas 'ueron desarrollados por el 'ísico alemn J. Radon en 1@1/. 4in em&ar"o, su aplicación en medicina no pudo ser posi&le sino asta principios de los a-os /0, cuando el primer dispositi!o de T%C 'ue puesto en operación clínica por el cientí'ico &ritnico Dr. od're$ 7ouns'ield en 1.@/>, uien ad!irtió ue los ra$os  ue pasa&an a tra!)s del cuerpo umano contenían in'ormación de todos los constitu$entes del mismo en el camino del az de radiación. 4u teoría se alla&a 'undamentada en el coe'iciente de atenuación ue e+perimenta el az al atra!esar la materia.


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Un az de ra$os  monoener")tico con una intensidad inicial Io, ue atra!iesa un material de espesor , o&tiene una disminución en la intensidad del az de salida reducido por un 'actor eFg+, en donde g es el coe'iciente de atenuación lineal, ue se de'ine como una propiedad intrínseca del material irradiado. 8. OGT*NCIÓN D* % I?%*N. Para la comprensión so&re la aduisición de las im"enes se de&e primeramente conocer los componentes &sicos de un euipo de tomo"ra'íaH Comprende de un dispositi!o denominado "antr$ donde se instalan en'rentados entre si el tu&o de ra$os  $ los detectores, los cuales constitu$en elementos electrónicos ue permiten la toma de los datos, adems de un "enerador de ra$os  $ de un euipo in'ormtico ue sintetiza las im"enes $ se encuentra conectado con las di'erentes consolas, tanto de mane(o como de dia"nóstico. Cada !ez ue el tu&o de radiación (unto con el detector "iran 8=0h $ los ra$os atra!iesan el cuerpo del paciente, se o&tiene la ima"en de una del"ada sección. a 'i"ura 1@ muestra esuemticamente como se 'orma una pro$ección sencilla en la aduisición de datos. 5!er ane+os6 *l sistema de coordenadas 9 est centrado $ 'i(o en el o&(eto mientras ue S9S es un sistema ue tiene el mismo ori"en $ ue rota un n"ulo a alrededor del o&(eto. 9a en la 'ase de reconstrucción, $ por medio de los datos o&tenidos, el euipo in'ormtico del aparato asi"na a cada punto una posición en la ima"en $ una densidad, medida en unidades 7ouns'ield 5U76. *sos !alores num)ricos estn relacionados con los coe'icientes de atenuación ue a su !ez dependen de los coe'icientes de atenuación lineales locales del o&(eto $ se corresponden con un !alor especí'ico de cada sustancia o materia. Kinalmente, la ima"en es presentada en pantalla $, al estar con'ormada por datos di"italizados ue se Taller de investigación

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allan almacenados en la memoria in'ormtica del aparato, puede ser modi'icada $ postF procesada por el radiólo"o para o&tener la me(or calidad dia"nóstica. . PB* 9 #Ó* Cada corte tomo"r'ico est compuesto por un n3mero determinado de elementos !olum)tricos con una a&sorción característica. Cada uno de dicos elementos se representa en el monitor como una ima"en &idimensional a lo ue se denomina pí+el, el cual representa el &rillo de una ima"en ori"inal so&re un rea de dos dimensiones. Con la adición de la coordenada de pro'undidad, esta&lecida por el espesor de corte, los pí+eles con coordenadas 5+, $, z6 representan el &rillo de un !olumen tridimensional a lo ue se lo denomina !ó+el.5 !er %ne+os, 6ima"en >0

A. #*NT%N*O, C*NTRO 9 %?PITUD D* #*NT%N%. Una "ran !enta(a ue o'rece la tomo"ra'ía para la !isualización de la ima"en en pantalla, es la posi&ilidad de seleccionar un peue-o ran"o de n3meros CT en la matriz de la ima"en, para ser representados dentro de los >A= tonos de "rises. CT = ( !"#$%&"' -  "" *  "") +  U

*sta 'unción, denominada /$0#"0$1, permite di'erenciar con "ran claridad estructur as ue poseen !ariaciones sutiles, $a ue al asi"nar toda la escala de "rises a un estreco ran"o de n3meros CT, se lo"ra un "ran contraste pudiendo discernir entre di'erentes estructuras. *l centro $ amplitud de !entana permite determinar la "ama de densidades o contraste de la ima"en donde los !alores 7ouns'ield re'eridos a los te(idos del cuerpo umano, !an desde el F1000 5ne"ro6 asta el _1000 5&lanco6 pasando por el 0, ue corresponde a la densidad del a"ua tomada como !alor de re'erencia. Taller de investigación

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*sto permite adoptar di'erentes !entanas para e!aluar una estructura en particular, $a sea para determinar partes &landas, partes óseas, re"ión mediastínica, entre otras. Por e(emplo, para e!aluar patolo"ías en í"ado, se puede "enerar una !entana especí'ica para esta re"iónH *li"iendo /0 7U como !alor medio, $ 1/0 7U como anco de !entana, la amplitud de la misma iría desde F1A 7U a _1AA 7U, determinando de esta manera ue cualuier !alor de 7U por de&a(o de F1A sería ne"ro puro, $ cualuier !alor de 7U so&re 1AA 7U sería &lanco.

=. OTRO4 CONC*PTO4 KUND%?*NT%*4. ") Grosor de corte : Determina el !olumen del !ó+el o, lo ue es lo mismo, la

ancura del corte. 4e mide en mm. 2) Intervalo: Determina la distancia entre un corte $ otro, el cual se alla

relacionado directamente con el mo!imiento de la mesa. Para la realización del estudio $ dependiendo del mismo, se puede desi"nar un inter!alo amplio, de(ando de esta manera e+tensas zonas sin estudiar, o se pueden realizar cortes solapados o continuos, siendo en este caso el espesor ma$or ue el inter!alo, lo cual daría como resultado un estudio con im"enes solapad as de un corte so&re otro, o&teniendo posteriormente una &uena calidad en la reconstrucción 8D. a parte ne"ati!a es ue estaríamos irradiando al"unas zonas por duplicado. 3) Campo de visión 5KO#  Kield o' !ie26H Determina el dimetro del corte $

depende de la zona de estudio. Cuanto ms amplio sea el KO# ms peue-a se !er la ima"en en la pantalla, ue al ampliarla perder resolución.


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4) Kv y mAH Corresponden a las características del disparo, como cualuier aparato

con!encional, con la sal!edad de ue prcticamente el aparato $a tiene esta&lecidas dicas características de 'orma protocolizada para cada tipo de e+ploración, aunue se pueden !ariar manualmente. $) TiempoH *l tiempo del disparo corresponde al tiempo de &arrido. *ntre disparo $

disparo e+iste un tiempo de espera ue corresponde al tiempo de en'riamiento del tu&o ue est relacionado con la capacidad de en'riamiento del mismo $ con la t)cnica utilizada. 5) atri! de reconstrucciónH *s el con(unto de pí+eles usados en la reconstrucción

de la ima"en ordenados en 'ilas $ columnas. a ma$oría de los sistemas de ima"en di"ital de R o'recen tama-os de matrices de A1> + A1> o &ien de 1.0> + 1.0>. A mayor tama"o mayor es la resolución espacial#

III.

RESONANCIA MAGN6TICA NUCLEAR 1. D*KINICION 9 PRINCIPIO4 KI4ICO4


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a resonancia ma"n)tica es una t)cnica ue consiste en la o&tención de im"enes detalladas de ór"anos $ te(idos internos a tra!)s de la utilización de campos ma"n)ticos utilizando "rande imanes, ondas de radio'recuencia $ una computadora para la producción de las im"enes 5=>,=86. a ima"en "enerada se &asa en el re"istro e interpretación de las !elocidades de retorno al euili&rio de protones, ue pro!iene de mol)culas de a"ua en el interior de los te(idos 5tanto a ni!el intra como e+tracelular $ en los !asos san"uíneos6 5=6, e+puestos a un campo ma"n)tico, tras ser sometidos a un estímulo desesta&ilizador 5=A6. Por ello los principios 'ísicos pueden ser resumidos como 5==6H a6 a$neti!aciónH se coloca al paciente dentro de un potente imn. Con esto los protones ue a$ en los n3cleos de los tomos de idró"eno del cuerpo se orientan en sentido lon"itudinal al campo ma"n)tico e+terno 5norteFsur o surFnorte6. 4e usan imanes de 0,A a 1,A teslas, lo ue es 10 000 !eces ms potente ue el campo ma"n)tico del planeta Tierra. os protones, adems de estar orientados lon"itudinalmente, estn "irando 5mo!imiento de precesión6 con una 'recuencia conocida "racias a la ecuación de armor en donde participan la constante "iroma"n)tica de cada elemento 5en nuestro caso idró"eno6 $ la intensidad del campo ma"n)tico dado por el euipo. &6 %esonanciaH los protones son ener"izados por una onda de radio ue tiene la misma 'recuencia con la ue los protones "iran. anan ener"ía, con lo ue se pierde la ma"netización lon"itudinal $ aparece la ma"netización trans!ersal. c6 &btención de la ima$enH se interrumpe la onda de radio $ los protones !uel!en a la ma"netización lon"itudinal con lo ue pierden ener"ía en 'orma de se-al electroma"n)tica 5onda de radio6 ue es captada por una antena.


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Ca&e resaltar ue otros autores clasi'ican en tres cate"orías con distinto nom&re pero mismo mecanismoH polarización, precesión $ rela(ación. a polarización descri&e la tendencia al euili&rio de la ma"netización nuclear para alinearse con un campo ma"n)tico e+terno de ele!ada intensidad. a precesión descri&e la 'orma en ue la ma"netización, 'uera de su estado de euili&rio, se comporta en el interior de un campo ma"n)tico. Kinalmente, la rela(ación descri&e como la ma"netización tiende a !ol!er a su estado de euili&rio inicial. Por tanto se puede a'irmar ue el concepto central de la resonancia ma"n)tica se &asa en la propiedad ue tienen los n3cleos de ciertos elementos de emitir una se-al de radio'recuencia cuando son sometidos a un campo ma"n)tico $ estimulados con ondas de radio'recuencia 5=/6.

>. ?%N*TIY%CIÓN, R*4ON%NCI% 9 OGT*NCIÓN D* % I?%*N *l 'enómeno del ma"netismo tiene su ori"en en el mo!imiento de las partículas car"adas el)ctricamente. a ma"netización se re'iere al 'enómeno causado por una orientación no aleatoria del campo ma"n)tico de los electrones. *sta orientación da lu"ar a una ma"netización macroscópica neta. %dems de los electrones, la ma$oría de los n3cleos atómicos tam&i)n posee un peue-o campo o momento ma"n)tico, ue es el ue se utiliza en la o&tención im"enes por R? 5resonancia ma"n)tica6. *ste ma"netismo nuclear tiene su ori"en en el spin nuclear $ el !alor del momento an"ular asociado a )l, $ se encuentra directamente relacionado tanto con el n3mero atómico 5n3mero de protones6 como con el n3mero msico 5n3mero de protones ms n3meros de neutrones6 o con el n3mero de


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neutrones. *+isten dos situaciones en las ue se ori"ina un momento ma"n)tico nuclear netoH 1. Cuando el n3m ero de pro tones $ el n3m ero msico son impares 5o el n3mero de neutrones es par6, como en el 17, 1AN, 1@K, >8Na $ 81P. >. Cuando el n3me ro de protones es par $ el de neut rones es impar 5o n3me ro msico 18

impar6 como el C. *l idró"eno, con un protón 5 176 como n3cleo ms simple de todos los elementos, es un &uen isotopo para la o&tención de im"enes al ser el n3cleo ms a&undante en el cuerpo $ poseer un momento ma"n)tico mu$ "rande 5=/6. Normalmente estos spines o momentos ma"n)ticos estn alineados de 'orma aleatoria, de 'orma ue en un no sometido a nin"3n campo ma"n)ti co e+terno, no e+iste ma"netización neta, tal $ como se puede o&ser!ar en la si"uiente 'i"ura >8 5!er %ne+os6 *sto dar como resultado un momento ma"n)tico neto ue se situara en euili&rio. *ste momento ma"n)tico neto, tam&i)n llamado ma"netización neta, es la &ase para la creación de la se-al R?. Tal $ como se a comentado, los tomos con un n3mero impar de protones o neutrones poseen un momento an"ular o spin. *n ausencia de un campo ma"n)tico e+terno, los espines estarn orientados aleatoriamente, pero cuando se sit3an &a(o un campo ma"n)tico intenso, los espines se alinean con este, proporcionando una ma"netización lon"itudinal neta, ?Y, en la dirección del campo aplicado 5supon"amos z6 5=/6. a posición del !ector ma"n)tico del espín no uedar e+actamente paralela a las líneas del campo ma"n)tico, sino ue e'ectuar un mo!imiento de "iro alrededor de la dirección del Taller de investigación

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campo ma"n)tico, de tipo cónico, con su punta $ !)rtice en el protón, i"ual ue una peonza "irando, mo!imiento ue se de'ine como mo!imiento de precesión. *n resumen, a$ un mo!imiento de espín $ un mo!imiento 5nue!o6 de precesiónj. *l n"ulo de precesión !iene determinado por las le$es de la mecnica cuntica $ es e+actamente de A,/k e independiente del n3cleo atómico de ue se trate. *n cam&io, la 'recuencia a la ue se e'ect3a el mo!imiento de precesión, denominada 'recuencia de precesiónj, es di'erente $ característica para cada n3cleo atómico en particular $ depende adems de la intensidad del campo ma"n)tico 5=<6. *stos spines precesan alrededor del e(e z a una 'recuencia directamente proporcional a la intensidad del campo ma"n)tico, tal $ como puede o&ser!arse en la si"uiente 'i"uraH a ecuación de armor descri&e la dependencia entre el campo ma"n)tico G

0

$ la

'recuencia an"ular a la ue estn procesando dicos spines. '0 =γ |B 0|

a constante "iro ma"n)tica



depende del tomo &a(o estudio, $ tiene un !alor de >.A<

?7z^T para el 17. os protones de idro"eno son los ue usualmente se utilizan en prcticas clínicas de&ido a su "ran a&undancia en el te(ido !i!o. a ta&la de la ima"en >A5!er ane+os6 muestra !arios n3cleos ue poseen spines donde se puede comparar su a&undancia con respecto al 17 5=/6.

?ientras dura el pulso de radio'recuencia los espines nucleares a&sor&en ener"ía $ e+perimentan una transición del estado de ener"ía &a(a 5paralelo6 al de ener"ía superior Taller de investigación

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5anti paralelo6. ?acroscópicamente, lo ue se o&ser!a es ue el !ector de ma"netización ? se ale(a de su posición de euili&rio durante la aplicación del pulso, realizando un "iro en espiral respecto a la dirección del campo ma"n)tico GH por una parte precesa en torno a la dirección de G con la 'recuencia de armor $ a la !ez se !a ale(ando de su posición de euili&rio descri&iendo un mo!imiento denominado nutación. ? tiende a alinearse tam&i)n con este se"undo campo ale(ndose del e(e z mientras dura el pulso. *ste n"ulo de separación respecto a la posición de euili&rio se denomina n"ulo de inclinaciónj 5'lip an"le6 $ es a&itual representarlo con la letra "rie"a . 4u !alor depende de la intensidad del campo de radio'recuencia $ del tiempo ue dura el pulso de emisión. Normalmente se a&la de pulso de n"ulo , de tal 'orma ue un pulso de @0k desplazaría el !ector de ma"netización al plano +F$ $ un pulso de 1<0k la in!ertiría respecto a su posición de euili&rio. a m+ima se-al de R? se consi"ue cuando la amplitud $ la duración del pulso de emisión de radio'recuencia se a(ustan de tal 'orma ue la ma"netización est) a @0k respecto a su posición de euili&rio 5=<6. Despu)s de la e+citación, al 'inalizar el pulso de radio'recuencia, los n3cleos indi!idual es !uel!en a su posición de euili&rio. %l decaer de nue!o al estado paralelo respecto a G, emiten 'otones de ener"ía de radio'recuencia. *ste proceso se conoce con el nom&re de rela(ación nuclearj $ durante el mismo el !ector de ma"netización ? recupera su !alor de euili&rio, es decir, ?+$ se anula $ ?z  ? 5=<6. os "radientes de campo ma"n)tico son elementos de un sistema de resonancia ma"n)tica ue permite resol!er la posición espacial, $ por lo tanto, reconstruir una ima"en. Tres "radientes de campo ma"n)tico proporcionan una !ariación lineal en la intensidad del campo ma"n)tico lon"itudinal como 'unción de la posición a lo lar"o de las tres direcciones Taller de investigación

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orto"onales, normalmente a lo lar"o del n3cleo del imn, orizontalmente a tra!)s del n3cleo, $ !erticalmente a tra!)s del n3cleo. a determinación de la localización espacial de una se-al de resonancia ma"n)tica nuclear depende de la secuencia de aplicación de los tres "radientes de campo ma"n)tico 5 +, $ $ z6 5=/6. Con esta erramienta ue se a desarrollado se muestra en 'orma 'cil, amena $ didctica el comportamiento de precesión $ rela(ación de un solo spin de cualuiera de los n3cleos mostrados en la ta&la anterior $ perteneciente a cualuiera de los te(idos mostrados en la ta&la de la ima"en >/5!er ane+os6 ante la presencia de un campo ma"n)tico e+terno aplicado 5de intensidad seleccionada por el t)cnico6 5=/6. Una !ez realizada la e+citación selecti!a del plano $ cerrado el "radiente de selección del plano z, empieza la rela(ación de los n3cleos induci)ndose en la antena receptora una se-al el)ctrica 5se-al del eco6. *sta se-al pro!iene de todos los !ó+eles del plano. Para o&tener la ima"en es necesario un proceso ue permita indi!idualizar la se-al de cada !ó+el. Para ello es preciso o&tener multitud de ecos, cada uno pre!iamente a su captación se di'erenciar mediante una codi'icación en 'recuencia $ en 'ase. Una !ez acumulado su'iciente n3mero de ecos se procede a un proceso matemtico ue permitir identi'icar indi!idualmente la se-al ue procede de un !ó+el determinado, asi"nndole un !alor cromtico de esta 'orma se constru$e la ima"en 5=<6.

IV.

LA GAMMAGRAFÍA


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1. D*KINICIÓN 9 *N*R%ID%D*4 *s parte de las t)cnicas usadas en medicina nuclear ue es usada para determinar la 'unción de un ór"ano o te(ido dentro del cuerpo umano, para esto usa radio'rmacos 5mol)culas marcadas con elementos radiacti!os6 ue son administrados al paciente con el 'in de o&tener im"enes en >D ue representan la distri&ución espacioFtemporal de la acti!idad en ór"anos $ te(idos. Permitiendo así el estudio de procesos meta&ólicos o 'uncionales a partir de las tra$ectorias de la emisión del radio'rmaco. *l desarrollo de estas t)cnicas en medicina nuclear es importante pues detecta cam&ios tempranos en la 'isiolo"ía antes de ue estos presentes sintomatolo"ía o aparezcan alteraciones anatómicas. 5=@6 9a ue cada ór"ano de nuestro cuerpo act3a de 'orma di'erente desde un punto de !ista uímico, se an identi'icado una serie de mol)culas ue son a&sor&idas por determinados ór"anos. a tiroides, por e(emplo, a&sor&e $odo, el cere&ro consume "randes cantidades de "lucosa, $ así sucesi!amente. % la sustancia ue se a"re"a selecti!amente en una estructura del cuerpo se le conoce como trazador, este puede ser un elemento simple, una mol)cula, o puede tener una estructura ms comple(a. % este trazador se le acopla un marcador, un radion3clido ue permite acer el se"uimiento del trazador en el or"anismo, así como cuanti'icar su concentración local para o&tener índices 'uncionales. Usualmente se usa un radioisótopo radiacti!o del mismo trazador, pero tam&i)n es posi&le usar un marcador 'i(ado por sustitución o por uelacion. 5/06 *l radioisótopo ms utilizado en la medicina es el tecnecioF@@m, es un isótopo del tecnecio elemento producido arti'icialmente $ tiene características casi ideales para una e+ploración de medicina nuclear. *stos sonH Taller de investigación

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-

Tiene una !ida media de seis oras ue es lo su'icientemente lar"a para e+aminar los procesos meta&ólicos pero lo su'icientemente corto para minimizar la dosis de radiación al paciente. *l tiempo de !ida media es el tiempo en ue una sustancia decaer a la mitad de su

-

mana emitiendo ener"ía. *l tecnecioF@@m se descompone emitiendo ra$os "amma. Puesto ue no a$

-

emisión &eta de alta ener"ía de la dosis de radiación al paciente es &a(a. *mite ra$os "amma de &a(a ener"ía ue escapan 'cilmente del cuerpo umano $ son detectados con precisión por una cmara "amma. Una !ez ms la dosis de

-

radiación para el paciente se minimiza. a uímica de tecnecio es tan !erstil ue puede 'ormar trazadores por incorporarse a una !ariedad de sustancias &ioló"icamente acti!as para ase"urar ue se concentre en el te(ido u ór"ano de inter)s.5/>,/86

Como se di(o e+isten otros elemento s radiacti!os como el alio =/ o el 9odo 181 ue son usados especí'icamente en otras zonas como la tiroides de acuerdo a su a'inidad.

>. %??% CW?%R%H as "amma cmaras, in!entadas por %n"er en 1@A8, permiten detectar los 'otones "amma emitidos por los marcadores introducidos en el or"anismo $ determinar el ori"en de la emisión. 4uministran una representación &idimensional, &ien como pro$ección, &ien como tomo"ra'ía, del reparto del marcador radiacti!o dentro del or"anismo. Una "ammacamara Taller de investigación

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est constituida por al menos un detector 5e+isten "amma cmaras con uno, dos o tres ca&ezales6 ue asocian un colimador ue (ue"a el papel de o&(eti!o, un cristal de centelleo de "ran tama-o $ una &atería de 'otomultiplicadores ue permiten la detección del ra$o "amma. 5/06 a emisión de los ra$os "amma es detectada en una cmara "amma ue consiste enH >.1 ColimadorH a emisión de 'otones es isótropa $ para 'ormar una ima"en es necesario un elemento ue a$ude a mantener la correspondencia uni!oca entre el punto de emisión $ el punto de detección del 'otón. % este elemento se le denomina colimador $ se coloca delante del detector. 5/, /=,/@6 *l colimador permite el paso de los 'otones ue inciden en una dirección determinada. Idealmente, solo los 'otones ue inciden en las direcciones de'inidas por los a"u(eros del colimador lle"aran al plano de detección $ 'ormaran la ima"en. *n un colimador de a"u(eros paralelos, en el caso ideal, solo se detectarían los 'otones ue inciden perpendicularmente al plano de detección. #i)ndose lateralmente el colimador, e indicando las tra$ectorias de los 'otones emitidos. *l m)todo de colimación de&e ser ele"ido en 'unción de las necesidades de las aplicaciones clínicas, las cuales dependen del ór"ano o te(ido ue se uiere estudiar, de la ener"ía de los isotopos radiacti!os empleados en el marca(e de los trazadores o del campo de !isión. Por eso se an desarrollado distintos tipos de colimadores con el 'in de conse"uir el compromiso adecuado entre resolución espacial 5localización de los 'otones6 $ e'iciencia 5relación entre el n3mero de 'otones detectados $ emitidos6. Taller de investigación

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os colimadores se pueden clasi'icar en a.6 o2 ener"$ i" resolution 5*7R6 en los ue los a"u(eros son de peue-o dimetro para poder posicionar con precisión los 'otones detectados &6 o2 ener"$ 7i" 4ensi&it$ 5*746 en los ue los a"u(eros tienen un dimetro ma$or ue en los *7R, para aumentar el n3mero de 'otones detectados por pi+el c6 ?edium *ner"$ eneral Purpose 5?*P6 ue &uscan un compromiso entre la resolución $ la e'iciencia. 5/@6 4e"3n la "eometría $ el n3mero de a"u(eros, los colimadores se pueden di!idir enH 1. %"u(eros m3ltiplesH *stos se clasi'ican se"3n la disposición de sus a"u(eros. 1.1 ParalelosH os a"u(eros tienen una sección usualmente e+a"onal, euiespaciada $ son paralelos entre sí. *l campo de !isión est limitado al tama-o del detector. a ima"en es del mismo tama-o ue el o&(eto. 1.> Con!er"entesH *stos son de dos tipos, los ue estn 'ocalizados a una línea $ los ue estn 'ocalizados a un punto. *l campo de !isión es menor ue el tama-o del detector. *n este caso la ima"en es de ma$or tama-o ue el o&(eto. 1.8 Di!er"entesH *l campo de !isión es ma$o ue el tama-o del detector. a no con!er"encia de los a"u(eros, ace ue la ima"en sea de menor tama-o del o&(eto. >. Un 3nico a"u(ero 5pinole6H Proporciona una ima"en in!ertida $ permite la ampli'icación del o&(eto. *l campo de !isión es ma$or o menor dependiendo de la distancia del o&(eto al sistema. 4e utilizan para la o&tención de im"enes de estructuras de peue-o tama-o. 5/@6


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>.> Cristal de CentelleoH *l proceso de centelleo implica la con!ersión de los 'otones de alta ener"ía en luz !isi&le mediante la interacción de un material centellador $ comprende los dos si"uientes pasosH 1. Un 'otón incidente en el centellador crea un electrón ener")tico por e'ecto Compton o porue e'ecto 'otoel)ctrico. >. % medida el electrón atra! iesa el centellador, pierde ener"ía $ e+cita otros electrones. 8. *stos electrones e+citados !uel!en a decaer a su estado no e+citado emitiendo la ener"ía so&rante en 'orma de luz !isi&le. *l con(unto 'ormado por el material centellador $ el 'otomultiplicador se conoce como detector de centelleo. *n un detector de centelleo, el centellador est ópticamente acoplado a un 'otomultiplicador. *l 'otomultiplicador "enera una se-al el)ctrica en respuesta a la luz incidente en su super'icie. 5/86

>.8 KotomultiplicadoresH a luz ue entra en un tu&o 'otomultiplicador es detectada $ produce una se-al de salida si"uiendo el proceso ue se descri&e a continuación cuando los 'otones de luz !isi&le alcanzan el 'otoctodo, )ste emite 'otoelectrones de &a(a ener"ía en el !acío. os 'otoelectrones desprendidos del ctodo !ia(an acia el primer dínodo impulsados por la di'erencia de potencial aplicada entre )ste $ el ctodo, esto les da ener"ía su'iciente como para ue al lle"ar al primer dínodo sean capaces de arrancar > o 8 electrones por cada electrón incidente 5emisión secundaria6. Como el si"uiente dínodo tiene un Taller de investigación

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potencial ma$or ue el anterior, el proceso se repite, produciendo una multiplicación de electrones, de manera ue al nodo lle"an de 10

=

a 10< electrones por cada electrón

inicial. *l con(unto de electrones resultantes reco"idos en el nodo son en!iados al e+terior a tra!)s de las cone+iones el)ctricas adecuadas. *l !olta(e óptimo de operación del detector se eli"e cuando se o&tiene la m+ima amplitud del pulso $ el menor ruido electrónico "enerado por el sistema. 5/6 >. Kormación de ima"enH •

as se-ales "eneradas por el cristal de centelleo son di"italizadas $ reproducidas en un ordenador. Por cada 'otón detectado, almacenamos tres se-ales di"italesH a&scisa, ordenada del punto de impacto $ ener"ía total 5+, $, z6 con el 'in de o&tener im"enes 'uncionales de determinada zona. 5/0, /A6. *ste punto se ampliara en la reconstrucción de ima"en 4P*CT.

VT. OMOGRAFÍA

COMPUTARIZADA

DE

EMISIÓN

MONOFÓNICA(SPECT)

1. D*KINICION a 4P*CT o tomo"ra'ía computarizada de emisión mono'otónica 5en in"l)s sin"le poton emission computed tomo"rap$6 es 0" #730&3 " !74&3" de tomo"ra'ía ue utiliza ra$os "amma.5//6 *n este caso es el paciente uien emite la radiación tras la administración de un radion3clido.*s mu$ parecida a una radio"ra'ía, pero utiliza una cmara sensi&le a los ra$os "amma $ no a los ra$os . os isotopos ue se utilizan son emisores naturales de 'otones . 5//6 *stos isotopos no 'orman parte de los elementos ue 'orman las mol)culas Taller de investigación

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de los seres !i!os, por ello es necesario marcarlo con un %"4&1#%"8"41% ue permite se"uir su dirección de procedencia. 5/<6. os isotopos radioacti!os usados en la 4P*CT tienen un periodo de semidesinte"racion ms lar"o ue los usados en P*T. Por ello no es necesario "enerarlos en el mismo lu"ar en el ue se encuentra el tomó"ra'o. Como en una radio"ra'ía, cada una de las im"enes ue se o&tienen es &idimensional, pero pueden com&inarse mucas im"enes tomadas desde distintas posiciones alrededor del paciente para o&tener una ima"en tridimensional $ la ima"en 'inal o&tenida mediante 4P*CT es el re'le(o de la distri&ución tridimensional del %"4&1#%"8"41% en el ór"ano o&(eto de estudio $ por tanto depender de las propiedades 'isioló"icas $ 'armacodinmicas

4$'

'&"041 4$' %"4&1093'&41.5//6.as aplicaciones ma$ormente son en el rea neuroló"ica $

tam&i)n en lo oncoló"ico.

a 3nica di'erencia e+istente entre 4P*CT $ P*T es ue el primer procedimiento utiliza radion3clidos emisores de 'otón simple, o sea ue emiten ra$os "ama normales como el tecnecioF@@m, mientras ue el P*T emplea radion3clidos emisores de positrones 5lo cual implica detección simultnea de > ra$os "ama por parte de > detectores opuestos6. *l 4P*CT en comparación con TC di'iere en ue en TC las im"enes se producen al re"istrar 'otones transmitidos a tra!)s del cuerpo, mientras ue en 4P*CT los 'otones son emitidos por el cuerpo del paciente. *l eco ue la TC use ra$os  $ el 4P*CT radiación "ama no re!iste importancia al"una.

>. R%DIOTR%Y%DOR*4


Página 


%l i"ual ue en una "amma"ra'ía simple, en caso donde los doctores necesiten sa&er la 'uente e+acta del san"rado intestinal, ellos pueden radiomarcar 5a-adir tomos radioacti!os6 a una muestra de "ló&ulos ro(os tomada del paciente. ue"o rein$ectan la san"re $ utilizan una tomo"ra'ía TCEFU (SPECT $0 $:;"<1') para se"uir la ruta de la san"re en el paciente. Cualuier acumulación de radioacti!idad en los intestinos in'orma a los doctores dónde $ace el pro&lema. Uno de los radion3clidos ms utilizados en ?edicina Nuclear es

Tc, ue deca e a @@Tc esta&le mediante una transición isom)rica. Con una

@@m

ener"ía amma de 10 Ee# $ una !ida media de = oras 5/1, /8,/<6, poseen una "ran e'iciencia de 'otoFpico para los cristales de centelleo de NaI 5Tl6 normalmente en uso. *l estudio de la per'usión cere&ral reuiere la utilización de radiotrazadores ue atra!iesen la &arrera ematoence'alica intacta $ se distri&u$an en las di'erentes estructuras corticales $ su&corticales proporcionalmente al 'lu(o san"uíneo re"ional cere&ral. 5106 a introducción de la 4P*CT a eco necesario, adems, ue estos trazadores permanezcan esta&l es en el cere&ro durante, al menos, el tiempo su'iciente para aduirir las im"enes de 4P*CT 5>0F 80 minutos6. 5/<6 %tendiendo a esta 3ltima premisa podemos di'erenciar entre trazadores de aclaramiento cere&ral rpido 5

188

e6, $ de aclaramiento cere&ral lento, como los nue!os

trazadores de per'usión para 4P*CT 51>8IFI?P, @@mTcF7?P%O $ @@mTcF*CD6. 5/<6 os primeros estudios 4$ F'1 S"0>0$1 C$%$2%"' R$&10"' (FSC%) mediante 4P*CT 'ueron realizados con

188

e, un "as inerte ue una !ez inalado atra!iesa la G7* $ muestra

un rpido aclaramiento cere&ral. 5/6 De&ido a sus características cin)ticas permite la o&tención de !alores a&solutos del K4Cr, pero presenta unas características 'ísicas 5&a(a ener"ía de emisión "amma e insu'iciente riueza 'otónica6 ue reuiere el uso de una instrumentación mu$ sensi&le, ue aun así, produce im"enes de mu$ &a(a resolución. Por Taller de investigación

Página !


ello se desarrollaro n nue!os trazadores, &asados en el

I, como la iodoan'etamina, ue se

?@

distri&u$e $ retiene en la corteza cere&ral por un mecanismo a3n no del todo aclarado. 5/<6 4u distri&ución cortical mantiene una relación lineal entre acti!idad tisular $ K4Cr para un amplio ran"o de 'lu(os sin em&ar"o el radion3clido tiene una corta !ida media $ de&e ser suministrado especí'icamente antes de la e+ploración, por lo ue se reduce su disponi&ilidad. %dems por sus características 'ísicas 5ele!ada ener"ía $ moderada a&undancia 'otónica6 produce im"enes de mala calidad. os trazadores marcados con tecnecio son los ue me(or se a(ustan a las características idóneas para el uso clínico rutinario de la ima"en cere&ral 'uncional tomo"r'ica. *l tecnecio se suministra en "eneradores ue se distri&u$en periódicamente a los 4er!icios de ?edicina Nuclear. %simismo presenta unas características 'ísicas en relación a su ener"ía 510 e#6, riueza 'otónica 5@0b6 $ corta !ida media 5= oras6, ue son ideales para 4P*CT. a $+"!$#"8&!" 1 MPAO $: 0 31!;$:#1 '&;15>'&31 "'#"!$0#$ &0$:#"2'$ &0 /&#%1, ue tras su administración intra!enosa presenta un rpido aclaramiento san"uíneo,

distri&u$)ndose en el or"anismo proporcionalmente al "asto cardíaco $ al 'lu(o san"uíneo relati!o, presentando mecanismos especí'icos de captación $ retención. De esta manera di'unde rpidamente a tra!)s de la G7* intacta por un mecanismo de di'usión pasi!a, con apro+imadamente una e'iciencia de un <0b en la primera e+tracción con un 'lu(o normal. %l minuto de la administración, se encuentra a ni!el cere&ral el 8.AF/b de la dosis, permaneciendo en el córte+ durante oras, pues la redistri&ución ue presenta es desprecia&le 5b de la dosis a las > oras6. *l trazador ueda retenido en la neurona de&ido a su tran s'ormación a un 31!;$:#1 &4%15>'&31 en su interior pro&a&lemente relacionada con una interacción con el "lutamato intracelular. a comprensión de este Taller de investigación

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eco es de "ran importancia, pues a ello se de&e ue las im"enes o&tenidas tras la administración del trazador sean el re'le(o de la per'usión cortical en el momento inmediatamente posterior a su in$ección, $ ue cualuier modi'icación del 'lu(o cere&ral posterior a la 'i(ación del 7?P%O producida por cualuier estímulo no se !ea re'le(ada en las im"enes. %sí, si administramos el 'rmaco tras la realización de un estímulo, aunue la aduisición de im"enes se realice con cierta demora, tras su reconstrucción estaremos o&ser!ando la distri&ución cortical del 7?P%O en el momento de su in$ección como si se tratase de una 'oto 'i(a. 5/<6 *l 7?P%O es un 'rmaco de utilización delicada de&ido a su inesta&ilidad in !itro. Por ello se estn desarrollando m)todos &asados en la adición de cloruro de co&alto o el azul de metileno con acción esta&ilizante, así como la síntesis de nue!os trazadores al"unos de los cuales estn introducidos $a en el mercado, como el dímero de etilcisteinato 5*CD6. *n la actualidad se estn incorporando $ desarrollando nue!os trazadores con a'inidad por neurorreceptores D> 5 1>8IFIGY?6, &enzodiacepínicos 5 1>8IFiomazenil6, colin)r"icos muscarínicos 51>8IFID*6, serotonin)r"icos 5 1>8IFEetanserina6, etc, ue en un 'uturo pró+imo ampliarn el campo de aplicaciones clínicas de la 4P*CT cere&ral.

8. G%4*4 KB4IC%4 D* % 4P*CT 8.1 Tiempo de semidesinte "raciónH Como se e+plicó con anterioridad la desinte"ración radioacti!a so&re la tendencia de los n3cleos a se"uir una con'i"uración ms esta&le modi'icndose internamente, emitiendo ener"ía, la e!olución de estos n3cleos radiacti!os a lo lar"o del tiempo si"ue una le$ e+ponencial decreciente. 5<06


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NN0exp- λt 4iendo [ la constante de desinte"ración radiacti!a ue representa la pro&a&ilidad ue tiene cada n3cleo de la sustancia considerada de desinte"rarse en la unidad de tiempo $ N

0

el

n3mero de n3cleo iniciales. *sta constante est relacionada con el periodo de semidesinte"racion 5T6 ma"nitud, con la ue en la prctica, se caracteriza a las sustancias radiacti!as, $ ue se de'ine como el tiempo ue a de transcurrir para ue el n3mero de tomos radiacti!os se reduzca a la mitad. a relación entre [ $ T esH T 0.=@8^ 

*n 4P*CT los isotopos radiacti!os empleados son emisores . os ms empleados en 4P*CT cere&ral son el @@mTc$ el 1>8I .*l @@mTces un emisor mono ener")tico, con 'otones  de ener"ía 10 Ee# $ periodo de semidesinte"racion de = oras, mientras ue el

1>8

I es un

emisor multiener"etico, cu$a línea ms intensa esta en 1A@ Ee# $ su periodo de semidesinte"racion es de 18 oras. 5<06 os procesos de interacción de los 'otones con la materia dependen principalmente de la ener"ía de los 'otones $ tam&i)n del medio atra!esado. *stos procesos sonH el e'ecto 'otoel)ctrico, el e'ecto Compton, la producción de pares, la dispersión coerente $ las reacciones 'otonucleares. *stas reacciones 'otonucleares solo tienen importancia para altas ener"ías 5superiores a los 10 ?e# $ empieza a ser rele!ante a partir de los A ?e#. *stos > procesos son desprecia&les para el ran"o de ener"ías de los 'otones emitidos por los isotopos radiacti!os ue se emplean en la t)cnica de 4P*CT. Para este ran"o de ener"ías los procesos de interacción radiaciónFmateria ms pro&a&les son los ue se descri&en a continuaciónH


Página $


8.> *'ecto Kotoel)ctrico *l e'ecto 'otoel)ctrico consiste en la emisión de electrones por un material al incidir so&re )l una radiación electroma"n)tica 5luz !isi&le o ultra!ioleta, en "eneral6. Para 'otones de &a(a ener"ía 5por de&a(o de los A0 Ee#6, el e'ecto 'otoel)ctrico es el proceso de interacción radiaciónFmateria ms pro&a&le. 5<06 a ener"ía del 'otón incidente es a&sor&ida completamente por el tomo con el ue interacciona, $ su ener"ía se trans'iere ínte"ramente a un electrón atómico. *ste electrón escapa del tomo con una ener"ía cin)tica i"ual a la di'erencia entre la ener"ía del 'otón incidente $ la ener"ía de enlace del electrón. *l tomo residual es un ion positi!o con una !acante electrónica en una de las capas ms internas. *ste eco pro!oca la reordenación de los electrones. %sí, cuando un electrón es e+pulsado de una ór&itasuperior5 mas ener")tico6 ocupa el lu"ar del electrón e+pulsado, pierde ener"ía loca ue pro!oca la emisión de un 'otón de 'luorescencia.

8.8 *'ecto compton Consiste en el aumento de la lon"itud de onda de un 'otón * 0 cuando 313" con un electrón li&re $ pierde parte de su ener"ía. a 'recuencia o la lon"itud de onda de la radiación dispersada dependen 3nicament e del n"ulo de dispersión . 5<0,<16 *l 'otón ue coca con un electrón de !alencia 5poco li"ado6 con!irti endo la ener"ía del 'otón en ener"ía cin)tica del electrón $ se emite un 'otón dispersado * con cierto n"ulo con respecto al 'otón incidente 56, teni)ndose así una relación entre ener"ía del 'otón incidente, ener"ía del 'otón dispersado $ el n"ulo de dispersión.5<06. Taller de investigación

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8. Dispersión coerente *ste tipo de interacción se produce cuando un 'otón incidente interacciona con un electrón de la nu&e electrónica del tomo, dando como resultado un 'otón con la misma ener"ía ue la del 'otón incidente $ des!iado un peue-o n"ulo respecto a la tra$ectoria inicial por tanto se trata de un cam&io de dirección sin cam&io de ener"ía. 5<06

. TO?OR%KO 4P*CT Permite detectar 'otones "ama emitidos por un cuerpo con dirección determinada. *ntonces así se puede o&tener im"enes en dos dimensiones ue representan la pro$ección de la distri&ución tridimensional de un trazador radiacti!o en el or"anismo. 5<>6 *stos tomó"ra'os estn con'ormados por una camilla en la ue reposa el paciente, > a 8 ca&ezales "iratorios 5con el colimador $ el detector6 $ un ordenador para el procesado de los datos.


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*l procesado de datos, con los al"oritmos de reconstrucción tomo"r'ica adecuados, permite la o&tención de la ima"en de la distri&ución de acti!idad espacial del trazador radiacti!o in$ectado.

A. KOR?%CIÓN D* %4 PRO9*CCION*4 Consiste en acer "irar el ca&ezal detector de una Cmara ama alrededor de la re"io de inter)s del cuerpo del paciente, $ aduirir un con(unto de pro$ecciones planares 5>D6, cada una de ellas correspondiente a un n"ulo determinado, $ en un ran"o ue como mínimo de&e ser de 1<0k.5<>6 *l pro&lema &sico de la reconstrucción en la tomo"ra'ía de emisión es estimar una distri&ución !olum)trica radiacti!o de un con(unto de > pro$ecciones &idimensionales 5aduisiciones &asadas en cmara6 o un con(unto de líneas de respuesta 5detectores de anillo aduisiciones con &ase6.

A.1 Detección 4e si"ue el mismo proceso ue en una "amma"ra'ía sencilla, el ca&ezal detector consta de un 3%&:#"' 4$ 3$0#$''$1 de NaI5Tl6, circular o rectan"ular, con dimensiones apro+imadamente de 0cm $ 1 cm de espesor, en 'rente del cual se coloca un colimador de P& para minimizar la incidencia o&licua.5<06 os 'otones detectados depositan parcial o totalmente su ener"ía en el cristal, mediante e'ecto 'otoel)ctrico o Compton. os cristales


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de centelleo tienen la propiedad de emitir, en 'orma de luz, la ener"ía depositada por el 'otón en su interacción con el cristal. *stas trans'erencias de ener"ía permiten la e+citación de los tomos de Tl pró+imos al n3cleo, ue al !ol!er al estado 'undamental, emiten 'otones !isi&les 5pró+imos al ultra!ioleta6. a luz emitida es proporcional a la ener"ía depositada en el material 5propiedad de luminiscencia. os 'otoelectrones "enerados producen e+citaciones $ emisiones secundarias de 'otones de luz !isi&le 5centelleo6 en el ran"o !ioletaFazul. os 'otones luminosos son conducidos por la "uía de luz asta los 'otomultiplicadores, los cuales permiten trans'ormar esta ener"ía luminosa en corriente el)ctrica. Cuando un 'otón luminoso alcanza el 'otoctodo de un tu&o 'otomultiplicador,arranca al"unos electrones ue son acelerados por un campo el)ctrico antes de alcanzar un dinodo. os electrones arrancados $ acelerados de dinodo en dinodo, ampli'ican la corriente en la salida del 'otomultiplicador. a amplitud de la se-al ser ma$or para los 'otomultiplicadores ms cercanos al punto de interacción 'otónFcristal. a electrónica asociada a los di'erentes 'otomultiplicadores permite localizar espacialmente el 'otón incidente $ cuanti'icar su ener"ía.

*n el proceso de detección a$ ue tener en cuentaH


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a6 a e'iciencia del dete ctorH No todos los 'ot ones ue inciden en el detector son detectados, al"unos no producirn se-al al no interaccionar con el cristal de centelleo. &6 *l tiempo muerto de detecciónH Despu)s de realizar una detección el detector tiene un tiempo muerto durante el cual es inoperante $ ue es de entre 1 $ A microse"undos. c6 a loca lización del detectorH De&i do al transporte de la luz en el cristal, la posición en la ue se a producido la interacción no ueda per'ectamente determinada. a imprecisión en la ener"ía depositada determina la resolución en ener"ía del detector. Un !alor típico de la resolución en ener"ías de los detectores de centelleo usados en las "amma cmaras actuales es de un 10b para isotopos con 'otopicos de ener"ía entre los 100 $ los >00 Ee#. %sí se eli"e lo ue se denomina la !entana de aduisición5es decir, el inter!alo de ener"ía de los 'otones aceptados para construir la ima"en6. *sto si"ni'ica ue solo se puede discriminar asta un cierto límite entre los 'otones ue no an su'rido dispersión5'otones primarios6 $ los ue pro!ienen de una dispersión 5 $ ue por tanto, an su'rido perdida de ener"ía 6. Para reco"er una cantidad si"ni'icati!a de 'otones primarios el anco de esta !entana de&ería estar entre el 1AF>0b de la ener"ía del 'otopico, lo ue implica ue una parte importante de los 'otones detectados dentro de la !entana del 'otopico an su'rido dispersión. os 'otones detectados se acumulan en una matriz ue representa el plano de detección di!ido en unas unidades denominadas pi+eles. Normalmente se utilizan matrices cuadradas.


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*l tama-o a&itual de los matices empleados en los estudios del cere&ro es de 1><+1>< pi+eles. A.>R econstrucción

de

las

Im"enes

4P*CTH

Un pro&lema &sico en la 'ormación de im"enes de radion3clidos es ue las im"enes o&tenidas son pro$ecciones &idimensionales de distri&uciones de 'uentes tridimensionales. 5//,/<6 De&ido a la naturaleza estadística de la desinte"ración radiacti!a $ el proceso de detección, la presencia de ruido en los datos aduirir es ine!ita&l e, por lo ue una solución e+acta no es alcanza&le.5<86 Por otra parte, las peue-as di'erencias entre las pro$ecciones, de&ido a 'actores instrumentales, 'ísicos, estadísticos o clínica, podr introducir alteraciones si"ni'icati!as en los cortes reconstruidos, lo ue lle!a a una solución inesta&le.5/<6

Im"enes de estructuras a una pro'undidad en el paciente son ocultadas por im"enes de estructuras ue se encuentran en la misma pro$ección. 5/@,<>6 Una solución es acer distintas pro$ecciones pero son di'íciles de interpretar con distri&uciones comple(as. 5<86 %unue todos estos ecos demuestran ue la reconstrucción tomo"r'ica es un pro&lema mal planteado, es 'acti&le para o&tener una solución cerca de la distri&ución dada, tanto en el !isual $ los aspectos cuantitati!os, por lo ue un resultado dia"nóstico 'ia&le es "eneralmente posi&le. Taller de investigación

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7a$ &sicamente > en'oues para resol!er el pro&lema de la reconstrucciónH analítica e iterati!o, cada una presenta sus propias !enta(as $ limitaciones. a elección de uno u otro depende &sicamente en el o&(eti!o clínico del estudio $ de la posi&ilidades de computación suministrados por los 'a&ricantes de sistemas de 'ormación de im"enes. 5//6 A.>.1 ?)todos %nalíticos a estrate"ia adoptada por los m)todos analíticos consiste en o&tener cortes tomo"r'ico s por resol!er el pro&lema in!erso de las pro$ecciones de, es decir, del con(unto de datos aduiridos, ue 'orma la trans'ormada de radón, estimar la distri&ución in!irtiendo esta trans'ormación.5<06 *l ms &ien conocido de estos m)todos es el 'iltrado nue!o pro$ección 5KGP6, &asado en el se"mento Central del teorema 5una dimensiones Kourier trans'orma de una pro$ección es i"ual a la > dimensiones Kourier trans'orma de la re&anada a reconstruido6 $ 'cil de implementar. 5/<,<>6 A.>.> ?)todos Iterati!os ?)todos iterati!os a partir de una estimación de la suposición del o&(eto 5puede ser una 'uente uni'orme6, ue se pro$ecta por un operador ue inclu$e las características principales de todo el proceso de la pro$ección de ima"en, $ las pro$ecciones resultantes son en comparación con el con(unto aduirido $ se "eneran im"enes de di'erencia. *stas im"enes se utilizan para modi'icar la solución de la con(etura $ nue!as pro$ecciones de se "enera $ se comparan. 5<16

VI. TOMOGRAFIA POR EMISION DE POSITRONES 1. D*KINICIONH


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a tomo"ra'ía por emisión de positrones o P*T 5por las si"la s en in"l)s de Positrón Emission Tomography) (!) es una t)cnica no in!asi!a empleada en la medicina nuclear

ue, a tra!)s del uso de una peue-a cantidad de una sustancia radioacti!a llamada radion3clidos o radio'rmacos, nos permite o&tener im"enes del interior del or"anismo las cuales nos o'recen in'ormación 'uncional so&re los procesos meta&ólicos del cuerpo umano. *sta tecnica implica o&tener im"enes a partir de radionucleidos emisores de positrones, aunue reuiere la detección simultnea de dos 'otones "ama 5cada uno de A11 Ee#6. os radionucleidos ue emiten positrones se producen por medio de un ciclotrón 5en !ez de un reactor6 $ auellos de aplicación clínica poseen !ida media relati!amente corta de manera ue el ciclotrón de&e estar u&icado a corta distancia de la cmara P*T 5por e(emplo, el tiempo de traslado para usar KluorF1<, de 110 minutos de !ida media, de&e ser idealmente menor a > oras de puerta a puerta6. *l P*T permite o&tener im"enes 'uncionales cuantitati!as de alta calidad, cu$o !alor dia"nóstico a ido en aumento. a tomo"ra'ía por emisión de positrones 5P*T6 es una 'orma de dia"nóstico por ima"en ue sin lu"ar a dudas a lle"ado a ser una poderosa erramienta cientí'ica $ clínica para el monitoreo de los procesos &iouímicos en el cuerpo umano principalmente. *ste lo"ro !a de la mano, en "ran medida, "racias a los a!ances en la instrumentación, así como en la uímica sint)tica. as aplicaciones del estudio P*T en el dia"nóstico e in!esti"ación de las en'ermedades permite el estudio de la cuanti'icación in !i!o del meta&olismo del te(ido local, su &iouímica, así como su 'armacolo"ía $ consiste en la detección, !isualización $ cuanti'icación de la distri&ución radiacti!a del radion3clido emisor de positrones, los cuales


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son retenidos de 'orma selecti!a como trazadores, en los sistemas &ioló"icos en estudio. 5<86

>. 7I4TORI% Para ue el estudio P*T lle"ara a ser una realidad ms ue una !isión, tu!o ue pasar por un lar"o periodo de tiempo, desde los primeros intentos para la o&tención de las primeras im"enes empleando emisores de positrones, asta con!ertirse en la erramienta clínicamente 3til ue es o$ en día. a istoria del desarrollo del P*T es rica e interesante, en donde in!esti"adores de distintas disciplinas inclu$endo 'ísicos, matemticos, uímicos, m)dicos $ &iólo"os, an (u"ado un papel mu$ importante en distintas )pocas. Un aspecto 'undamental de la istoria del estudio P*T comienza con el descu&rimiento teórico $ e+perimental del positrón. a e+istencia $ propiedades del positrón 'ueron predicas en 1@>/ por un 'ísico 'ranc)s P.%.?. Dirac. Posteriormente, en 1@8>, C.D. %nderson, 'ue el primero en detectar los positrones en los ra$os cósmicos. *l positrón es una partícula su&atómica ue posee la misma masa del electrón pero con car"a el)ctrica opuesta, la cual es la antimateria del electrón. *l positrón posee una característica &sica $ 'undamental, ue al encontrarse con el electrón se aniuila $ el resultado es la "eneración de dos 'otones ue !ia(an en direcciones opuestas. ?ucos in!esti"adores demostraron la !enta(a de la ima"en por positrones empleando t)cnicas de detecciónF@. *n la Ki"ura > se muestra una representación esuemtica de la detección por coincidencia de los ra$os "amma "enerados en la reacción de aniuilación de los positrones $ su utilidad en la "eneración de la ima"en P*T. Por consi"uiente, estas propiedades causaron curiosidad en los in!esti"adores para &uscarles una aplicación. Casi a 'inales del Taller de investigación

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a-o 1@A0 'ue posi&le aplicar las propiedades de la aniuilación de los positrones en la detección de los cnceres cere&rales, así como de otras en'ermedades con la a$uda de sistemas de detección mu$ simples. *n la Ki"ura 815!er ane+os6 se encuentra el primer instrumento para la "eneración de im"enes tomo"r'icas $ su creador el Dr. Gro2nell, uien 'ue el pionero en esta rea5<86. % pesar del eco de ue la instrumentación $ la "eneración de im"enes empleadas no eran mu$ so'isticadas, las im"enes o&tenida s con este euipo eran sensi&lemente me(ores ue las o&tenidas por otros instrumentos de ima"en disponi&les asta entonces. os m3ltiples detectores ue rodea&an la ca&eza del paciente 'ueron dise-ados para la medición del 'lu(o san"uíneo cere&ral re"ional. 7acia 'inales de 1@=0, se desarrolló una nue!a !ersión del tomó"ra'o en el ue se lo"ró incrementar la sensi&ilidad $ se tu!o la posi&ilidad de o&tener im"enes tridimensionales $ "randes lo"ros 'ueron alcanzados en los primeros estudios con radio'rmacos emisores de positrones. *l desarrollo de modernos euipos P*T reuirió del desarrollo de t)cnicas matemticas necesarias para la reconstrucción de las im"enes tomo"r'icas. No o&stante ue los lo"ros alcanzados asta entonces eran mu$ alentadores, los sistemas de detección "enera&an resultados con mu$ &a(a resolución porue los m)todos de reconstrucción empleados no eran los adecuados. No 'ue sino asta principios del a-o de 1@=/ cuando se comenzaron a estudiar los procesos para la reconstrucción de las im"enes tomo"r'icas. os a!ances del P*T se dieron lentamente asta antes del desarrollo de t)cnicas ms a!anzadas en la reconstrucción de im"enes ue acompa-aron el desarrollo de la tomo"ra'ía computarizada, la cual emplea&a los ra$os . *n 1@/@, od're$ 7ouns'ield $ %lan CormacE 'ueron "alardonados con el premio No&el de medicina por su contri&ución Taller de investigación

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en el desarrollo de la tomo"ra'ía computarizada. a !ersión ms moderna del euipo P*T 'inalmente lle"ó a ser una realidad $ 'ue lle!ada a ca&o por el Xuím. ?icael Pelps a mediados de 1@/A. %unue esta nue!a modalidad, asta entones considerada como (o!en, tenía un nue!o reto, el cual se centra&a aora en la disponi&ilidad de "enerar en "randes cantidades los radion3clidos emisores de positrones necesarios para la producción de los radio'rmacos P*T. a tomo"ra'ía por emisión de positrones 5P*T6 se a desarrollado como una erramienta de ima"en en la cuanti'icación de la per'usión miocrdica $ en la &3sueda de te(ido !ia&le en pacientes con en'ermedad arterial coronaria a!anzada sin em&ar"o, de&ido a su alto costo $ poca disponi&ilidad en al"unos países, el P*T no es una t)cnica de 'cil reproducción a di'erencia de la Tomo"ra'ía Computarizada de 4imple *misión de Positrón 54P*CT6. De&ido al rpido crecimiento de esta modalidad de ima"en en el campo de la oncolo"ía, la disponi&ilidad de instrumentación P*T en mucos departamentos de ima"en est a&riendo una nue!a oportunidad para su aplicación en la cardiolo"ía. *n los primeros euipos P*T el uso de 'uentes de radiación e+ternas 5e=<6 para la aduisición de las im"enes de transmisión, ue se utiliza&an para la corrección por atenuación, acían si"ni'icati!amente prolon"ado el tiempo de aduisición de los estudios P*T 5=0 minutos por estudio en promedio6. *n los euipos actuales la corrección por atenuación se ace utilizando euipos de tomo"ra'ía computarizada 5CT6, disminu$endo considera&lemente el tiempo de aduisición de los estudios 51F >1 minutos en promedio6. To2nsend $ Cerr$, 'ueron los primeros en realizar la com&inación de am&as modalidades en >0011A. *l P*TFCT 'ue rpidamente aceptado en la prctica oncoló"ica, $a ue no aporta 3nicamente mediciones e'icientes de la atenuación, tam&i)n com&ina la inte"ración de in'ormación meta&ólica $ Taller de investigación

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mor'oló"ica para la detección, 'ase de estadio del tumor $ control de la terapia. a com&inación de am&os estudios dentro de la cardiolo"ía es altamente 3til para la e!aluación de la calci'icación coronaria, an"io"ra'ía coronaria no in!asi!a $ la de'inición de te(idos cardiacos $ !asculares. as nue!as cmaras P*TFCT utilizan peue-os cristales, los cuales aportan una e+celente resolución espacial. *n las im"enes cardiacas, esto (ue"a un papel importante en la minimización de e'ectos de !olumen parcial, me(orando la resolución espacial de /.0 a .A mm, resultando un incremento de apro+imadamente el 80b en la recuperación de cuentas esto &asado en el promedio de espesor de la pared !entricular ue es de apro+imadamente 10 mm. Por lo tanto, el uso de euipos P*TFCT de alta resolución permite la posi&ilidad de realizar mediciones de la distri&ución re"ional del radiotrazador dentro del miocardio $ la cuanti'icación de mediciones 'isioló"icas como el 'lu(o san"uíneo $ el meta&olismo cardiaco. %ctualmente, el estudio P*T es el medio de dia"nóstico de !an"uardia ue emplea las propiedades especiales de la aniuilación de los positrones creando así, con la a$uda de un so't2are, im"enes tridimensionales de la &iodistri&ución de un radio'rmaco en el or"anismo. *l P*T actualmente es considerada como una a!anzada t)cnica de dia"nóstico por ima"en de uso en medicina nuclear en la ue se emplean radio'rmacos P*T, los cuales son administrados al su(eto de dia"nóstico en cantidades traza, por lo ue esta peue-ísima cantidad administrada 5en al"unos casos pico"ramos6 no pro!oca nin"3n da-o secundario al paciente, aciendo de esta t)cnica un m)todo de dia"nóstico se"uro, e'icaz $ de &a(o costo.


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8. G%4*4 KB4IC%4. '#( Proceso de ani"#ilación.

*l positrón o antielectrón es una partícula elemental, antipartícula del electrón. Posee la misma cantidad de masa $ car"a el)ctrica sin em&ar"o, esta es positi!a. Cuando un positrón es emitido desde el n3cleo, !ia(a una corta distancia perdiendo ener"ía asta ue interact3a con un electrón del medio, de modo ue am&os se aniuilan 5desaparecen6. a masa del electrón $ del positrón se con!ierte en ener"ía &a(o 'orma de dos ra$os "ama 5cada uno de A11 Ee#6, ue !ia(an en direcciones opuestas 5a 1<0h6. a ener"ía del positrón determina la distancia ue recorre antes de la aniuilación, pero siempre el resultado de )sta es la producción de dos 'otones de A11 Ee#.*n P*T es emitido simultneamente un par de 'otones $ en consecuencia su detección in!olucra un par de detectores en situación opuesta ue de&e re"istrar e!entos en un mismo instante de tiempo 5por coincidencia6. '#) P#nto de ani"#ilación. De&ido a ue dos 'otones !ia(an en direcciones opuestas, el punto de aniuilación

estar u&icado en una línea recta ue une am&os puntos de detección. *sto si"ni'ica ue la in'ormación direccional se puede determinar :electrónicamente; sin la necesidad de una colimación con!encional, es decir ue como la detección no se limita a auellos 'otones ue !ia(an en n"ulos rectos respecto al detector, la sensi&ilidad es !arias !eces ma$or en P*T ue para 4P*CT.

'#' $ten#ación.

*n la detección de 'otones por coincidencia, la atenuación depender solamente del recorrido total a tra!)s del paciente, pero ser independiente de la u&icación e+acta del


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e!ento de aniuilación en la pro'undidad del te(ido. a detección de e!entos de positrones necesita la lle"ada al detector de am&os 'otones de A11 Ee#. a p)rdida de cualuiera de los 'otones de&ido a la atenuación si"ni'ica ue la detección de coincidencia no se lle!ar a ca&o. Por tanto, !emos ue el n3mero de e!entos detectados depender de la pro&a&ilidad de ue am&os 'otones alcancen los detectores. a corrección de aten#ación en P*T se &asa en ue, independientemente de la localización del e!ento de aniuilación, uno u otro de los 'otones atra!esarn la totalidad del espesor corporal. De eco, lo mismo se aplica para una 'uente de positrones colocada 'uera del cuerpo, situación en la cual uno de los 'otones no ser atenuado mientras ue el otro de&er atra!esar la totalidad del cuerpo. *ste eco permite una medida directa de la atenuación para cada tra$ecto del ra$o "ama ue atra!iesa el cuerpo utilizando una 'uente de transmisión e+terna.

. CO?PON*NT*4 D* P*T

a instrumentación en P*T se a desarrollado considera&lemente desde los primeros sistemas dise-ados. *l sistema consiste &sicamente en m3ltiples detectores en anillo, $ cada anillo contiene un (ue"o de peue-os detectores. *l dise-o de los sistemas P*T a intentado satis'acer di'erentes o&(eti!osH M a me(oría en la resolución se lo"ra reduciendo el tama-o del cristal, sin em&ar"o para e!itar ue al"unos 'otones escapen de los cristales peue-os, se an com&inado !arios cristales en un módulo o :&loue; al cual se acoplan !arios tu&os 'otomultiplicadores relati!amente "randes. Típicamente, dos (ue"os de &loues pro!een 1= anillos, cada uno con A1> detectores, ue lue"o de la reconstrucción proporcionan 81 planos cu&riendo 10.< cm en sentido a+ial. ?s recientemente, los dise-os intentan e+tender la dimensión a+ial a 1AF1= cm.


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M a u&icación de la interacción "ama se identi'ica usando una luz compartida entre los tu&os 'otomultiplicadores, mientras ue la se-al sumada del &loue pro!ee in'ormación de la ener"ía de modo similar a una cmara %n"er estndar. M Clsicamente se utiliza colimación plomada en 'orma de septos de 1+<0 mm, lo cual reduce si"ni'icat i!amente la radiación dispersa $ las detecciones aleatorias. Reciente s desarrollos prescinden de estos septos, de modo ue no e+iste colimación lo cual me(ora potencialmente la sensi&ilidad. M 4e aplican !arias correcciones a los datos antes de la reconstrucción para corre"ir las !ariaciones en la sensi&ilidad del detector, el tiempo muerto, los e!entos aleatorios $ la atenuación. .1 ?ateriales detectores. as características ms importantes de los detectores de centelleo inclu$enH alta densidad $ n3mero atómico e'ecti!o, alta producción de luz $ !elocidad de respuesta. M *l alto n3mero msico $ el alto n3mero atómico e'ecti!o ma+imizan el poder de 'renado del cristal $ por lo tanto la detección de las radiaciones. %dicionalmente, un cristal con un alto n3mero atómico tendr una ma$or proporción de e'ecto 'otoel)ctrico ue de interacciones Compton, 'acilitando la discriminación de ener"ía de los 'otones dispersos. M a alta producción de luz reduce la ine+actitud estadística 5ruido6 en el centelleo $ la electrónica asociada $ por lo tanto me(ora la resolución de ener"ía. M Un cristal rpido 5con un corto período de decaimiento del centelleo6 permite el uso de !entanas de coincidencia an"ostas reduciendo la tasa de conteo aleatorio. *n los primeros euipos P*T se usaron cristales de $oduro de sodio acti!ado con talio NaI5Tl6. ?s tarde aparecieron los detectores con ma$ores densidades $ n3meros atómicos e'ecti!os como el GO, 4O $ 4O con!irti)ndose en los detectores de Taller de investigación

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elección por su ma$or poder de 'renado para los ra$os "ama de A11FEe# de la aniuilación. *ntre estos 8 3ltimos materiales, 4O $ 4O tienen una ms rpida producción de luz ue el GO. % su !ez, el 4O posee ma$or capacidad de producción de luz $ el 4O tiene me(or resolución de ener"ía $ capacidad de recazo de scatter. .> Con'i"uración de los detectores. *n los P*T dedicados, los detectores com3nmente estn dispuest os en anillos o en disposiciones poli"onales discretas. *n dicos sistemas se utiliza detección multicoincidencia en a&anico, con cada elemento detector operando en coincidencia con m3ltiples elementos detectores opuestos. Un &loue detector consiste de una pieza c3&ica de centelleadores de >F8 cm de lado 'ormando un con(unto rectan"ular de elementos. os cristales ms peue-os me(oran la resolución espacial pero al aumentar el n3mero de elementos, la 'racción de la super'icie del detector ocupada por el material de relleno entre los elementos aumenta $ por tanto la sensi&ilidad intrínseca disminu$e. a respuesta del &loue detector no es uni'orme. a ma$or !enta(a del &loue es ue permite una disposición de mucos elementos detectores peue-os 5típicamente <<  =6 ue permite utilizar solamente  tu&os 'otomultipliadores 5P?Ts6 en !ez de un P?T por elemento, lo"rando ma$or resolución espacial $ minimizando costos. as cmaras P*T modernas tienen "eneralmente 8F anillos con 100F>00 &loues detectores cada uno. Cada &loue consiste en un "rupo de ==  8= a <<  = elementos de  a == mm cada uno, aciendo un total de 10,000 a >0,000 elementos detectores. *l dimetro del anillo !a de <0 a @0 cm, el campo de !isión trans!ersal de A0 a /0 cm, $ el a+ial 5o lon"itudinal6 de >0 a 80 cm, lo"rando alrededor de A0 im"enes en el plano transa+ial de > a  mm de espesor cada una. Un desarrollo reciente, alternati!o al Taller de investigación

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&loue detector, es la matriz detectora pi+elada, donde peue-os elementos indi!iduales 5típicamente de = mm de super'icie por >0 mm de pro'undidad6 se conectan a una "uía de luz ue lle!a al &loue de P?Ts. .8 %duisición de datos en >D !ersus 8D os P*T ori"inales emplearon en los anillos paredes de plomo o tun"steno, o septos colocados entre los elementos detectores. *n estos modelos, llamados >D P*T, los septos anulares entre los anillos de'inen plano por plano las líneas de respuesta $ eliminan "ran cantidad de 'otones de aniuilación 'uera del plano. ?inimizado la contri&ución de e!entos aleatorios $ radiación dispersa 'uera del plano, la calidad de la ima"en es optimizada, especialmente para 'uentes de "ran !olumen como el P*T de cuerpo entero. 4in em&ar"o, el >D P*T tam&i)n elimina mucos e!entos !erdaderos $ por lo tanto reduce considera&lemente la sensi&ilidad. os planos de ima"en son reconstruidos dentro del mismo anillo detector $ entre dos anillos detectores ad$acentes respecti!amente 5planos :directos; $ :cruzados;6. Un con 8> anillos detectores lo"ra un total de =8 planos de ima"en comprendiendo 8> directos $ 81 cruzados en "eneral, un euipo con n anillos de elementos detectores &rindar un total de 5>n V 16 planos de ima"en. a sensi&ilidad puede ser incrementada sustancialmente eliminando los septos e inclu$endo e!entos de coincidencia en todas las líneas de respuesta 5ORs6 para todos los detectores. Un sistema con q10,000 detectores tendr apro+imadamente 100 millones de ORs. *sto es conocido como 8D P*T, $ es ampliamente usado en los sistemas actuales. a sensi&ilidad aumenta apro+imadamente cinco !eces en P*T 8D en relación con el >D, pero con un considera&le aumento en la tasa de conteo de e!entos aleatorios $ scatter. Para compensar el aumento de scatter en la tasa de conteo, Taller de investigación

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en P*T 8D se reuiere detectores con me(or resolución de ener"ía $ al"oritmos de corrección de scatter. Para minimizar el aumento de la tasa de e!entos aleatorios re"istrados, es necesaria una !entana de tiempo de coincidencia ms corta $ por lo tanto detectores ms rpidos. Todo esto se lo"ra con detectores de 4O $ 4O. *l tiempo de procesamiento de los datos para el P*T 8D es apro+imadamente el do&le ue para el >D.

A. KUNCION%?I*NTO D* UN P*T

#.1 Corrección del tiempo muerto. Como todo sistema de detección, los euipos P*T tienen una p)rdida de cuentas relacionada con el tiempo muerto. Lste se de'ine como el tiempo reuerido para ue un sistema de conteo re"istre $ procese completamente un e!ento, durante el cual un e!ento adicional no podr ser re"istrado. Como resultado, la tasa de conteo medida es sistemticamente menor ue la real. 4in em&ar"o, esta p)rdida de cuentas sólo es si"ni'icati!a a tasas de conteo mu$ altas. Para sistemas P*T con anillos multidetectores, las cuentas perdidas de&ido al tiempo muerto son mínimas con las dosis clínicas administradas. % pesar de eso, es rutinariamente aplicada una corrección en tiempo real, para compensar las cuentas perdidas por el tiempo muerto. #.> Corrección de los e!entos aleatorios. os e!entos aleatorios aumentan la tasa de conteo detectada contri&u$endo a e!entos de coincidencia colocados en 'orma espuria $ por tanto reduciendo el contraste $ distorsionando la relación entre la intensidad de la ima"en $ la concentración de acti!idad. a solución estndar para corre"ir los aleatorios consiste en el llamado :m)todo de la !entana tardía; 5:dela$ed 2indo2;6, $ se &asa en el eco de ue los ra$os "ama ue coinciden en 'orma aleatoria no se Taller de investigación

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correlacionan temporalmente 5no son emitidos simultneamente6. *l n3mero de e!entos en la !entana tardía &rinda una estimación del n3mero de e!entos aleatorios en la !entana de coincidencia, lo cual se emplea para su corrección apro+imada. #.8 Normalización. %3n los sistemas P*T con un desempe-o óptimo muestran una respuesta no uni'orme. *ntre los 10,000 a >0,000 elementos detectores en un anillo de un euipo moderno, las peue-as !ariaciones de espesor, propiedades de emisión de luz, desempe-o electrónico, etc, resulta en peue-as di'erencias en la tasa de conteo para la misma acti!idad. #. Corrección de radiación dispersa. %l i"ual ue los e!entos aleatorios, el scatter resulta en reducción del contraste $ distorsión de la relación entre la intensidad de la ima"en $ la concentración de acti!idad. *l scatter es particularmente pro&lemtico en P*T de&ido a la anca !entana de ener"ía usada para mantener una alta sensi&ilidad en !ista de la relati!amente po&re resolución ener")tica de los detectores P*T. M *n el P*T >D, la corrección de scatter es &astante sencilla. Una !ez aplicada la corrección de aleatorios, las colas peri')ricas en los per'iles de cuentas de las pro$ecciones de la ima"en, presumi&lemente de&idas e+clusi!amente a radiación dispersa, son a(ustadas a una 'unción matemtica $ sustraídas 5decon!olucionadas6 del per'il medido para lo"rar los per'iles corre"idos por scatter para la reconstrucción de la ima"en tomo"r'ica. %unue esta solución 'unciona razona&lemente &ien para P*T >D $ para peue-os !ol3menes como el cere&ro en 8D, en "eneral no es adecuado para P*T 8D. M as correcciones para P*T 8D inclu$en m)todos &asados en do&le !entana de ener"ía, en con!olución^decon!olución 5anlo"os a la corrección en >D P*T6, estimación directa de la distri&ución de scatter 5con simulación ?onte Carlo6, $ Taller de investigación

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reconstrucción iterati!a inclu$endo compensación de scatter 5tam&i)n empleando simulación ?onte Carlo6. *n la ma$oría de los sistemas comerciales se a implementado la simulación ?onte Carlo $ la sustracción de scatter. #.A Corrección de atenuación. Constitu$e la corrección ms importante en P*T, sin em&ar"o, una de las características ms atracti!as del P*T es la aplicación relati!amente 'cil de correcciones e+actas $ precisas de atenuación, &asada en el eco ue la atenuación depende solamente del espesor total del medio atenuante. a aduisición simultnea de emisión^transmisión es o&!iamente el m)todo ms e'iciente $ rpido pero puede resultar en tasas de conteo de scatter $ aleatorios e+cesi!amente altas. *l m)todo se implementa como si"ueH M 4in el paciente presente, se usa una 'uente para determinar la tasa de conteo de coincidencia re"istrada en aire como re'erencia o estudio :en &lanco;. Normalmente la 'uente es rotada durante la aduisición. M *stando el paciente en posición 5antes de in$ectarse6, se o&tiene un nue!o estudio de transmisión usando la 'uente e+terna. *n este caso, la tasa de conteo de coincidencia es menor de&ido a la atenuación corporal M a tasa de conteo medida correspondiente a la 'uente de transmisión se compara con la tasa de conteo sin el paciente 5estudio :en &lanco;6 a 'in de calcular los 'actores de corrección para cada posi&le tra$ecto en línea recta ue atra!iese al paciente. M *n consecuencia, las medidas pueden ser e+actamente corre"idas por atenuación antes de la reconstrucción. *sto se lle!a a ca&o multiplicando las cuentas re"istradas en cada pi+el del sino"rama por el 'actor de corrección calculado para la correspondiente tra$ectoria. De&ido a esta corrección directa, los resultados del P*T se consideran cuantitati!os, mientras ue, tradicionalmente el 4P*CT se consideran solamente cualitati!os o semicuantitati!os. *s interesante notar ue los 'actores de corrección de Taller de investigación

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atenuación son ma$ores para P*T ue para 4P*CT. %unue los 'otones de A11 Ee# su'ren menor atenuación ue los 'otones de menor ener"ía normalmente usados en 4P*CT, la atenuación com&inada de los 'otones do&les resulta en 'actores de corrección de asta 10^cm en el crneo $ entre =0 $ 100 para el resto del cuerpo. Comprese esto con los 'actores de >.A $ A a 10 respecti!amente ue se aplican a 4P*CT usando @@mFTc. #.= %econstrucción de la ima$en. *l proceso de reconstrucción propiamente dico, es esencialmente id)ntico ue para 4P*CT. 4uponiendo ue los datos son aduiridos con un n3mero de n"ulos su'iciente alrededor del paciente, )stos pueden ser or"anizados para 'ormar un (ue"o con!encional de pro$ecciones para cada n"ulo 5o sino"rama6 $ la reconstrucción realizada mediante m)todos de retropro$ección 'iltrada o iterati!os. a 'ormación de im"enes de P*T cuantitati!as reuiere de los si"uientes (ue"os de datosHun arci!o con los datos de emisión a ser reconstruidos,un arci!o de normalización para corre"ir la respuesta del sistema,un CT o un arci!o de transmisión para la corrección de atenuación $ el estudio en &lanco, tam&i)n para la corrección de atenuación. *n el P*T >D, los datos de emisión son las pro$ecciones en una dimensión de los planos aduiridos en los di'erentes n"ulos relati!os al e(e lon"itudinal del sistema. *l (ue"o completo de datos de pro$ecciones >D es usualmente representado como una matriz &idimensio nal en las coordinadas polares conocida como sino"rama en el cual se representa la intensidad de la pro$ección a di'erentes posiciones an"ulares. *n P*T 8D, las pro$ecciones son &idimensionales 5+r,$r6. *l "rupo de datos completo de pro$ecciones es representado por un (ue"o de sino"ramas, con Taller de investigación

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un sino"rama por cada n"ulo polar. a ma"nitud de datos 8D es muco ma$or ue los datos >D, por lo cual es pre'eri&le reducirlos a un tama-o ms mane(a&le para la reconstrucción. *sto se lo"ra mediante un proceso llamado :reF&innin"; del (ue"o de sino"ramas 8D ue lo trans'orma en un "rupo de sino"ramas directos >D. *l m)todo de elección actual es el reF&innin" de Kourier 5KOR*6, &asado en la trans'ormada de Kourier de los sino"ramas o&licuos >D. *n contraste a otros m)todos como el sin"leFslice reF&innin" 544RG6 $ el multiFslice reF&innin" 5?4RG6, el KOR* no puede ser realizado en tiempo real $ por lo tanto reuiere el (ue"o de datos 8D completo. ue"o del re&innin" >D de los datos 8D, se aplica un al"oritmo de reconstrucci ón >D ue puede ser usado tanto para los datos 8D como >D. *s de notar ue el procesamiento de los datos de emisión lue"o de la corrección por tiempo muerto $ e!entos aleatorios, o sea la normalización, la corrección de scatter $ la corrección de atenuación, se realizan a&itualmente en el espacio del sino"rama. M a retropro$ección 'iltrada 5KGP6 contin3a siendo uno de los m)todos ms usados de reconstrucción de im"enes tomo"r'icas tanto en 4P*CT como en P*T. *l procedimiento &sico es el si"uienteH a cada pro$ección se aplica una trans'ormada de Kourier del dominio espacial real al dominio de las 'recuencias la pro$ección es 'iltrada en el espacio de las 'recuencias utilizando un 'iltro rampa a la pro$ección 'iltrada se aplica la trans'ormad a in!ersa de Kourier del dominio de las 'recuencias al dominio espacial en el espacio real las pro$ecciones 'iltradas son retro pro$ectadas so&re la matriz de reconstrucción. a ima"en reconstruida resultante es ine+acta porue el 'iltro rampa inclu$e el arte'acto en estrella, de'ectos de muestreo $, por de'inición, ampli'ica el ruido estadístico ue cae en las 'recuencias altas. Para Taller de investigación

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compensar estos e'ectos se utilizan 'iltros pasaF&a(o ue modi'ican la 'unción rampa, a 'in de eliminar :resultante tiene menor resolución especial, es muco menos :ruidosa;. M os al"oritmos iterati!os intentan re'inar pro"resi!amente la estimación de la distri&ución de acti!idad, en !ez de calcular )sta directamente. 4e &asan en la comparación sucesi!a de los datos reconstruidos con los datos ori"inales so&re los cuales son re pro$ectados, asta alcanzar una coincidencia acepta&le 5con!er"encia6 se"3n un !alor pre!iamente especi'icado. os al"oritmos de reconstrucción iterati!a permiten incorporar e'ectos de atenuación $ scatter. *l al"oritmo llamado de :ma+imumFliEeliood e+pectation ma+imization; 5?*?6 suprime el ruido estadístico pero se reuiere típicamente un "ran n3mero de iteraciones para alcanzar la con!er"encia $ por lo tanto los tiempos de procesamiento son lar"os. Para acelerar esta lenta con!er"encia, el al"oritmo :orderedFsu&set e+pectation ma+imization; 5O4*?6 or"aniza los datos de pro$ección en su&"rupos permitiendo una con!er"encia ms rpida ue el ?*? $ es actualmente el m)todo de reconstrucción iterati!a ms di'undido tanto en P*T como en 4P*CT. *l al"oritmo :ro2Faction ma+imizationFliEeliood; 5R%?%6, deri!ado del O4*?, a sido implementado para reconstrucción directa de los datos 8D en al"unos euipos. *l llamado al"oritmo 8DFR%?%, el cual elimina el reF&innin" >D de los datos 8D, utiliza elementos !olum)tricos es')ricos parcialmente superpuestos llamados :&lo&s; en lu"ar de !o+els. os tiempos de reconstrucci ón son &astante lar"os para los estndares clínicos pero los resultados an sido e+celentes.

=. I?IT%CION*4 KB4IC%4 D* % R*4OUCIÓN IN7*R*NT*4 % P*T. Taller de investigación

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*'ecto de alcance. *l proceso de detección identi'ica el punto de aniuilación, el cual est en una u&icación remota respecto al punto de ori"en del positrón. a ine+actitud respecto a la !erdadera u&icación del e!ento depender de la ener"ía del positrón, ue determinar la distancia recorrida antes de la aniuilación.

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*'ecto an"ular. Una limitación adicional consiste en ue los 'otones do&les no !ia(an e+actamente a 1<0h de di'erencia sino ue e+iste una le!e !ariación an"ular 5 0.A "rados6 lo cual limita adicionalmente la resolución ue puede o&tenerse a unos >F8 mm. *s interesante ue, dado un su'iciente n3mero de 'otones, el 4P*CT no posee esta limitación, de modo ue en teoría, podría conse"uirse una me(or resolución ue con P*T. a !ariación an"ular es importante para positrones de &a(a ener"ía, como por e(.H Kl3orF1<, mientras ue este e'ecto es insi"ni'icante para ma$ores ener"ías.

=.8 Resolución intrínseca $ "lo&al. Como en 4P*CT, la resolución intrínseca depender del propio detector. *n caso de un detector en &loue, est de'inida por el tama-o de los cristales indi!iduales 5KQ7? &  + tama-o del detector6. a resolución "lo&al depender del e'ecto com&inado de la resolución intrínseca, el e'ecto de alcance $ el e'ecto an"ular. =. Radiación dispersa. a radiación dispersa a reci&ido muca atención en 4P*CT, mientras ue en P*T, a sido considerada un e'ecto menor, en parte porue, con una "eometría con!encional, el n3mero de e!entos dispersos es relati!amente &a(o 5 1Ab6. 4in em&ar"o, con sistemas P*T tridimensionales ue no poseen septos entre los planos, la 'racción de radiación dispersa puede ser ma$or ue para 4P*CT. a ma$or parte de


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los e!entos dispersos resultarn de la dispersión de sólo uno de am&os 'otones. a línea de coincidencia resultante puede incluso trazarse :'uera; del cuerpo. =.A Coincidencia aleatoria. Un tipo de e!ento característico de P*T es la coincidencia accidental o aleatoria. *n la prctica, el circuito de coincidencia no es instantneo, sino ue acepta dos e!entos detectados dentro de una peue-a !entana temporal , del orden de nanose"undos, para ser considerados ori"inarios de una 3nica aniuilación. Dos 'otones detectados dentro de esta !entana de tiempo sern considerados un 3nico e!ento aunue se a$an ori"inado en dos aniuilaciones separadas. *l n3mero de e!entos aleatorios depende de la tasa de conteo de&ido a ue la pro&a&ilidad de detectar por casualidad dos 'otones no relacionados entre sí 5o sea, ori"inados de di'erentes emisiones de positrones6 apro+imadamente al mismo tiempo, se incrementa con una tasa de conteo ma$or. %'ortunadamente los e!entos aleatorios pueden ser calculados o medidos directamente, sin em&ar"o, act3an como una 'uente adicional de ruido. =.= Tiempo de !uelo. Para ser completa, cualuier discusi ón so&re 'ísica de P*T de&e incluir el tiempo de !uelo. os principios descriptos asta aora asumen ue los 'otones de aniuilación son detectados :simultneamente;. *n realidad, am&os 'otones !ia(an a la !elocidad de la luz, pero lle"arn en tiempos le!emente distintos dependiendo del punto de aniuilación. a electrónica moderna puede detectar esta di'erencia de tiempo en un ran"o de los A00 picose"undos, lo cual sólo es su'iciente para u&icar directamente el e!ento de aniuilación en una re"ión de < cm.


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acceso

80

de

ma$o

del

>01=.

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,isponi)le

en

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%$ Conceptos físicos de onda-partícula y su importancia en la determinación e interpretación de imágenes en la Medicina

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Página $2


%N*O4H

6magen 1 6magen 2

ra'ico del *'ecto Kotoelectrico /ra*co del ;fecto 8otoelectrico


Página $3


Ima"en 8 %l&ert *instein

6magen 4 5(, roglie

6magen 

=nda ;lectromagn>tica


Página $4


6magen ! ;spectro ;lectromagn>tico

6magen #


Página $


Ima"en @ 10 Tu&o de ra$os  *'ecto Compton

Ki"ura 11. *misiones

radioacti!as

8igura 12 8igura 13( Taller de investigación

Ima"en

Página $!

Conceptos físicos de onda-partícula y su importancia en la determinación e interpretación de imágenes en la Medicina Curva de Tiempo de vida media ;misiones radioactivas

8igura 14( 8igura 1( ,esintegración alfa ,esintegración )eta

8igura 1!( ,esintegración gamma(

8igura 1"(


Página $"


8actores de Ponderación de los te?idos para una po)lación de individuos de referencia(

8igura 1# 8igura 1$( 5as cinco densidades radiográ*cas sencilla de un plano


Proyección

Página $#


8igura 2%(
8igura 21( 5as imágenes tridimensionales de la TC se pueden rotar y ver desde ángulos distintos(


Página $$


Ki"ura >>. *suema del 'uncionamiento de detección de im"enes por resonancia ma"n)tica

8igura 23 =rientación de los spines frente a un campo magn>tico(


Página 1%%


Ki"ura >. %ovimiento de precesión del spin

8igura 2 ')undancia del 1A con respecto a otros elementos cuyos nBcleos tam)i>n tienen condiciones para efectuar un e@perimento de resonancia magn>tica(


Página 1%1


8igura 2!(

4elección del plano tomo"r'ico. as dos 4elección del plano tomo"r'ico. as dos &o&inas % $ G recorridas por corrientes continuas en sentidos contrarios crean un "radiente ma"n)tico en dirección craneocaudal. Cada plano a+ial 5en la posición de la 'i"ura6 perci&e un campo ma"n)tico distinto $ por tanto sus n3cleos precesarn por planos a 'recuencias distintas. 4i se reuiere e+citar el plano ue por la e+istencia del "radiente est &a(o el campo G>, se le en!ía un pulso a la 'recuencia ' >  5^> }6 G >. os otros planos no sern e+citados al precesar a 'recuencias distintas.

8igura 2"( alores representativos de los tiempos de rela?ación por te?ido frente a un campo magn>tico(


Página 1%2


Ki"ura ><. *structura de una "amma cmara 5/=6

Ki"ura >@. Colimador 5/=6

Ki"ura 80. Kotomultiplicadores 5/=6


Página 1%3


8igura 31(
8igura 32( Proceso de aniDuilación

8igura 33( Punto de 'niDuilación


Página 1%4


8igura 34( 'tenuación

8igura 3( ;structura de un detector P;T(


Página 1%

Biofisica de la imagen medica

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