1. MEDICINA NUCLEAR
Maria Luisa Toro, David A. Bedoya y Rafael Amaya
Programa de Ingeniería Biomédica
Escuela de Ingeniería de Antioquia -Instituto de Ciencias de la Salud
Introducción:
Es una rama en la medicina que utiliza sustancias radiactivas en métodos de diagnóstico y
en tratamiento de patologías. En la primera se usan dichas sustancias in vivo; la
información se obtiene por la manera en que los tejidos y los órganos procesan las
sustancias y se obtienen imágenes de los mismos porque la radiación emitida puede ser
detectada desde el exterior.
La Medicina Nuclear permite detectar alteraciones mucho antes de que las enfermedades
sean clínicamente detectables, lo que repercute significativamente en tratamientos
tempranos más efectivos y pronósticos frecuentemente más favorables.
Radiofármacos
Usualmente se emplean elementos radiactivos emisores de rayos gamma, también es
común encontrar elementos que emitan positrones como C11
, O15
, N13
y F18
. Esta radiación
debe ser de periodo de semidesintegración corto para no exponer al paciente a
radiaciones innecesarias, y la energía emitida entre 100-300 keV (Representa la energía
adquirida por un electrón, a través de un campo eléctrico de un voltio. Equivale a 1.6x1019
J) para que pueda ser detectado correctamente. El más utilizado es el Tc99m
con una
energía de 140 keV y un periodo de semidesintegración de seis horas.
La sustancia utilizada para suministrar al paciente es un radiofármaco que está
compuesto por un radionúclido artificial (creado en reactores nucleares y aceleradores de
partículas) y un fármaco particular. El primero es la fuente radiactiva y el segundo es el
fijador, es decir, específico para las características del órgano o tejido a ser estudiado.
Esto es para que el radiofármaco se dirija exclusivamente a los tejidos deseados y no
aleatoriamente.

2. Equipo
Estas emisiones se captan en el exterior con un detector de centelleo conectado a un
ordenador en el que se procesan las imágenes. Actualmente este está configurado
especialmente en la gamma cámara. El proceso de detección puede captar una imagen
plana, o pueden existir detectores que van a lo largo de todo el paciente para formar una
imagen tridimensional, que muestre la distribución de la radioactividad en el órgano de
interés dentro del paciente.
1. Gamma cámara
Componentes
• Un colimador que se antepone al detector para limitar su campo de visión. Este
dispositivo rechaza los fotones que llegan en una dirección no deseada. Está
compuesto por un material con agujeros que absorbe rayos gamma como plomo o
tungsteno. Tiene diferentes configuraciones según la distribución de dichos agujeros.
Puede ser pinhole o de múltiples agujeros (paralelos, convergentes o divergentes). En
los de múltiples agujeros paralelos (Fig. 1), la sensibilidad del colimador está
determinada por la relación que existe entre la superficie de los orificios y la del
detector; la resolución por otro lado la determina el número de orificios por unidad de
superficie y por la geometría de los mismos. En todos los casos a medida que el
colimador se acerca del paciente la resolución disminuye.
Figura 1
• El detector de centelleo es un cristal de yoduro sódico impregnado con tantalio (INa(Tl)).
Los fotones chocan con el cristal e interaccionan con el por dos tipos de fenómenos,
fotoeléctrico o Compton, en el que ceden toda o parte de su energía y esta se convierte

3. en fotones luminosos. Por cada 140 keV de rayos gamma absorbidos, se generan 5000
fotones visibles de luz. Este material tiene una importante resolución de energía lo que
ayuda a rechazar rayos que vengan atenuados.
• Esta pequeña cantidad de luz emitida llega a los fotomultiplicadores que están unidos a
la parte de atrás del cristal. Estos en su parte delantera tienen fotocátodos que al recibir
fotones emite electrones. En la base de los tubos multiplicadores hay un ánodo que es
donde llegan estos electrones, pero antes pasan por una serie de dínodos que al recibir
electrones emiten un mayor número de los mismos, dando así una multiplicación total
de 106
.
• Luego de los fotomultiplicadores se encuentra el circuito de posicionamiento en el que se
obtienen la coordenadas X e Y que indican la posición donde ha sido detectado el
fotón. Además hay un circuito analizador, que posee selectores y permite desechar las
señales que hayan sufrido dispersión antes de haber entrado en contacto con el cristal,
es decir, fotones que no le hayan transmitido a este toda su energía.
• Algunos rayos gamma pueden ser desviados de su camino original por atenuación
compton dentro del cuerpo o en el colimador. Todos estos eventos de atenuación si se
detectan pueden dar un mal posicionamiento del rayo gamma y por esto degradan la
resolución espacial. Como estos rayos atenuados tiene menos energía que los de la
emisión original pueden ser eliminados por el analizador de amplitud de pulso.
Usualmente el rango de detección es de ± 10% o 15% de la energía de emisión del rayo
gamma.
Estos últimos componentes se pueden apreciar en la figura 2:
Figura 2

4. Para poder almacenar, manipular, analizar y visualizar las imágenes se debe conectar un
ordenador a la gamma cámara. Entre estos se realiza una interfase que tiene un
convertidor A/D para las señales de posicionamiento X e Y.
El ordenador puede obtener las imágenes de maneras diferentes:
• Estática: en la que solo se adquiere una imagen en un periodo de tiempo. Este tiempo
puede ser predeterminado o hasta que se hayan obtenido cierto número de señales.
• Dinámica: es la repetición de una adquisición estática en intervalos de tiempo
consecutivos. Se obtiene así una secuencia temporal de matrices (imágenes digitales).
Características de las imágenes
Existe una presencia inevitable de ruido debido al carácter aleatorio del fenómeno
radiactivo que les da origen. Según la estadística que sigue un conteo radiactivo, como el
presente en cada celdilla de la imagen digital, tiene una distribución de Poisson de media
n y varianza n1/2
, siendo n el número de impulsos acumulados en una celdilla durante el
conteo. Esto permite saber que la relación señal/ruido vendrá dada par n1/2
.
Procesado de la señal
1) Procesado de la señal estática:
Abarca tres pasos principales: aumento de la relación señal/ruido, restauración y
detección de contornos.
2) Procesado de secuencias dinámicas: puede aplicarse cualquiera de las técnicas
descritas para el tratamiento de imágenes aisladas. Sin embargo, dado que un estudio
dinámico puede expresarse como una función discreta F(x,y,t), si se considera el tiempo
como una coordenada adicional, pueden extenderse dichas técnicas a un caso de tres
dimensiones. En particular, es común la utilización de un filtrado 3D para mejorar la
relación señal/ruido.
2. Tomografía computarizada por emisión de fotón simple (SPECT)
Resuelve uno de los problemas de la medicina nuclear tradicional (imágenes planas) que
es la superposición de estructuras. El elemento más utilizado es el 18
F flourodeoxiglucosa.
En esta tomografía es posible obtener la distribución del trazador en tres dimensiones. La
información correspondiente a la tercera dimensión (profundidad), se obtiene a partir de
otras imágenes adicionales obtenidas desde diversas orientaciones. La forma más

5. utilizada para realizar SPECT, es la que se consigue dotando a una gamma cámara de un
movimiento de rotación alrededor del cuerpo del paciente o utilizando varias de estas en
diferentes posiciones y luego efectuando una reconstrucción topográfica
matemáticamente. Finalmente una vez efectuada la reconstrucción pueden obtenerse
cortes axiales, sagitales, coronales u oblicuos.
Esta técnica ofrece una información más precisa de órganos y estructuras anatómicas más
complejas o de más difícil diagnóstico para la medicina nuclear convencional, como el
corazón, la columna vertebral, la pelvis y cerebro.
3. Tomografía de emisión de positrones (PET)
La tomografía por emisión de positrones (PET) es un tipo de medicina nuclear que mide
la actividad metabólica de las células. Esta es en realidad una combinación de medicina
nuclear y análisis bioquímico. La diferencia entre la PET y otros exámenes de medicina
nuclear es que esta detecta el metabolismo dentro de los tejidos corporales, mientras que
otros tipos de exámenes de medicina nuclear detectan la cantidad de una sustancia
radioactiva acumulada en el tejido corporal de la zona que se está examinando. Utiliza
elementos que emiten positrones, es decir, que sufren desintegración beta. Los positrones
son unas partículas inestables que una vez emitidas, recorren una corta distancia a través
de la materia hasta que Interaccionan con un electrón. En este momento ambas partículas
se aniquilan, liberando su energía en forma de dos fotones gamma que salen en
direcciones casi opuestas, con una energía de 511 keV cada uno. En este tipo de
diagnóstico, para Localizar cada positrón es preciso detectar simultáneamente los dos
fotones de aniquilación de 511 keV, evitando así los que han sufrido dispersión que
falsearían su situación. La posición queda determinada por la línea que une los lugares en
que se ha producido la detección. La configuración del equipo es uno o varios anillos
formados por pequeños detectores de centelleo. Estos detectores son usualmente de
germanato de bismuto (Bi7Ge3O12) o de ortosilicato de gadolinio activado con cerio
(Gd3SiO4(Ce)), estos materiales son de mayor número atómico y por tanto de mayor
eficiencia que el NaI(Tl).
Así, la distribución del marcador permite la obtención de imágenes e índices cuantitativos
de flujo vascular, metabolismo glucolítico, transporte de aminoácidos y consumo de
oxígeno, entre otros procesos biológicos.

6. BIBLIOGRAFÍA
Introducción a la Ingeniería Biomédica. Editorial Marcombo Boixareu. Serie mundo
electrónico.
MOORE, James. Biomedical technology and devices handbook. Editorial CRC.
http://www.mnuclearaldia.cl/
http://www.healthsystem.virginia.edu/uvahealth/adult_radiology_sp/pet.cfm
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