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PET y SPECT

ITESM - CCM

Imagenología Médica Profesor: María Barrera Tarea PET y SPECT Fecha de entrega: 5 de abril de 2017 Campus Ciudad de México División de Ciencias de la Salud Departamento de Bioingeniería

Nombre y matrícula: 1. Ana Bárbara Pizá Rodríguez

A01168085

Calificación:

Investigar al menos 2 tipos de detectores para PET y 2 para SPECT y reportar sus características y diferencias.

PET La tomografía por emisión de positrones (PET) es utilizada en el medio con distintos objetivos, como diagnóstico, investigación clínica o biomédica. Consiste en la emisión de positrones que al interactuar con determinado electrón se generan dos fotones (rayos gamma) de 511 KeV emitidos con mismas direcciones y sentidos opuestos. Detectando la proveniencia de estos rayos se puede determinar la ubicación donde se generó la interacción del protón-electrón. Detectores Existen 3 distintos tipos de detectores utilizados en los sistemas PET, estos son: • • •

Detectores Gaseosos Detectores Centelladores Detectores de estado sólido

En este trabajo solo se abordarán los primeros dos, con sus principales características y diferencias. Detectores gaseosos Son los detectores que utilizan el gas como medio activo. El gas tiene dos propiedades que, combinadas, lo hacen único para la detección de radiación. Todos los gases son aisladores, por lo que, si se colocan dos electrodos, estos no se descargaran. Además, el gas es conductor. Lo que significa que, si contiene electrones libres, en presencia de un campo magnético estos se moverán entre los electrodos. Su estructura se basa en dos electrodos separados por un volumen de gas, que servirá como material de detección.

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Ilustración 1. Detectores gaseosos

El sistema se mantiene en equilibrio y actúa como un capacitor cargado. Al momento de incidir en él un rayo gamma, este lo ioniza y desprende electrones que generan corriente por el circuito. Midiendo la variación en la resistencia se puede determinar la corriente generada y así la cantidad de electrones liberados por los rayos gamma. El comportamiento del detector depende de la tensión aplicada a sus electrodos. Estos detectores se caracterizan por tener poca eficacia y por ser muy frágiles, por lo que son poco utilizados. Detectores Centelladores Los primeros tomógrafos emplearon cristales de NaI como detectores de centelleo. Estos fueron sustituidos por cristales de BGO (Germanato de Bismuto) que tienen una mayor eficiencia de detección y no son higroscópicos. Los tomógrafos que utilizan este cristal alcanzan una resolución de 4 mm. Los cristales de LSO (Ortosilicato de Lutecio) presentan una detección similar, pero producción 5 veces mayor y el tiempo de decaimiento es ocho veces más rápido. Los detectores de centelladores están compuestos por un material centellador fluorescente, que produce un rayo de luz al ser incidido por radiación nuclear. El centellador está conectado a una foto

Ilustración 2. Detector de centelleo

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multiplicador, por lo que se genera una corriente por el fotomultiplicador que es proporcional a la energía del rayo incidente en el centellador. En la actualidad los más usados son los cristales de BGO (GE – Siemens) seguidos de LSO (Siemens) y de GSO (Philips). La principal diferencia en los cristales, está dada por el tiempo de decaimiento para la detección de positrones del cristal, es decir, la capacidad para detectar eventos en forma sucesiva, lo que define, una mayor capacidad de detección y por ende menor tiempo de adquisición del estudio. La intensidad de la luz obtenida es proporcional a la energía de la radiación absorbida, por lo que generalmente la emisión es muy débil. Diferencias Una desventaja de los detectores gaseosos es su baja eficiencia para muchas radiaciones de interés en física nuclear: el rango de un rayo gama de 1 MeV en aire es de 100m. En el centellador se debe escoger un material, ya sea orgánico o inorgánico para el mecanismo por el cual la energía es absorbida excitando electrones. En el detector gaseoso se debe de aplicar una diferencia de tensión, mientras que en el centellador hay una generación de corriente que emite luz visible y desprende fotoelectrones que se multiplican para formar un pulso eléctrico por el tubo fotomultiplicador. Además, el detector de centelleo es barato y es más eficiente para detectar rayos X, así como que tienen menor tiempo muerto que los detectores de ionización gaseosa.

SPECT La única diferencia entre SPECT y PET es que el primer procedimiento utiliza radionúclidos emisores de fotón simple. Es decir, que emiten rayos gama normales. El SPECT en comparación con TC difiere en que en TC las imágenes se producen al registrar fotones transmitidos a través del cuerpo, mientras que en SPECT los fotones son emitidos por el cuerpo del paciente. Para adquirir un estudio de SPECT, se hace rotar una cámara gama convencional alrededor del paciente, registrando una imagen en cada paso angular. La cámara simplemente se mueve alrededor del paciente tomando imágenes estáticas desde diferentes ángulos. Estas imágenes se conocen como proyecciones, pues son formadas por la proyección en la matriz de los fotones provenientes del paciente. Detectores Aunque también se utilizan los detectores que se mencionaron previamente, hay otros dos más populares: • •

Detectores semiconductores La cámara Anger

Detectores en semiconductores Los detectores de radiación semiconductores representan la alternativa principal para los centelladores. Son llamados dispositivos conversores-directores. Una ventaja contra los centelladores es que estos evitan los efectos aleatorios asociados con la producción de luz,

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propagación y conversión de una señal eléctrica. Cuando un rayo gamma interactúa con un detector semiconductor uno o más electrones energéticos son creados. Estos detectores se basan en efectos iónicos de radiación. Permiten crear un número de portadores por pulso mucho mayor que con cualquier otro tipo de detector, por lo que se alcanza la mejor resolución en energía. Los semiconductores son materiales cristalinos cuya estructura electrónica es una estructura de bandas. Lo que los caracteriza es el tamaño de su banda prohibida de energía, del orden de 1Ev. Cuando una partícula deposita su energía en un detector semiconductor, se forman pares electrónhueco en apenas picosegundos a lo largo de la trayectoria de la partícula. Debido a la presencia de un campo eléctrico, electrones y huecos se mueven en sentidos opuestos, lo que produce una corriente que permanece hasta que ambos portadores son recogidos a ambos lados del volumen activo.

Ilustración 3. Detectores semiconductores

Tiene una aplicación clínica limitada, ya que tiene baja sensibilidad y requieren nitrógeno líquido para bajar su temperatura, necesaria para funcionar. Cámara de Anger Es un dispositivo de captura de imágenes que consta de un equipo de detección de radiación gamma. La radiación procede del propio paciente a quien se le inyecta un trazador radioactivo. La modalidad se denomina gammagrafía. La mayoría de sistemas de SPECT utilizan una gamma cámara montada sobre un gantry especial que permite la rotación 360° alrededor del paciente. Las imágenes obtenidas son imágenes bidimensionales, posteriormente se realiza una reconstrucción tomográfica. En un sistema SPECT se adquieren datos en serie de múltiples proyecciones a incrementos de 2 o más grados.

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La estructura básica de una cámara de Anger comprende un colimador, para que la radiación del radioisótopo solo pueda alcanzar el detector si ha realizado una trayectoria perpendicular al mismo; un centellador monolítico de cristal, que es un cristal en el que al incidir radiación emite luz, la cual es captada por un arreglo de tubos fotomultiplicadores. Al finalizar el arreglo, un sistema electrónico va detectando, contando y catalogando estos eventos para armar un mapa de distribución como de la atenuación que sobre la radiación realiza la parte del cuerpo del paciente que se interpone entre el punto donde se produjo un determinado evento y el detector.

Ilustración 4. Esquema del funcionamiento de una gamma cámara

Estos sistemas permiten rotación para la adquisición de imágenes planares mejorando la relación señal a ruido, recuperando información perdida por atenuación y en general optimizando el diagnóstico. La sensibilidad de una cámara SPECT puede mejorarse incorporando varias cabezas detectoras. Existen sistemas de doble y triple cabeza e incluso sistemas multidetectores de 4 cabezas Diferencias Una de las mayores limitaciones de los centelladores es su resolución en energía relativamente pobre. Los detectores semiconductores ofrecen muchas ventajas sobre los centelladores. Hay una conversión directa de energía de interacción depositada de rayos gamma en pares de electrones. Eliminando, además, el tubo fotomultiplicador, el sistema semiconductor se puede hacer mucho más compacto, simplificando la mecánica en comparación a la cámara de Anger.

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Referencias: Iair Kolberg. (2008) Detectores utilizados para la obtención de imágenes en tomografías por emisión de positrones. Recuperado de: http://iie.fing.edu.uy/~mdavid/adjuntos/IairMonografia%20PET.pdf María Pinto. (s.f) Evaluación de semiconductores como detectores de radiación para PET. Recuperado de: http://nuclear.fis.ucm.es/research/thesis/PintoMonedero_Maria.pdf Anónimo. (s.f) DETECTOR PET. http://nuclear.fis.ucm.es/webgrupo/labo/Lab_Detector.html

Recuperado

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FUESMEN (s.f) Cámara Gamma. Recuperado de: http://www.fuesmen.edu.ar/camara-gamma Harrison, A. (2014) Detectores de radiación e instrumentación. https://fr.slideshare.net/hac6931/detectores-de-radiacion

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