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Cuadernos C tedra Cuadernos de Cuadernos de de Cรกtedra Cรกtedra
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Cuadernos C tedra Cuadernos de Cuadernos de de Cรกtedra Cรกtedra
Colección: Cuadernos de Cátedra Directora: Nerina Visacovsky Libro ganador del Concurso Cuadernos de Cátedra 2009
Imágenes en medicina nuclear. 1a edición. San Martín: Universidad Nacional de Gral. San Martín. UNSAM EDITA, 2011. 100 pp. ; 16 x 23 cm. (Cuaderno de Cátedra) ISBN 978-987-1435-26-5 1. Diagnóstico por Imágenes. CDD 616.075
1ª edición, abril de 2011 ©Amalia Pérez ©UNSAM EDITA de Universidad Nacional de General San Martín Campus Miguelete. Edificio Tornavía Martín de Irigoyen 3100, San Martín (B1650HMK), Provincia de Buenos Aires unsamedita@unsam.edu.ar www.unsamedita.unsam.edu.ar Diseño de interior y tapa: Ángel Vega Edición digital: María Laura Alori Corrección: Laura Petz Queda hecho el depósito que dispone la Ley 11.723 Editado e impreso en la Argentina Prohibida la reproducción total o parcial, incluyendo fotocopia, sin la autorización expresa de sus editores.
CAPÍTULO 1 Introducción al tema
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CAPÍTULO 2 Imágenes médicas
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CAPÍTULO 3 Física de la formación de imágenes en medicina nuclear
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CAPÍTULO 4 Calidad de imagen y formas de
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cuantificación
CAPÍTULO 5 Medicina nuclear
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CAPÍTULO 6 Detección de la radiación electromagnética
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CAPÍTULO 7 Cámara gamma
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CAPÍTULO 8 Tomografía por emisión de fotones (SPECT)
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BIBLIOGRAFÍA
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Capítulo 1 Introducción al tema
La estrecha relación entre tecnología y medicina se pone de manifiesto en cualquier imagen obtenida por equipamiento médico de última generación, donde detalladas grafías del interior del cuerpo humano describen microestructuras o procesos biológicos y despliegan información cuantitativa sobre tamaños, intensidades o flujos. Este tipo de vínculo no es nuevo. Lo que sí representa una novedad es el vigor del paradigma tecnológico expresado en innovaciones radicales que permitieron la observación a escala molecular de nuestro organismo, modificando profundamente la práctica de la medicina. A punto tal estas innovaciones son de última generación, que hasta el comienzo del siglo pasado era imposible la visualización del interior del cuerpo humano sin proceder a su disección, situación que comienza a revertirse recién con la aparición de la radiología a principios del siglo XX. Con el desarrollo tecnológico de los últimos cincuenta años, la antigua fotografía hospitalaria de un equipo de rayos X operado por un técnico, dio paso a verdaderas salas de comando que mediante potentes computadoras dirigen la obtención de las imágenes de distintas modalidades e integran la información proveniente de ellas según sean los requerimientos médicos. El conjunto de estos equipos y las terminales correspondientes están operados, programados y verificados por ingenieros, físicos médicos, médicos especializados, técnicos debidamente formados. Todos ellos, en una práctica multidisciplinaria, forman el conjunto de los profesionales que obtienen e interpretan las imágenes clínicas cuyos diagnósticos llegan hoy día a expresar alteraciones a nivel molecular. Una de las modalidades que más intensamente expresa la asociación entre medicina y tecnología es la medicina nuclear. Esta técnica surge a comienzos del siglo XX, en los albores del desarrollo tecnológico y antes de la era de la informática y la computación, como modalidad que indaga las bases moleculares de la enfermedad. Su objetivo central no es la descripción de estructuras sino la identificación y cuantificación de procesos fisiológicos o metabólicos. Está basada en principios fundamentales como desarrollo de moléculas para la detección de la enfermedad en etapas tempranas y la técnica de trazas que permite medir concentraciones moleculares debajo de los micromoles (10-6 moles) o femtomoles (10-15 moles) por gramo de tejido a fin de analizar procesos sin modificarlos. La especialidad se ha beneficiado con el trabajo de sectores académicos y de la industria que han aumentado sus esfuerzos en el desarrollo de nuevos materia9
les detectores, electrónica digital de alta velocidad, algoritmos de reconstrucción tomográfica de gran eficiencia, desarrollo de técnicas de adquisición tridimensional de manera tal que la medicina nuclear constituye hoy día un verdadero puente entre la biología nuclear y la práctica clínica. Es esa capacidad de indagar en los niveles más básicos de la organización biológica lo que confiere el tremendo poder que tienen hoy día las imágenes de medicina nuclear de última generación. En función de ello y remarcando el carácter multidisciplinario de la especialidad es que las imágenes médicas en general y las del área de la medicina nuclear en particular, imponen de la mayor de las responsabilidades no solo a los profesionales de la medicina, sino también de todos aquellos sectores técnicos comprometidos en la preservación de la calidad de las mismas. Esta responsabilidad implica, entre otros aspectos, el estudio individual comprometido desde cada uno de los sectores que constituyen la especialidad para poder obtener una síntesis que produzca los mejores frutos del trabajo multidisciplinario.
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Capítulo 2 Imágenes médicas1
1. Introducción Uno de los capítulos centrales sobre la relación entre la física y la medicina lo ofrecen los denominados métodos de Diagnóstico por Imágenes (DI), por medio de los cuales es posible obtener información del interior de los organismos, sin necesidad de acceder a ellos mediante prácticas quirúrgicas. Su principio fundamental se basa en el concepto según el cual si se perturba un sistema abierto aplicándole energía, este reacciona de múltiples formas, muchas de las cuales pueden ser captadas desde el exterior de los mismos. Los distintos métodos de DI son un ejemplo concreto de ello. En todos los casos se administra algún tipo de energía al sistema u organismo a estudiar y este responde a dicha perturbación de una manera que puede ser interpretada por nuestro sentido de la vista mediante diferentes técnicas. Según sea el tipo de energía utilizada y otras características referidas a la forma de aplicación, estaremos frente a distintos tipos de modalidades de imágenes. Si bien la base de las diferentes modalidades2 de imágenes es de carácter físico, su implementación constituye uno de los pilares de la tecnología contemporánea, al tiempo que se han constituido en la herramienta ineludible de cualquier tipo de práctica de la medicina (Witherell, 2001). Es importarte notar que no hablamos de técnicas sino de tecnología. Efectivamente, este término hace referencia a un proceso que excede a la mera referencia de cierto tipo de equipamiento. Su tratamiento debe ser el de una entidad integrada de las relaciones sociales y las prácticas culturales sobre cómo es o debe ser el ejercicio de la medicina. El estudio de las innovaciones y su difusión, el impacto de las tecnologías en la organización de la práctica médica, la evaluación social de las mismas y sus relaciones con la industria son aspectos prioritarios en relación a las implicaciones sociales del uso de las tecnologías médicas en general y de los métodos de DI en particular, debido al alto grado de desarrollo que los define. La tecnología tiene tres clases de pertinencia: en primer término, hacer referencia a los instrumentos y maquinarias, a la producción de un saber direcciona1 En colaboración con el Dr. Luís Illanes, especialista jerarquizado en medicina nuclear. Profesor Adjunto de la cátedra de Física de la medicina nuclear y Laboratorio de medicina nuclear de la Licenciatura en Física Médica, Facultad de Ciencias Exactas de la UNLP. A cargo del servicio PET del Hospital Italiano de la ciudad de La Plata. 2 Se denomina “modalidad” a toda técnica de exploración realizada con un equipo de adquisición de datos susceptibles de ser utilizados para realizar un diagnóstico médico.
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do a tal instrumentación y a las actividades humanas originadas por los mismos. Es un fenómeno social y como tal, está determinado por la cultura de la cual emerge (Menéndez Navarro, 2007). Tecnología médica es la expresión que define al fenómeno tecnológico relacionado específicamente con la prevención y mantenimiento de la salud. Según la OTA,3 el término hace referencia a los medicamentos, aparatos, procedimientos médicos y quirúrgicos utilizados en la atención médica. Al mismo tiempo, en el documento se reconoce la magnitud de las consecuencias sociales, económicas, éticas y legales que se producen a partir del uso de la tecnología médica. Los métodos de DI no son un territorio acotado, basta recordar que hace poco más de cien años, solo podía entenderse como tal a la radiología. A lo largo del siglo XX han ido incorporándose otros, dando origen a la Medicina Nuclear (MN), Tomografía Computada (TC), Resonancia Magnética (RM), ultrasonido, etc. Actualmente esta lista es incompleta y lo será aún más a medida que pase el tiempo y se desarrollen nuevas tecnologías (McCready, 2000). El hecho de que dichos datos en el DI tengan el formato de una imagen, no los hace más válidos ni rigurosos. El prestigio de que gozan las imágenes con respecto a otras formas de presentar la información, (“una imagen vale más que mil palabras…”), conlleva la falacia de que las mismas son información objetiva, reflejo cabal del interior del organismo, y no datos sujetos a interpretación. La naturaleza de la información que aspiramos obtener de los estudios de DI varía con la modalidad, con el desarrollo de la tecnología en que la modalidad se sustenta y con los paradigmas vigentes en la cultura médica de cada momento. Se acostumbra separar las modalidades en estructurales, funcionales y metabólicas. Por ejemplo, los informes de la TC describen detalladamente formas y tamaños de la porción del cuerpo estudiada (datos estructurales), mientras que los estudios de medicina nuclear, a través de la concentración y distribución de un radiofármaco en determinado órgano, proveen información sobre el funcionamiento del mismo. Pero dichas características no son un atributo específico y perdurable, propio de las distintas modalidades. Estructural, metabólico o funcional son, en todo caso, adjetivos que califican los datos según cómo los interpretamos. Un método de DI puede brindar excelente información de formas y tamaños (datos estructurales), pero con el desarrollo de la tecnología que lo respalda, se adentra en el estudio de la función y el metabolismo, y la interpretación que haremos de sus datos será primordialmente funcional (por ejemplo, la RM). En otras ocasiones un método se perfecciona y progresa tecnológicamente, pero los paradigmas médicos de los que emanan las sistemáticas de trabajo no lo incorporan a los algoritmos diagnósticos, y por ende no se requiere ese tipo de datos de una modalidad aunque esta podría brindarlos. El primer antecedente de ello lo constituye precisamente el revolucionario descubrimiento de Roentgen en el año 1895. Si bien fue rápidamente avalado, pasaron algunos años hasta que las posibilidades de los rayos X fueran incorporadas a las sistemáticas del estudio de las enfermedades y pudiera hablarse de “diagnóstico por imágenes”. Como ejemplo, en el cáncer de mama, los primeros aportes de los rayos X recién aparecen en 1913, con el médico alemán A. Salomon, quien 3 OTA: Office of Technology Assessment.
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logra imágenes radiográficas de 3000 piezas de mastectomía. Describe con mucha precisión la forma y extensión de los carcinomas que luego confirmaban el análisis anatomopatológico. Llegó incluso a describir un foco anormal, fuera del tumor principal, que luego la disección de la pieza confirmó como un segundo tumor insospechado, siendo ese el primer reporte de un carcinoma clínicamente oculto, detectado por métodos radiológicos. Fue el primero en relacionar los tumores de la mama con una imagen radiológica. Pero fue difícil lograr la aceptación de la imagen radiológica de la mama como una herramienta diagnóstica y definitoria, y terminar con el absolutismo de la palpación y la mera observación. En aquellos años, nadie hubiera intervenido quirúrgicamente una paciente por el dato de una imagen proveniente de los rayos X. La exploración radiológica de la mama se afianza recién en 1966 con la aparición del primer mamógrafo. Desde las primeras imágenes óseas logradas con los rayos X, hasta las tomografías computadas más recientes que diferencian estructuras y tejidos entre sí, la imagen representa lo que hay dentro del cuerpo constituyendo una verdadera “anatomía tomográfica”. Lo que interpretamos se corresponde con los órganos y formaciones, (masas, tumores) con que nos encontramos en la disección quirúrgica. Asimismo, los modernos equipos de TC, reconstruyen los cortes axiales, (perpendiculares al eje longitudinal del cuerpo) y nos muestran planos coronales y sagitales, que se parecen aún más a los preparados con los que se estudia anatomía. La imagen es el mapa de un territorio del que podemos intentar conocer detalles, sin necesidad de abordarlo mediante un procedimiento invasivo. Aunque las englobamos entre los métodos “de diagnóstico”, el aporte de esas imágenes estructurales excede la etapa de diagnóstico de las enfermedades. Debido a su capacidad para demostrar la morfología de los tejidos y órganos normales y patológicos, (forma, contorno, interior, localización, extensión, relación con tejidos vecinos), son indispensables para planear un tratamiento, para evaluar el resultado terapéutico o juzgar el pronóstico de una patología. Sin embargo, las imágenes morfológicas tienen limitaciones para explorar la función normal y patológica de los tejidos. Como ejemplos, patologías degenerativas (enfermedad de Alzheimer) pueden incluso en estadíos avanzados de la enfermedad y con gran deterioro de la función no manifestarse en una alteración morfológica detectable. O a la inversa, una estructura puede persistir afectada en su forma, tamaño o densidad, aun después que un tratamiento efectivo de quimioterapia o radioterapia, haya eliminado la “noxa” neoplásica que infiltraba sus tejidos. A partir de los años noventa, se utiliza el concepto de imagen molecular o funcional para denominar los métodos de imágenes que exploran procesos bioquímicos y funciones biológicas, in vivo, a nivel celular y molecular. Henry Wagner, prestigioso especialista en MN de la John Hopkins University, fue quien en los años noventa comenzó a difundir el término imagen molecular en conferencias, editoriales y trabajos. Advirtió que las técnicas de MN, PET y SPECT incursionaban eficazmente en el campo de la biología molecular y permitirían desentrañar procesos que ocurrían en la profundidad e intimidad de las funciones celulares, normales y patológicas. Si bien es cierto que la MN, desde siempre empleó un método basado en la interacción de un radiofármaco con las células vivas, y las imágenes que se obtenían con las primeras cámaras gamma ya aportaban datos funcionales, es a partir de la aparición de nuevas tecnologías, PET y SPECT, y la 13
producción de nuevos radiofármacos que se entra en una nueva dimensión que posibilita el acceso al estudio de las funciones celulares, dando un renovado significado a la expresión imagen molecular. A diferencia de las estructurales, las imágenes moleculares son la expresión de procesos normales y anormales que ocurren en la intimidad de las células, en un nivel que tampoco sería “visible” aunque abordáramos y disecáramos un órgano. Ya no estamos en presencia de un mapa que representa un territorio descifrable con alguno de nuestros sentidos. Estamos ante el desafío de la creación de un lenguaje simbólico que permita “leer” estas imágenes como primer paso para la comprensión integral y profunda de los fenómenos que representan. Con la idea de contextualizar el tema describiremos de manera muy somera las características generales de las técnicas que utilizan la energía de la radiación electromagnética como son: la radiología, TC, RM y MN.
2. Radiología La radiología surge hacia finales del siglo XIX cuando la comunidad científica estaba febrilmente dedicada a tratar de entender los fenómenos eléctricos. Fueron los investigadores J. Plucker y J. Hittforf, quienes en el marco de dichas actividades, identificaron por primera vez los denominados Rayos Catódicos. En el afán de estudiar la naturaleza de este nuevo tipo de radiación, W. C. Roentgen descubre en 1895 una radiación de origen y características desconocidas a las que denomina rayos X. Su descubrimiento se produce efectivamente de manera casual dado que no investigaba sobre la base de una hipótesis o teoría al respecto.4 Un dato muy interesante para reflexionar en la actualidad, es que nunca se patentó el método debido a la filosofía de la Universidad de Munich, (donde Röntgen había aceptado un cargo de profesor en el año 1900) que aseveraba que los descubrimientos de los profesores pertenecían a la humanidad y no debían ser ni controlados, ni patentados, ni limitados. De manera casi inmediata se extendió la idea de que los rayos X se pueden aplicar en la medicina, dando origen a lo que hoy día se conoce como Radiología. La expansión de esta técnica fue muy rápida pero no lineal. Una buena parte de la comunidad médica subestimaba la información de una foto estática como la ofrecían las radiografías, frente a la información dinámica que ofrecía la auscultación del cuerpo del paciente. Sin embargo, una medida de la influencia que tuvo la radiología la configura el comentario que en 1957 realizara Arthur H. Compton (PNF en 1927) en el sentido de que los rayos X habían salvado hasta ese momento más vidas que las que se habían perdido entre la Primera y Segunda Guerra Mundial. El proceso de formación de la imagen radiológica es muy simple. Un haz de rayos X atraviesa la porción del organismo a estudiar, mientras que detrás del mis4 Como técnicamente era relativamente sencillo producir los rayos X, pronto se generalizó su construcción y distintos modelos se vendían en comercios y lugares públicos. Sin tener conocimiento sobre su peligro los tubos de rayos X eran utilizados incluso como elemento de adorno en las salas de las casas familiares. A partir de que comenzaron a conocerse algunas señales de peligro rápidamente se restringió su uso a la medicina.
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