Aplicaciones Médicas de las Radiaciones Ionizantes

Transcripción

1 Aplicaciones Médicas de las Radiaciones Ionizantes Ivana Aguiar Interno al sistema 1

2 Se incorporan en el sistema en estudio (radiotrazadores). Aporta información funcional del sistema (cuando hay un fin diagnóstico) o se realiza una terapia (cuando hay una finalidad terapéutica) Se irradia el sistema con una fuente radiactiva con fines: De estudiar la estructura del sistema (diagnóstico) De producir la eliminación de células anómalas, gérmenes. Revertir procesos patológicos Irradiación con fuente externa Aplicaciones en Medicina - Diagnóstico Estáticas Tiempo real Radiografía general Mamografía Tomografía computada Odontología Angiografía Estudios gastro-intestinales 2

3 Estáticas - Radiografía Radiación incidente Radiación absorbida por efecto fotoeléctrico Radiación dispersada por efecto Compton Radiación transmitida Sistema de obtención de imágenes 3

4 Mamografía El método mas confiable para detectar lesiones en la mama. Requiere elevados estándares de calidad de imagen porque el contraste entre las áreas normales y las patológicas en la mama es sumamente bajo Se realiza en pacientes sintomáticos (remitidos médicamente) así como a mujeres asintomáticas que satisfacen los criterios de selección para los programas de búsqueda de cáncer de mama. Equipamiento de rayos X dentales La radiografía dental es el tipo de examen por rayos X mas común en el mundo industrializado. Las dosis de radiación y los riesgos son bajos pero involucran a los grupos de edad mas jóvenes. La intraoral usa películas no blindadas para la radiografía periapical; La panorámica usa un haz de rendija(~10 x 150 mm) que rota alrededor de la cabeza del paciente para proporcionar una imagen del arco dental. 4

5 TOMOGRAFÍA COMPUTADORIZADA (CT) La CT opera entre los kvp. es una técnica de imagen médica que utiliza radiación X para obtener cortes o secciones de objetos anatómicos con fines diagnósticos. En lugar de obtener una imagen de proyección, como la radiografía convencional, la TC obtiene múltiples imágenes al efectuar la fuente de rayos X y los detectores de radiación movimientos de rotación alrededor del cuerpo. La representación final de la imagen tomográfica se obtiene mediante la captura de las señales por los detectores y su posterior proceso mediante algoritmos de reconstrucción. Los filtros y la colimación del detector se utilizan para minimizar la radiación dispersa que alcanza los detectores. 5

6 Tiempo Real La angiografía es un examen de diagnóstico por imagen cuya función es el estudio de los vasos circulatorios que no son visibles mediante la radiología convencional. Sse puede dividir en dos fases: la primera consiste en introducir el medio radiopaco o de contraste que permitirá que las venas, arterias o vasos linfáticos sean visibles a la radiografía; la segunda fase es tomar la o las radiografías de acuerdo a la secuencia predeterminada con objeto de realizar el estudio de los vasos en cuestión. La radiografía del tracto gastrointestinal superior, también llamado GI superior, es un examen de rayos X del esófago, el estómago y la primera parte del intestino delgado (también conocido como duodeno). Las imágenes se producen usando una forma especial de rayos X llamada fluoroscopía y un medio de contraste de ingesta oral como el bario. 6

7 Irradiación con fuente externa - Terapia Tratamiento del cáncer Quimioterapia Cirugía Radioterapia 7

8 Qué es terapia por radiación? (Definición) La terapia por radiación es el uso de la radiación ionizante tal como fotones de alta energía o partículas para tratar pacientes con cáncer y Ocasionalmente condiciones no malignas Cuándo es la terapia la opción de tratamiento? La terapia por radiación es especialmente útil cuando los procedimientos quirúrgicos no pueden remover por entero un tumor sin dañar la función de los órganos circundantes 8

9 Tratamientos radical y paliativo El tratamiento con radioterapia se da con la intención de curar el cáncer (Radical) Destruir los tumores y detener la propagación del cáncer sin cirugía Reducir los tumores antes de la cirugía Reducir el riesgo de resurgimiento del tumor luego de la cirugía Aliviar el sufrimiento (Paliativo) Aliviar el dolor causado por un tumor La terapia por radiación es una manera efectiva de tratar muchos tipos de cáncer en casi cualquier parte del cuerpo. Cerca del 50 al 60 % de los pacientes con cáncer reciben terapia por radiación en algún momento de su tratamiento 9

10 Métodos de impartir la radiación Radiación de haz externo Braquiterapia La fuente de radiación está a una distancia del paciente (unos 80 o 100 cm) Es externa al paciente La fuente de radiación (el material radiactivo) o está colocada en las cavidades naturales del cuerpo o se implanta en el tejido Haz de radiación externo (HRE) La radiación se enfoca en el área de las lesión La radiación se administra en múltiples fracciones diarias Tratamientos por 1-6 semanas, usualmente por 5 días a la semana. 10

11 Equipamiento usado para tratamientos con haces externos Rayos X superficiales (rayos X de kv) Unidad de ortovoltaje (rayos X de 300 kv) Unidades de teleterapia (Cs-137, Co-60) Acelerador lineal Equipamiento de rayos gamma La configuración del isocentro permite el movimiento de todos los componentes alrededor del mismo centro 11

12 Cuál es la apariencia de una fuente de terapia de cobalto? 3500 pellets; 275 Ci/g; 7700 Ci Acelerador lineal Rayos X Energía simple rayos X de 4 o 6 MeV Energía dual 6 y 15 o 18 MeV (energías baja y alta) Electrones 4 MeV a 21 MeV - variable 12

13 Braquiterapia El radio, primer isótopo usado fue descontinuado debido a su peligros potenciales de radiación El Cs-137, Ir-192 fueron los mejores sustitutos debido a su energía media y su adecuada vida media El I-125, Au-198, Pd-103 se usan para implantes permanentes debido a su baja energía y corta (media) vida media Las fuentes de braquiterapia están disponibles en forma de tubos, agujas, alambres, semillas, etc. Aplicaciones utilizando Radiotrazadores 13

14 Medicina Nuclear Especialidad médica que utiliza las radiaciones ionizantes que emiten los radionucleidos con fines diagnósticos y terapéuticos. Radiofármaco Es una sustancia química que contiene átomos radioactivos en su estructura, y es adecuada para administración a humanos tanto para el diagnóstico como para el tratamiento de enfermedades Pueden administrarse por: vía intravenosa vía oral vía inhalatoria instilados en el ojo vía intratecal Vía intraarticular 14

15 Los radiofármacos no tienen efectos farmacológicos, ya que suelen administrarse en pequeñas cantidades o trazas. Su función es transportar el radionucleido al sitio de acción o blanco Tipos de radiofármacos Para diagnóstico: emisores gamma La radiación gamma escapa del cuerpo permitiendo su detección Para tratamiento: emisores beta La radiación beta deposita su energía en el órgano a tratar 15

16 Procedimientos en medicina nuclear Procedimientos terapéuticos Imagenología Estudios in vivo Diagnóstico Un radiofármaco para diagnóstico debería: estar fácilmente disponible ser fácil de preparar tener corto tiempo medio localizarse solamente en el tejido u órgano deseado no irradiar significativamente a órganos críticos Imagenología Provee información diagnóstica basada en el patrón de distribución de la radioactividad en el cuerpo Debe existir una diferencia notoria de actividad entre la condición normal y patológica del órgano a estudiar (contraste) Procedimientos: - dinámicos: proveen información funcional midiendo la velocidad de acumulación y remoción del radiofármaco - estáticos: proveen información morfológica sobre un órgano de interés, tamaño, forma, lesiones El patrón de la distribución del radiofármaco en un órgano varía con y depende del órgano estudiado y la presencia o ausencia de enfermedad 16

17 Estudios in vivo Miden la función de un órgano o sistema basado en la absorción, dilución, concentración o excreción de la actividad luego de la administración de un radiofármaco No requieren imagenología, pero el análisis y la interpretación están basados en el conteo de la actividad directamente de los órganos dentro del cuerpo o de muestras de sangre, orina o heces contadas in vitro Procedimientos terapéuticos Pueden ser curativos o paliativos Utilizan la radiación beta para destruir el tejido enfermo Procedimiento clásico: uso de 131 I-yoduro de sodio para tratar el hipertiroidismo y el cáncer de tiroides 17

18 Imagenología Proceso de obtención de la imagen Obtención del radionucleido Síntesis del radiofármaco Obtención de la imagen Introducción en el cuerpo del paciente Importante: contraste Seleccionando el radiofármaco se logra una diferencia de actividad entre la condición normal y patológica del órgano a estudiar 18

19 Propiedades de radionucleidos para imagenología Emisión γ o X Modos de decaimiento deseables: transición isomérica, captura electrónica, emisores de positrones Energía: entre 30 y 300 kev t 1/2 lo más corto posible pero ser compatible con el tiempo requerido para producir el radiofármco y realizar el estudio Disponibilidad Principales radionucleidos en medicina nuclear diagnóstica Nucleido Modo de decaimiento Período de semidesintegración Energía γ (kev) 11 C β + 20 min F β min O β + 2 min m Tc TI 6 hs I β -, γ 8 días Tl CE 73 hs 78, 135, Ga CE 78.2 hs 93, 185,

20 Propiedades de radiofármacos para imagenología La dosis recibida debe ser lo más baja posible, pero que permita obtener una imagen de buena calidad t 1/2 biológico corto Comportarse como las moléculas endógenas Estabilidad in vivo Rápida excreción cuando finalizó el estudio Acumularse selectivamente en el órgano blanco Acumulación en el órgano blanco 20

21 Equipos para la obtención de imágenes Scanner lineal Gamma cámara SPECT o cámara tomográfica PET Scanner lineal Consiste de un detector de NaI(Tl), un circuito electrónico con un colimador enfocado El colimador se usa para limitar el campo de observación del detector, para que radiaciones gamma 21

22 Gamma cámara Detecta radiación de todo el campo de observación simultáneamente Puede obtener imágenes estáticas y dinámicas del paciente Consta de un detector de NaI(Tl), un colimador, un sistema electrónico y un circuito posicionador La cabeza puede moverse arriba y abajo y rotar alrededor del paciente, pero permanece inmóvil durante el estudio Da una imagen bidimensional SPECT Construye imágenes en cortes, en planos transversos, sagitales y coronales Se ve el órgano en 3 dimensiones El cabezal rota alrededor del paciente Luego se reconstruyen las imágenes ndering_mgla1_010_4.mpg 22

23 Radiofármacos para tomografía de emisión de positrones (PET) Generalidades Da información sobre la función de los órganos Se utilizan radionucleidos emisores de positrones de corta vida Se utiliza un circuito de coincidencia Los elementos utilizados como emisores de positrones están unidos por enlaces covalentes y se encuentran en varias estructuras bioquímicas y de fármacos 23

24 Emisión de positrones p n + β + + ν fotón incidente fotón gamma, MeV Los positrones son emitidos con un espectro continuo de energía El rango de energía tiene un impacto práctico que degrada la resolución en PET El positrón se recombina con un electrón en una reacción de aniquilación β + + e - γ + γ núcleo Se producen dos radiaciones gamma con momento opuesto, a 180º, con una energía de 511 kev Estas radiaciones de aniquilación son las que detecta el PET fotón gamma, MeV Detección por coincidencia Sólo los eventos simultáneos vistos por los detectores son registrados como un evento de aniquilación Esta colimación electrónica es una ventaja única del PET 24

25 Diseño del scanner Serie de circuitos de coincidencia ensamblados en forma de anillo El número de coincidencias para una línea particular de respuesta es directamente proporcional al número de positrones emitidos Las coincidencias contadas se reconstruyen a imágenes utilizando algoritmos similares a los usados en tomografía computada Proceso del estudio PET El proceso de la producción del radiotrazador comienza en un ciclotrón y termina en el escáner de PET. El proceso lleva unas horas. 25

26 Características de trazadores para PET Deben estar de acuerdo con el límite de dosis absorbida permitida para humanos Deben ser puros, estériles y apirógenos Deben poder llegar en cantidades adecuadas para los estudios programados Deben prepararse en poco tiempo La síntesis debe dar la droga marcada en estado puro La marcación debe ser rápida El radionucleido debe tener un t 1/2 que esté de acuerdo con el tiempo del proceso biológico a estudiar El radionucleido para la síntesis se obtiene de: - ciclotrón - generadores Producción de radionucleidos para PET Nucleido t 1/2 E máx (MeV) 15 O 2 min N 10 min C 20 min F 110 min Rb 76 s Ga 68 min 1.9 Se encuentran en el lado rico en protones de la línea de estabilidad beta Son producidos por aceleradores que bombardean blancos con partículas cargadas (ciclotrón) o en generadores 26

27 Ciclotrón Se basa en la aplicación repetida de voltaje que acelera iones a altas velocidades El haz de partículas cargadas es deflectado para chocar contra un blanco La irradiación del material blanco por el haz de ciclotrón produce por reacción nuclear el radionucleido utilizado para marcar radiofármacos para PET Produce 11 C, 13 N, 15 O, and 18 F Ciclotrón 27

28 Parámetros que pueden estudiarse Parámetros cardiovasculares: perfusión, volumen sanguíneo Procesos metabólicos: utilización de glucosa, oxidación metabólica Neurotransmisión: receptores D 2, receptores BZD, dopa decarboxilasa Procesos metabólicos: utilización de glucosa 18 F- fluorodesoxiglucosa ( 18 F-FDG) La glucosa es un nutriente utilizado por la mayoría de los tejidos del cuerpo La evaluación de su utilización da información sobre la vitalidad de los órganos, y monitorea la respuesta terapéutica a intervenciones Se usa para obtener imágenes PET de cerebro, corazón y varios tumores Propiedad: trapping in vivo Los tejidos acumulan actividad en proporción a la velocidad de utilización de glucosa, y no hay redistribución complicada de metabolitos 28

29 18 F-fluoruro Los 110 mins de t 1/2 del 18 F son muy convenientes para la síntesis del radiofármaco La forma preferida para el marcado es el 18 F-fluoruro Se produce irradiando con protones el 18 O-agua Se transforma el 18 F-fluoruro acuoso a 18 F-fluoruro activo Imagen de cerebro con 18 F-FDG Imagen PET mostrando una falta de toma de glucosa (18F-FDG) en un paciente con derrame cerebral severo 29