El Diagnóstico por Imagen: Tomografía de Emisión de Positrones (PET)

¿Qué tienen en común el "rayo azul" original de Marie Curié, los rayos cósmicos de alta velocidad que penetran en nuestro cuerpo cada segundo, y el estudio de los procesos metabólicos de un organismo?

En este artículo, continuamos nuestro debate sobre la evolución de los productos médicos, centrándonos en el diagnóstico por imagen y la tecnología PET. Analizaremos la historia y los avances de este ámbito de la tecnología médica, su situación actual, sus implicaciones en nuestra sociedad global y sus perspectivas de futuro.

Acompáñenos a explorar la historia de la PET y cómo hemos llegado desde 1911, con un gramo de "rayo azul" fosforescente hallado tras estudiar 4 toneladas de roca, hasta las cámaras gamma PET o de estado sólido del tamaño de un ordenador portátil de hoy en día.

Conceptos básicos:

¿Qué es la PET? La PET es una técnica invasiva en la que se inyecta, ingiere o inhala un radiofármaco que genera radiación desde adentro del cuerpo. Esta radiación es detectada por un scanner en forma de anillo alrededor del cuerpo y transformada en imagen. Es una técnica de imagen funcional: esto es debido a su fundamento, ya que se basa en la detección de cómo y dónde se está produciendo un proceso metabólico, a diferencia de otros estudios de imágenes que son en su mayoría estructurales.

¿Cómo se genera esta radiación? Por aniquilación de partículas. Cuando un protón pasa por la materia, luego de dispersar su energía cinética, se encuentra con un electrón. Ambos interactúan y son aniquilados emitiendo el resto de su energía en la forma de dos fotones de rayos Gamma (explicado también por la teoría de Einstein E=mc2). La distancia que viaje el protón o positrón antes de que esto suceda, depende de su propia energía, y es la que limita la resolución espacial de la imagen de PET de 1 a 2 mm. Estos dos rayos Gamma salen en direcciones opuestas y su detección simultánea permite localizar de forma más precisa el isotipo que en la SPECT. Los fotones son estos haces de luz individuales y son las unidades indivisibles más pequeñas y nítidas de los rayos Gamma.

¿Cómo se hacen visibles estos fotones? Los detectores por centelleo utilizan cristales. Cada rayo Gamma que entra a un cristal crea un destello de luz muy pequeño. Este centelleo es transformado a un impulso eléctrico por un tubo fotomultiplicador. La altura y amplitud de este impulso generado es proporcional a la energía de los rayos Gamma, e inversamente proporcional a la longitud de onda del fotón incidente. El recuento de los fotones detectados representa la cantidad del trazador radioactivo: es decir da un indicador cuantitativo de la actividad o metabolismo del tejido en estudio.

¿Qué es la cinética de los trazadores? Se marca un compuesto biomédico con un isotopo radioactivo y se genera un trazador. En los estudios de medicina nuclear se sigue la trayectoria y la evolución de este trazador, reflejando el funcionamiento bioquímico. Hay muy poca interferencia con la fisiología normal.

¿Por qué esta técnica ha tenido tanto uso y éxito en oncología?: gracias a la cinética de los trazadores. Porque las células de los tejidos neoplásicos tienen un elevado metabolismo glucídico. Se utiliza Fluor-18 que se une fácilmente a la 2-desoxi-D-glucosa, y se obtiene el trazador Fluorodesoxiglucosa 18FDG. Al ser distribuido en el cuerpo (al ser inhalando, ingerido o administrado vía endovenoso), y como las células neoplásicas consumen más glucosa que las células de tejido adyacente, se marcaran más con el Fluor-18.

Recorramos juntos algunos de los hitos destacados de la historia de la PET.

Como las piezas de un dominó perfectamente dispuesto que sucumben a la fuerza ineludible de la gravedad, los hitos en esta historia, vislumbrados y estudiados por mentes inquietas y brillantes, fueron empujándose unos a otros en un orden preciso y perfecto. Demorados en algún punto probablemente por desconocimiento y excesos.

Estas son algunas de las piezas más sobresalientes de este dominó

13 de julio de 1898. Empujada por la mano de la primera mujer ganadora de un premio Nobel, y la primera persona en ganar dos de ellos (Física y Química): Marie Curie, cae la primera pieza: el descubrimiento de la Radioactividad. La científica junto a su esposo escribió en su libreta de anotaciones: Polonio. Elemento que identificaron y al que dieron nombre por el origen de ella.

21 de diciembre de 1898. La segunda pieza: el aislamiento del “rayo”. También empujada por los esposos Curie que dan a conocer el nombre de un nuevo elemento identificado por ellos: el Radio (Ra), que significa rayo en latín.

1911. La tercera pieza: Las 10 toneladas de roca de Austria: Curie junto a André Debierne, pudieron aislar el Radio (Ra) en forma metálica. Después de que los esposos Curie estuvieron tratando durante 4 años cerca de 10 toneladas de roca provenientes de una mina de Austria, obtuvieron 1 mg de este elemento. Las muestras brillaban en la oscuridad con un azul pálido.

1930 La cuarta pieza fue empujada por Ernest Lawrence quien concibió la idea del Ciclotrón: es un tipo de acelerador de partículas donde se fabrican radioisótopos (los utilizados actualmente en medicina). Este dispositivo impulsa un haz de protones en una trayectoria circular que bombardea isótopos estables. Después podrían identificar y producir una gran cantidad de radioisótopos: Carbono-11, Nitrógeno-13, Oxígeno-15, Fluor-18, entre otros. Sin saberlo el grupo de trabajo de Lawrence produjo Cobalto, Cobre y otros elementos radioactivos por el bombardeo de los elementos metálicos de su ciclotrón.

1932 La quinta pieza: los protones. Primero, teóricamente postulado por el Físico Dirac, y luego experimentalmente por el Físico Anderson, quien observó experimentalmente que los rayos cósmicos tenían partículas con la masa de un electrón que se movían en un fuerte campo magnética a lo largo de un camino, indicando que tenían una carga positiva: Protones (electrones positivos).

1934 La sexta pieza es empujada otra vez por Curie y Joliot quienes hicieron la primera demostración de que los átomos radioactivos podían ser producidos artificialmente.

Del “Rayo”a las imágenes.

1948 La séptima pieza es el primer acercamiento a las imágenes: Medición del flujo sanguíneo cerebral. Kety and Schmidt usaron trazadores no radioactivos usando el Principio Fick para medirlo. Este principio establece que se puede calcular el flujo sanguíneo a un órgano utilizando un trazador, conociendo la cantidad de sustancia marcadora absorbida por el órgano por unidad de tiempo, y la concentración de sustancia marcadora en la sangre arterial que irriga a este órgano.

1950 La octava pieza: el Scanner rectilíneo. Benedict Cassen introdujo las imágenes a la medicina nuclear con su Scanner rectilíneo.

Hal Anger desarrolla el “well counter” un dispositivo capaz de medir cantidades pequeñas de sustancias radioactivas.

1952 La novena pieza: Hal Anger. Tanto Curie y Anger no solo impulsaron piezas, si no que fueron piezas de este dominó en si mismos. El científico ya trabajaba desde hacía años como asistente en el laboratorio de J. Lawrence y Cornelius Tobias. Terminó su primer prototipo de Cámara Gamma en este año. Aunque este equipo tenía una baja sensibilidad, así como también tiempos de exposición prolongados, requiriendo una hora o más. Pero como una gran ventaja de su predecesor el Scanner rectilíneo, podía capturar la imagen de un órgano completo.

1956 La décima pieza, una vez más de la mano de Anger. Terminó de refinar la Cámara que había inventado previamente usando tubos fotomultiplicadores para saber exactamente donde ocurría el destello de luz, generando así rápidamente una imagen de la distribución del trazador en el cuerpo, es decir detectaba positrones. Facilitando el estudio de funciones dinámicas. Hoy la medicina nuclear tiene dispositivos médicos de imágenes que pueden estudiar con gran resolución los huesos, riñones, corazón, cerebro, hígado. Y las últimas cámaras gamma no difieren sustancialmente de la original de Anger. Scintillation camera, Cámara de centelleo.

1959 Décimo primera pieza. Anger desarrolló el principio de detección de coincidencias y la primera cámara de positrones.

Donald Van Dyke, un fisiólogo investigador fue un pionero al usar la cámara de positrones y demostrar el flujo sanguíneo y la distribución de la médula en varios estados de enfermedad.

El químico Yukio Yano fabricó los isótopos 32-Fe y 18-F, que en conjunto con la cámara de detección de positrones facilitaron el estudio de trastornos sanguíneos ya que se podía obtener una mejor visualización de la distribución del Fe y su cinética.

1966 Décimo segunda pieza: El Scanner Tomográfico Multiplano. Anger desarrolla el primero de estos equipos, que permite visualizar con un alto nivel de detalles los tejidos y órganos del cuerpo utilizando rayos X. Científico con más de 15 patentes en U.S. , y con más de 13 premios y honores, entre ellos John Scott Award en 1964 por el desarrollo de la cámara de positrones, Guggenheim Fellowship, 1966; Gesellschaft fur Medizin Award, 1971; honorary doctorate in science, Ohio State University, 1972; Nuclear Medicine Pioneer Citation, SNM, 1974, entre otros.

1974 Décimo tercera pieza: Se comercializa el primer equipo de Positron Emission Tomography, Tomógrafo de emisión de positrones.

1991 Décimo cuarta pieza: Clinical PET: “It´s time has come” (Su tiempo ha llegado): Fue la portada de “The Journal of Nuclear Medicine”, refiriéndose a que había tomado un largo tiempo al PET alcanzar el nivel de aplicaciones clínicas, pero con un futuro asegurado dadas sus ventajas de detección y ubicación del funcionamiento metabólico en el cuerpo humano vivo.

El camino de las piezas comienza a ramificarse, y las piezas a evolucionar.

1990 A finales de esta década se comprobó, que, utilizando el PET en forma conjunta con TC, se podía obtener una mayor precisión anatómica de las estructuras.

En la actualidad también se ha incursionando en la utilización del PET junto con RMN, además de la dual con TC, y se han hecho distintas mejoras al original. Esta forma dual permite no solamente la ya mencionada precisión de menos de 0.5 mm si no que también que los estudios sean menos prolongados. Antes, un escaneo podía realizarse en 60 o 90 minutos, versus los 20 minutos que demora en realizarse uno de cuerpo entero hoy.

Hoy algunos avances como la Cámara Gamma de estado sólido con el tamaño de una Laptop, aprobadas por la FDA en mayo de 1997. Los detectores de estado sólido son utilizados en lugar de los cristales y los tubos fotomultiplicadores.

Usos

La modalidad dual PET/TC o PET/RMN que reúne el diagnóstico funcional y anatómico, son la innovación en medicina nuclear. Su aplicación en oncología facilita la localización anatómica de los tumores de cabeza, cuello, abdomen y pelvis, con una mejor interpretación y especificidad de localización en las imágenes.

Básicamente porque se potencian las ventajas de cada equipo, minimizando las desventajas que tienen por separado: Esto es detectando el metabolismo aumentado de glucosa, sumado a la especificidad estructural. Se comprobó que, si se realizan en equipos separados, las imágenes podían ser fidedignas en órganos más estáticos como el cerebro, pero en otros más móviles o que pueden sufrir distención como el hígado, bazo, pulmones, la especificidad estructural baja notablemente.

El uso del sistema dual tiene como ventajas:

• El planeamiento de la terapia de radiación de intensidad modulada.

• Monitoreo y evaluación de la efectividad del tratamiento.

• Detección de recidivas.

• Fases de estadificación

• Toma de biopsia dirigida.

• Planeamiento de cirugías en áreas anatómicas complejas como la región de cabeza, cuello y pelvis.

• Diferenciar captaciones fisiológicas de las patológicas.

Usos en Neurología

Con la PET/TC se evalúan procesos cerebrales con Beta amiloide, y es una herramienta relativamente nueva y de extrema ayuda para enfermedades neuronales como:

• Parkinson y el Alzheimer cuando los síntomas son leves para así poder ralentizarlos.

• También para el diagnóstico diferencial y precoz de demencias.

• Localización de focos epilépticos, en epilepsias refractarias como método preventivo.

• Estudio y valoración de otras enfermedades psiquiátricas.

• Valoración del grado de malignidad de un tumor cerebral.

Usos en cardiología

La perfusión miocárdica en reposos o estrés, se utiliza para monitorear intervenciones terapéuticas, detectar isquemia miocárdica, y evaluar pronósticos en pacientes con enfermedad miocárdica ya conocida. Son estudios comparativamente de menor duración, y más sensibles que otros como el SPECT. Permite cuantificar el flujo miocárdico en ml/minuto/por gramo de tejido en reposo y en estrés. También se puede conocer la presencia de músculo cardíaco viable en pacientes que han tenido infarto de miocardio, distinguiendo músculo vivo del necrótico.

¿Como afecta la radiación de los estudios por imágenes? ¿Tendremos mayor riesgo de padecer cáncer por esto?

Es bien sabido que la radiación es perjudicial para la salud. Según Cancer.net y Cancer.org, los riesgos de sufrir un aumento potencial de padecer cáncer debido a la exposición a la radiación por estudio: PET/TC/RX son mínimas y difíciles de cuantificar. Para los niños y algunas personas en particular este riesgo puede ser un poco mayor ya que son más sensibles a la radiación, y se los debe proteger de ella tanto como sea posible. Dependiendo de múltiples factores como: edad, peso y tamaño corporal, sexo, tipo de estudio, área del cuerpo expuesta, entre otros. En general y para una persona de edad adulta promedio el balance es que son mayores los beneficios del diagnóstico que los riesgos de la exposición a su radiación.

No se debe perder de vista que estos estudios se indican bajo la consideración de un médico o un equipo de médicos, que evalúan este riesgo beneficio, en el contexto de una multiplicidad de factores, y teniendo en cuenta que la radiación se acumulará durante toda la vida.

Respecto de estos temas se puede encontrar información de interés en www.imagewisely.org y www.imagegently.org.

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Conclusión

Sin dudarlo cuando la genialidad de las mentes brillantes es utilizada con el propósito de ayudar a otros, y, con el afán de descubrir nuevos caminos, se llega a destinos antes impensados. Poder hacer un diagnóstico certero en patologías desde fases tempranas como cáncer, Alzheimer, o de perfusión miocárdica, entre otros …….. ha sido sin dudas algunos de los más esperados por la humanidad tanto del lado de los pacientes como del de los profesionales médicos. Las recientes aplicaciones en Neurología y Cardiología, también han demostrado que se puede esperar nuevas piezas de este dominó, en otras especialidades y con nuevas patologías a diagnosticar.

Terminaré con una frase de Marie Curie: “ La vida no es fácil para ninguno de nosotros. Debemos tener perseverancia, sobre todo, confianza en nosotros mismos. Debemos creer que estamos dotados para algo y que esto debe ser alcanzado.”

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Sobre la autora:

María Soledad Gómez tiene más de 10 años de experiencia en la industria trabajando en una variedad de funciones dentro de la industria regulada, la asistencia sanitaria y la medicina, incluyendo alimentos / bebidas, hospitales y medicina veterinaria. Maria Sole escribe artículos técnicos sobre una amplia variedad de temas del ámbito médico.

Sobre el editor:

Brian Hoy tiene más de 20 años de experiencia en el sector de los dispositivos medicos y la creación de empresas, apoyando el ciclo de vida completo con alcance mundial. Brian es consultor de la industria y ofrece asesoramiento general y apoyo fuera del horario laboral.

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Publication ID: PUB0007SP

Recursos

Science direct assets. A brief history of positron emission tomography PET. Henry N Wagner, Jr.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0001299898800275

Journal of nuclear medicine Technology. Nuclear medicine pioneer, Hal O Anger, 1920-2005

https://tech.snmjournals.org/content/33/4/250

Cancer.net, American Society of clinical oncology. PET/TC

https://www.cancer.net/es/desplazarse-por-atenci%C3%B3n-del-c%C3%A1ncer/diagn%C3%B3stico-de-c%C3%A1ncer/pruebas-y-procedimientos/tomograf%C3%ADa-por-emisi%C3%B3n-de-positrones-y-tomograf%C3%ADa-computarizada-tep-tc

International Atomic EnergyAgency. Técnicas nucleares para la obtención de imágenes, adelantos y tendencias

https://www.iaea.org/sites/default/files/28205882025_es.pdf

The conversation. Academic rigour, journalistic flair. Polonio y Radio: Radiactivos, mortales y muy útiles.

https://theconversation.com/polonio-y-radio-radiactivos-mortales-y-muy-utiles-151927

American Cancer Society. Riesgos de la radiación relacionados con los estudios por imágenes.

https://www.cancer.org/es/tratamiento/como-comprender-su-diagnostico/pruebas/riesgos-de-la-radiacion-asociados-con-los-estudios-por-imagenes.html

www.imagegently.org.

American Cancer Society. Understanding radiation risk from imaging test

https://www.cancer.org/treatment/understanding-your-diagnosis/tests/understanding-radiation-risk-from-imaging-tests.html

National lybrary of medicine. Magn Rason imaging clin N Am. Neurological Applications of PET/MR

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5485669/

Diagnóstico Journal. El PET cardiac y sus aplicaciones clínicas

https://diagnosticojournal.com/el-pet-cardiaco-y-sus-aplicaciones-clinicas/

H C Marbella. PET/TAC y enfermedades neuronales

https://www.hcmarbella.com/es/servicios/medicina-nuclear/pettc-y-enfermedades-neuronales/

H C Marbella. Marbella International Hospital. PET/TC and neurological deseases

https://www.hcmarbella.com/en/servicios/medicina-nuclear/pettc-y-enfermedades-neuronales/

Fundación Pasqual Maragall. Hablemos de Alzheimer

https://blog.fpmaragall.org/pet-prueba-medica

http://www.conganat.org/SEIS/is/is45/IS45_74.pdf

https://www.analesderadiologiamexico.com/previos/ARM%202006%20Vol.%205/ARM_06_5_1_Enero-Marzo/arm_05_4_1_009-019.pdf

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