DETECCIÓN PRECOZ DEL CÁNCER
INTRODUCCIÓN
Dos proyectos se están desarrollando actualmente por el Grupo de Física Médica Nuclear del IFIC: una mini cámara gamma portátil y un PET de animales pequeños.
MINI CÁMARA GAMMA
En el primer proyecto se ha desarrollado un novedoso diseño de cámara gamma para el diagnóstico en medicina nuclear. Actualmente la cámara está terminada y está siendo evaluada con pacientes en el Hospital 9 de Octubre, Instituto Valenciano de Oncología y Hospital Clinic de Barcelona.
En el diseño de la cámara se ha buscado minimizar el coste y el tamaño, asegurando la portabilidad. Dicha cámara tiene una forma rectangular cuyas dimensiones son de 7 cm de lado por 14 cm de longitud con un peso total de 1 Kg. Toda la electrónica, de bajo ruido, ha sido diseñada para que sea incorporada a la cámara de una forma compacta. Los datos se transmiten directamente a un ordenador portátil por el puerto USB. Una fotografía de dicha cámara puede observarse en la figura 1.
Figura 1. Mini cámara gamma portátil desarrollada en el IFIC.
La cámara está desarrollada con las últimas tecnologías de detección de luz, más concretamente, detectores de luz que son sensibles a su posición de incidencia. La cámara, por tanto, no permite examinar regiones grandes del cuerpo humano pero sí zonas pequeñas con mayor resolución que las grandes. Por todo ello, la nueva cámara constituye un complemento a las cámaras grandes.
En las técnicas de diagnóstico que utiliza la medicina nuclear primero se introduce un tipo de contraste en el paciente. Una vez dicho contraste se ha extendido por los órganos del paciente se examinan éstos mediante una cámara de detección de rayos gamma. El proceso es similar a tomar una fotografía del paciente, excepto que se utilizan rayos gamma de longitud de onda mucho menor que la de la luz visible, aportando información sobre la región donde se ha acumulado el contraste.
El mismo contraste que se utiliza en las exploraciones convencionales con las cámaras comerciales de grandes dimensiones de las que dispone el hospital sirve para hacer la prueba con la cámara desarrollada en Valencia.
La cámara ha sido evaluada según las normas americanas dando resultados muy prometedores. Con tiempos de exploración de 5 a 10 minutos se pueden llegar a apreciar detalles en las imágenes de hasta 2 milímetros. Éstos resultados han sido presentados en diversas conferencias de ámbito nacional e internacional, en las que varias compañías privadas han mostrado su interés en este nuevo equipo.
Aplicaciones:
La utilidad de esta cámara portátil se centra en la detección si un tumor se ha extendido a ganglios contiguos en exploraciones intraoperatorias.
Figura 2. Linfogammagrafía de un paciente con melanoma del Hospital Clinic de Barcelona, obtenida con la mini cámara gamma desarrollada en el IFIC.
También sirve para el diagnóstico de enfermedades en órganos pequeños como la glándula tiroides y el riñón.
Figura 3. Gammagrafía de tiroides de un paciente del Hospital 9 de Octubre de Valencia, obtenida con la mini cámara gamma desarrollada en el IFIC.
MICRO CÁMARA PET PARA ANIMALES PEQUEÑOS
Introducción
Una Micro-Cámara Tomográfica por Emisión de Positrones de pequeñas dimensiones es el único instrumento para realizar estudios funcionales con animales pequeños. El principal campo de aplicación de la cámara BIO-PET para animales pequeños es la investigación básica clínica y biomédica.
No es posible utilizar una cámara PET para humanos para realizar estudios con animales pequeños. En primer lugar, una cámara PET de animales pequeños debe adaptarse al tamaño de los mismos, situando los sensores a una distancia reducida para obtener una buena sensibilidad. Por otro lado, debe disponer de una resolución espacial suficiente, cercana al milímetro, para poder distinguir detalles dentro del mismo (la resolución de las cámaras PET para humanos es de alrededor de 5-6 milímetros).
Instrumentación
La cámara PET de animales pequeños que se está desarrollando hace uso de un sensor de luz innovador con el objeto de obtener una mejor sensibilidad y una gran resolución espacial. Además de producir imágenes anatómicas de alta resolución, este scanner permite realizar estudios de la actividad funcional con mucha precisión.
La cámara MicroPET se compone de tres partes:
· El detector gamma.
· El sistema de adquisición y procesado de datos con una electrónica compleja (muy alta frecuencia, alta tasa de adquisición de datos y muy bajo ruido).
· El software de reconstrucción y visualización de la imagen.
El equipo desarrollado reduce drásticamente el número de fotodetectores y canales electrónicos necesarios, aumentando simultáneamente la eficiencia del mismo. En este sentido, su innovador diseño, resultado del uso y optimización de tecnologías novedosas que incluyen patentes propias del CSIC, ha permitido mejorar las prestaciones del equipo y reducir su coste significativamente.
Se han mejorado sustancialmente los parámetros básicos que caracterizan a este tipo de equipos, incrementándose: la sensibilidad, las resoluciones espacial y energética, la velocidad en la obtención de la imagen y la calidad de la misma.
La sensibilidad es la mayor obtenida hasta el momento por cámaras PET pequeñas, tanto comerciales como académicas, siendo ésta su característica más importante. Este equipo es, además, el único con capacidad de medida continua de la profundidad de interacción del rayo gamma dentro del cristal.
La resolución intrínseca preliminar de los detectores es de 1,8 mm aproximadamente, por lo que es posible, debido a la alta sensibilidad del sistema, alcanzar una resolución final en la imagen de cerca de 1 mm. La resolución energética provisional es del 12% para los 511 Kev.
La electrónica de detección y procesamiento de las señales, así como los algoritmos desarrollados para el procesamiento y reconstrucción de la imagen, permiten la visualización 3D de la misma reduciendo 10 veces su coste computacional.
Consta de 8 módulos de detección, de 5 x 5 cm2 de superficie, formando un octógono. El puerto de entrada tiene un diámetro de 12 cm, siendo el campo de visión (Field Of View) transaxial de 9,6 cm y el campo de visión axial de 4,5 cm.
Modo de Funcionamiento
Como en el caso del PET para humanos, la clave consiste en la elección de la molécula que se inyecta en el organismo y cuya distribución en el mismo se determina mediante la cámara. En el caso de estudios clínicos con seres humanos se utiliza habitualmente la molécula FDG (Flúor DeoxiGlucosa, ver figura inferior) y el isótopo marcador suele ser el Flúor 18.
Figura 4. Representación espacial de la molécula FDG, Flúor DeoxiGlucosa, que se utiliza en la mayor parte de las exploraciones de PET.
La biodistribución del trazador así como la farmacocinética pueden ser estudiados con mucha facilidad en modelos animales como el ratón de la imagen.
Figura 5. Distribución del trazador en un ratón.
Motivación y Aplicaciones
Mediante una cámara PET de animales pequeños se puede realizar:
· Estudios clínicos (de cerebro, oncológicos y de corazón) y de investigación biomédica.
· Estudios de expresión génica.
· Desarrollo de nuevos radio fármacos.
· Estudio de los distintos trazadores en animales antes de usarlos con seres humanos.
Por otro lado, en comparación con otros procedimientos, la técnica PET necesita menos animales limitando su uso en experimentos.
La dosis que se introduce en el animal es de entre 500 mCi y 800 mCi, notablemente inferior a la que se introduce en los seres humanos (alrededor de 10 mCi).
Estudios de expresión génica:
Una cámara PET de animales pequeños es el mejor instrumento para realizar estudios in vivo de la expresión génica. Los genes “expresan” tan sólo un grupo reducido de animoácidos y en un orden determinado para formar proteínas. Con la cámara PET se visualiza la concentración y distribución en el organismo de determinadas proteínas y aminoácidos marcadas con isótopos emisores de positrones. Un ser vivo concreto puede consumir determinadas proteínas diferentes a las de otros individuos dentro de la misma especie.
Se puede introducir un vector de ADN en el animal que modifica una parte reducida de la secuencia génica de un grupo de células. Se trata de estudiar que aminoácidos y, por consiguiente proteínas, se expresan mediante la nueva secuencia génica.
Figura 10. Se muestra a la izquierda la imagen obtenida mediante una cámara PET de la concentración del marcador en un ratón que expresa la proteína D2R+ y a la derecha otro ratón que expresa la proteína tk+.
