FÍSICA MÉDICA: Tomografía por emisión de positrones, PET

Alberto Carrión
José Antonio Font
Alberto Virto

La tomografía por emisión de positrones (PET) obtiene datos, de forma no invasiva, sobre flujos sanguíneos, metabolismo de la glucosa, transporte de aminoácidos, metabolismo de proteínas, estado de neurorreceptores, consumo de oxígeno, división celular, etc., en lugar de las convencionales imágenes de estructuras anatómicas producidas por rayos X, tomografía computerizada (CT) o resonancia magnética por imagen (RMI).

La naturaleza de los datos obtenidos con PET permite la investigación de los hechos que ocurren a nivel celular, no siendo posible con ningún otro dispositivo convencional por el momento. De este modo, se puede confirmar la presencia de cáncer o metástasis en alguna zona del organismo a pesar de que haya pasado desapercibida con una tomografía computerizada o una resonancia magnética.

Los procesos bioquímicos son la base principal del funcionamiento del organismo. Los agentes externos provocan alteraciones bioquímicas consideradas como enfermedad. La información que se obtiene con el PET es específica y permite entender mejor la evolución de la enfermedad así como mejorar la terapia a aplicar puesto que los cambios bioquímicos siempre preceden a las alteraciones anatómicas.

El valor de la emisión de positrones por radionúclidos emisores Beta+ (positrones) fue descubierto en la década de los 50 por Brownell y Sewell, pero no fue hasta 1970 cuando se desarrolló el primer escáner de positrones (Hospital General de Boston, Massachussets). Sin embargo, su extendido uso clínico ha venido recientemente con el desarrollo de la instrumentación de apoyo necesaria, esto es, hardware y software informáticos así como de “pequeños” ciclotrones.

La tomografía PET utiliza, como base de su funcionamiento, radioisótopos de carbono, nitrógeno, oxígeno y flúor, que tienen un periodo de semidesintegración muy corto (20 min para el ¹¹C, 12 min para el ¹³N, 2 min para el ¹⁵O y 110 min para el ¹⁸F) y que se desintegran emitiendo positrones luego han de ser fabricados en las inmediaciones de la cámara PET. Por ello se han tenido que desarrollar pequeños ciclotrones de uso médico para ser dispuestos en cada instalación.

Bases físicas

Sabemos que el positrón es una partícula elemental (antipartícula del electrón) que se aniquila al entrar en contacto con un electrón (ambos en reposo) transformando su masa en energía originando así dos fotones (fotones de aniquilación) de 0.511 MeV cada uno que viajan en sentidos opuestos. Esto quiere decir que su emisión se podrá detectar si unos detectores externos a un volumen, situados en la misma línea que éste, detectan a la vez un fotón de 0.511 MeV, lo que indicará que el positrón se ha emitido en algún punto de esa misma línea. Si otro radionúclido emisor de positrones, cercano al primero, emite en otra dirección otros dos fotones de aniquilación, que se captan desde el exterior con otros dos detectores, la intersección de esta nueva línea con la anterior indica el punto de origen de los fotones de aniquilación y, por tanto, la situación del radionúclido emisor.

Para la obtención de imágenes de la distribución de un trazador emisor b+, los detectores han de rodear al paciente. Las actuales cámaras de positrones están formadas por uno o varios anillos, cada uno de los cuales contiene un gran número de pequeños detectores de centelleo sólido adosados. Estos detectores han de ser de gran eficiencia y aptos para su utilización con fotones de 0.511 MeV, por lo que se utilizan cristales de germanato de bismuto o también ortosilicato de gadolinio activado con cerio. Las señales son conducidas a un ordenador, que en primer lugar selecciona aquellas que se detectan de forma simultánea en un par de detectores cualesquiera del anillo, y que determinan una línea en la que se encuentra el b+ que les ha dado origen. A continuación, partiendo de esta información y utilizando un algoritmo de reconstrucción tomográfica similar al empleado en la CT (tomografía computerizada), se obtiene la distribución del trazador en diversos planos transversales. El número de cuentas obtenido por el ordenador en un intervalo fijado de tiempo es representado en el monitor como un punto (uno o varios pixels, dependiendo de la resolución) con una escala de grises que va desde el negro (cero cuentas) hasta el blanco puro, si se desea representación en blanco y negro aunque también es representable en color, asignando un color diferente a cada tono de gris particular. Haciendo esta operación para todos los planos transversales se obtiene una buena imagen tridimensional de la zona a estudiar en función de la actividad, en términos del metabolismo celular o circulación sanguínea.

Este sistema de sensores es el mejor, porque los detectores individuales tienen una respuesta en tiempo muy breve, y por ello se podrá utilizar un nivel elevado de actividad lo que implica vida media muy corta (imprescindible para evitar riesgos colaterales). Se puede abaratar el equipo de sensores utilizando dos gammacámaras en paralelo con un adecuado programa informático. Este método no tiene la sensibilidad del anterior, tanto por la geometría del sistema como por la menor cantidad de radioisótopo utilizable, debido al mayor tiempo de resolución de la gammacámara, aunque también da resultados que son útiles en clínica.

La realización de una prueba con PET es indudablemente cara debido a que los radionúclidos emisores de positrones son de vida muy corta, tanto que impide prácticamente su traslado desde el ciclotrón que los produce al centro de explotación. Por eso, el único recurso es disponer de un pequeño ciclotrón para su producción in situ. Es el coste de esta unidad, añadido al de los sistemas de detección, lo que hace que este sistema de exploración sea extraordinariamente caro.

Aplicaciones

El PET, según hemos expuesto anteriormente, permite obtener imágenes empleando compuestos biológicamente activos, sustratos, ligandos o radiofármacos marcados con emisores de Beta+. Estos agentes se administran normalmente por vía intravenosa al paciente en vivo, distribuyéndose según el flujo sanguíneo y siendo asimilados independientemente de su carácter radiactivo. Las aplicaciones clínicas del PET abarcan la oncología, neurología, cardiología y psiquiatría, entre otras. Las indicaciones clínicas en oncología, por ejemplo, incluyen:

el diagnóstico diferencial (como el nódulo solitario de pulmón, el carcinoma de páncreas versus una pancreatitis crónica)

el estadiaje de tumores, del cual depende el éxito del tratamiento; así, un estadiaje con ¹⁸F-FDG (fluorodesoxiglucosa) puede estar indicado cuando, con otra técnica de imagen o por el aumento de los marcadores tumorales, se sospecha una lesión metastásica

la diferenciación entre una cicatriz o necrosis y la enfermedad residual o recurrente, con aplicación en tumores de cerebro, pulmón, cadera y cuello.

El seguimiento de la terapia

En cuanto a las principales aplicaciones en neurología cabe destacar los estudios de estimulación sensorial, demencias, epilepsias, tumores cerebrales, accidentes cerebrovasculares, movimentos anormales y trastornos psiquiátricos.

En cardiología, las indicaciones clínicas del PET son la detección de la enfermedad coronaria y el estudio de la viabilidad miocárdica.

Las aplicaciones del PET son sobretodo de interés en el estudio metabólico de tejidos y órganos. Así con el ¹¹C y el ¹⁸F se estudia, marcando la desoxiglucosa, el metabolismo de la glucosa cerebral. Con el ¹³N se ha marcado la urea y los aminoácidos, que han permitido estudiar el flujo sanguíneo cerebral, la perfusión miocárdica y la función del hepatocito. El ¹⁵O se emplea como tal para marcar el agua y el CO₂ y CO para estudios del metabolismo del oxígeno y de flujo sanguíneo cerebral, etc.

Comparada con la medicina nuclear “convencional” los centros que disponen de la tomografía PET requieren de blindajes mayores debido a que en la producción de los emisores de positrones también se producen campos neutrónicos y de radiación gamma secundaria.

A pesar de que el precio de cada exploración es elevado, los beneficios que se obtienen con ellas justifican su valor. Así en New Orleans (USA), se ha presentado recientemente un trabajo que demuestra el beneficio del uso del PET en un paciente diagnosticado de cáncer de pulmón. El doctor Harm van Tinteren, del Centro de Cáncer de Amsterdam, ha demostrado que uno de cada cinco candidatos a resección quirúrgica no debe ir al quirófano; en el 20% de los casos, las exploraciones convencionales no logran demostrar lo que el PET acaba concluyendo: la presencia de metástasis, que hacen que el bisturí esté poco indicado puesto que no se logran beneficios en su utilización. Es obvio el ahorro que el PET conlleva, a veces mayor que su coste.

Además, en ciertas ocasiones el PET es capaz de decir lo contrario que el TAC (tomografía axial computerizada o escáner), sobretodo después de finalizada la terapia; con el PET se puede observar enfermedad residual en pacientes a los que el TAC etiquetaba de totalmente curados. En otras ocasiones las imágenes que parecen tumores, según el TAC, se deben únicamente a la presencia de tejido cicatricial o muerto. Con el PET no hay duda alguna puesto que podemos apreciar la actividad metabólica. Según el doctor Michael MacManus, del Peter MacCallum Cancer Institute de Victoria, Australia: “si observamos una masa que absorbe glucosa radiactiva rápidamente, entonces estamos ante un tumor maligno”.

Es cierto que la tomografía por emisión de positrones, PET, todavía se encuentra en sus comienzos. Su porvenir dependerá, en gran medida, de que se encuentre algún medio de producción de emisores de positrones mediante generador, evitando así el empleo de un “pequeño” ciclotrón para cada instalación de PET, que es realmente lo que encarece en mayor medida el producto. Pero mientras tanto se está convirtiendo en pieza fundamental de la investigación del metabolismo cerebral y clave diagnóstica de muchas enfermedades.