Cámara gamma

Una cámara gamma ( cámara γ ), también llamada cámara de centelleo o cámara Anger , es un dispositivo que se utiliza para obtener imágenes de radioisótopos emisores de radiación gamma, una técnica conocida como gammagrafía . Las aplicaciones de la gammagrafía incluyen el desarrollo temprano de fármacos y la obtención de imágenes médicas nucleares para ver y analizar imágenes del cuerpo humano o la distribución de radionucleidos inyectados, inhalados o ingeridos que emiten rayos gamma .

Un ejemplo de examen de gammagrafía pulmonar

Máscara de apertura codificada para cámara gamma (para SPECT )

La gammagrafía ("scint") es el uso de cámaras gamma para capturar la radiación emitida por radioisótopos internos para crear imágenes bidimensionales [1] .

La obtención de imágenes SPECT (tomografía computarizada por emisión de fotón único), tal como se utiliza en las pruebas de esfuerzo cardíaco nuclear , se realiza mediante cámaras gamma. Por lo general, uno, dos o tres detectores o cabezas giran lentamente alrededor del torso del paciente.

Las cámaras de rayos gamma de múltiples cabezales también se pueden utilizar para la exploración por tomografía por emisión de positrones (PET), siempre que su hardware y software se puedan configurar para detectar "coincidencias" (eventos casi simultáneos en 2 cabezas diferentes). El PET con cámara gamma es notablemente inferior a la obtención de imágenes PET con un escáner PET diseñado específicamente, ya que el cristal de centelleo tiene poca sensibilidad para los fotones de aniquilación de alta energía y el área del detector es significativamente más pequeña. Sin embargo, dado el bajo costo de una cámara gamma y su flexibilidad adicional en comparación con un escáner PET dedicado, esta técnica es útil cuando los gastos y las implicaciones de recursos de un escáner PET no pueden justificarse.

Cámara gamma
Sección transversal esquemática de un detector de cámara gamma
Detalles de la sección transversal de una cámara gamma

Una cámara gamma consta de uno o más planos de cristal plano (o detectores) acoplados ópticamente a una serie de tubos fotomultiplicadores en un conjunto conocido como "cabezal", montado en un pórtico. El pórtico está conectado a un sistema informático que controla el funcionamiento de la cámara y adquiere y almacena imágenes. [2] : 82 La construcción de una cámara gamma a veces se conoce como construcción de radiación compartimental.

El sistema acumula eventos, o recuentos, de fotones gamma que son absorbidos por el cristal de la cámara. Por lo general, se usa un gran cristal plano de yoduro de sodio con dopado de talio en una carcasa sellada a la luz. El método de captura altamente eficiente de esta combinación para detectar rayos gamma fue descubierto en 1944 por Sir Samuel Curran [3] [4] mientras trabajaba en el Proyecto Manhattan en la Universidad de California en Berkeley . El físico ganador del premio Nobel Robert Hofstadter también trabajó en la técnica en 1948. [5]

El cristal centellea en respuesta a la radiación gamma incidente. Cuando un fotón gamma sale del paciente (que ha sido inyectado con un producto farmacéutico radiactivo ), suelta un electrón de un átomo de yodo en el cristal y se produce un leve destello de luz cuando el electrón dislocado vuelve a encontrar un estado de energía mínimo. El fenómeno inicial del electrón excitado es similar al efecto fotoeléctrico y (particularmente con los rayos gamma) al efecto Compton . Después de que se produce el destello de luz, se detecta. Los tubos fotomultiplicadores (PMT) detrás del cristal detectan los destellos fluorescentes (eventos) y una computadora suma los recuentos. La computadora reconstruye y muestra una imagen bidimensional de la densidad de conteo espacial relativa en un monitor. Esta imagen reconstruida refleja la distribución y concentración relativa de elementos trazadores radiactivos presentes en los órganos y tejidos de los que se obtienen imágenes. [6] : 162

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Esquema animado de la física de las cámaras gamma y sus componentes principales.

Hal Anger desarrolló la primera cámara gamma en 1957. [7] [8] Su diseño original, frecuentemente llamado cámara Anger, todavía se usa ampliamente en la actualidad. La cámara Anger utiliza conjuntos de fotomultiplicadores de tubo de vacío (PMT). Generalmente, cada tubo tiene una cara expuesta de aproximadamente 7,6 cm de diámetro y los tubos están dispuestos en configuraciones hexagonales, detrás del cristal absorbente. El circuito electrónico que conecta los fotodetectores está cableado de manera que refleje la coincidencia relativa de la fluorescencia de la luz detectada por los miembros de la matriz de detectores hexagonales. Todos los PMT detectan simultáneamente el (supuesto) mismo destello de luz en diversos grados, dependiendo de su posición desde el evento individual real. Por tanto, la ubicación espacial de cada destello de fluorescencia se refleja como un patrón de voltajes dentro de la matriz del circuito de interconexión.

La ubicación de la interacción entre el rayo gamma y el cristal se puede determinar procesando las señales de voltaje de los fotomultiplicadores; En términos simples, la ubicación se puede encontrar ponderando la posición de cada tubo fotomultiplicador por la fuerza de su señal y luego calculando una posición media a partir de las posiciones ponderadas. [2] : 112 La suma total de los voltajes de cada fotomultiplicador, medida por un analizador de altura de pulso, es proporcional a la energía de la interacción de los rayos gamma, lo que permite la discriminación entre diferentes isótopos o entre fotones dispersos y directos. [6] : 166

Para obtener información espacial acerca de las emisiones de rayos gamma de un sujeto de imágenes (por ejemplo, las células del músculo cardíaco de una persona que han absorbido un agente de imágenes medicinales radioactivo inyectado por vía intravenosa, generalmente talio-201 o tecnecio-99m ), un método para correlacionar el detectado Se requieren fotones con su punto de origen.

El método convencional consiste en colocar un colimador sobre el cristal de detección / matriz PMT. El colimador consiste en una hoja gruesa de plomo , típicamente de 25 a 75 milímetros (1 a 3 pulgadas) de espesor, con miles de orificios adyacentes a través de ella. Los agujeros individuales limitan los fotones que pueden ser detectados por el cristal a un cono; el punto del cono está en el centro de la línea media de cualquier agujero dado y se extiende desde la superficie del colimador hacia afuera. Sin embargo, el colimador también es una de las fuentes de desenfoque dentro de la imagen; el plomo no atenúa totalmente los fotones gamma incidentes, puede haber alguna diafonía entre los agujeros.

A diferencia de una lente, como se usa en las cámaras de luz visible, el colimador atenúa la mayoría (> 99%) de los fotones incidentes y, por lo tanto, limita en gran medida la sensibilidad del sistema de la cámara. Deben estar presentes grandes cantidades de radiación para proporcionar suficiente exposición para que el sistema de cámara detecte suficientes puntos de centelleo para formar una imagen. [2] : 128

Se han propuesto y probado otros métodos de localización de imágenes ( orificio de alfiler , colimador de láminas giratorias con CZT ); [9] sin embargo, ninguno ha entrado en un uso clínico de rutina generalizado.

Los mejores diseños de sistemas de cámaras actuales pueden diferenciar dos fuentes puntuales separadas de fotones gamma ubicadas entre 6 y 12 mm, dependiendo de la distancia al colimador, el tipo de colimador y el radionucleido. La resolución espacial disminuye rápidamente al aumentar las distancias de la cara de la cámara. Esto limita la precisión espacial de la imagen de la computadora: es una imagen borrosa formada por muchos puntos de centelleo detectado pero no localizado con precisión. Ésta es una limitación importante para los sistemas de imágenes del músculo cardíaco; el músculo cardíaco normal más grueso del ventrículo izquierdo mide aproximadamente 1,2 cm y la mayor parte del músculo del ventrículo izquierdo mide aproximadamente 0,8 cm, siempre en movimiento y gran parte de él a más de 5 cm de la cara del colimador. Para ayudar a compensar, los mejores sistemas de imágenes limitan el recuento de centelleo a una parte del ciclo de contracción del corazón, llamado bloqueo, sin embargo, esto limita aún más la sensibilidad del sistema.

  • Medicina Nuclear
  • Gammagrafía

  1. ^ thefreedictionary.com> gammagrafía Citando: Diccionario médico de Dorland para consumidores de salud, 2007 por Saunders; Saunders Comprehensive Veterinary Dictionary, 3 ed. 2007; McGraw-Hill Concise Dictionary of Modern Medicine, 2002 por The McGraw-Hill Companies
  2. ↑ a b c Saha, Gopal B. (2006). Física y radiobiología de la medicina nuclear (3ª ed.). Nueva York: Springer. doi : 10.1007 / 978-0-387-36281-6 . ISBN 978-0-387-30754-1.
  3. ^ "Contando tubos, teoría y aplicaciones", Curran, Samuel C., Academic Press (Nueva York), 1949
  4. ^ Fletcher, WW (2004). "Curran, Sir Samuel Crowe (1912-1998)" . Diccionario Oxford de biografía nacional . Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford.
  5. ^ "Robert Hofstadter - biográfico" . Premio Nobel . Consultado el 29 de septiembre de 2016 .
  6. ^ a b Khalil, Magdy M. (2010). "Elementos de los sistemas de cámara Gamma y SPECT". Ciencias básicas de la medicina nuclear . Heidelberg: Springer. ISBN 978-3-540-85961-1.
  7. ^ Tapscott, Eleanore (2005). "Pionero de la medicina nuclear, Hal O. Anger, 1920-2005" . Revista de tecnología de medicina nuclear . 33 (4): 250-253. PMID  16397975 .
  8. ^ Ira, Hal O. (1958). "Cámara de centelleo". Revisión de instrumentos científicos . 29 (1): 27–33. Código Bibliográfico : 1958RScI ... 29 ... 27A . doi : 10.1063 / 1.1715998 .
  9. ^ Zeng, Gengsheng L .; Gagnon, Daniel; Matthews, Christopher G .; Kolthammer, Jeffery A .; Radachy, Jason D .; Hawkins, William G. (20 de junio de 2002). "Algoritmo de reconstrucción de imagen para un colimador de lamas giratorias". Física Médica . 29 (7): 1406-1412. Código Bibliográfico : 2002MedPh..29.1406Z . doi : 10.1118 / 1.1485057 . PMID  12148720 . S2CID  13092740 .

  • Percha. Un nuevo instrumento para mapear emisores de rayos gamma. Informe trimestral de biología y medicina UCRL, 1957, 3653: 38. (Laboratorio de radiación de la Universidad de California, Berkeley)
  • Anger, HO (julio de 1964). "Cámara de centelleo con colimadores multicanal". Revista de Medicina Nuclear . 5 : 515–31. PMID  14216630 .
  • Sharp, Peter F .; Gemmell, Howard G .; Murray, Alison D. (2005). Medicina nuclear práctica . Londres: Springer. ISBN 978-1-85233-875-6.
  • US 6359279 , Gagnon, Daniel & Matthews, Christopher G., "Detector for nuclear Imaging", publicado el 19 de marzo de 2002 
  • US 6552349 , Gagnon, Daniel & Matthews, Christopher G., "Detector with non-circular field of view", publicado el 2 de abril de 2003 
  • Cherry, Simon R .; Sorenson, James A .; Phelps, Michael E. (2012). La física en la medicina nuclear (4ª ed.). Filadelfia: Elsevier / Saunders. ISBN 978-1-4160-5198-5.

  • Medios relacionados con las cámaras Gamma en Wikimedia Commons