La medicina nuclear o nucleología [1] es una especialidad médica que implica la aplicación de sustancias radiactivas en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades . Las imágenes nucleares, en cierto sentido, son " radiología hecha de adentro hacia afuera" porque registra la radiación emitida desde el interior del cuerpo en lugar de la radiación que se transmite a través del cuerpo desde fuentes externas como los generadores de rayos X. Además, las exploraciones de medicina nuclear se diferencian de la radiología en que el énfasis no está en las imágenes de la anatomía, sino en la función. Por tal motivo, se denomina modalidad de imagen fisiológica . La tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) y la tomografía por emisión de positrones (PET) son las dos modalidades de imágenes más comunes en medicina nuclear. [2]
En las imágenes de medicina nuclear, los radiofármacos se toman internamente, por ejemplo, por inhalación, por vía intravenosa u oral. Luego, detectores externos ( cámaras gamma ) capturan y forman imágenes a partir de la radiación emitida por los radiofármacos. Este proceso es diferente a una radiografía de diagnóstico, donde la radiación externa pasa a través del cuerpo para formar una imagen. [ cita necesaria ]
Existen varias técnicas de diagnóstico en medicina nuclear.
Las pruebas de medicina nuclear se diferencian de la mayoría de las otras modalidades de imágenes en que las exploraciones de medicina nuclear muestran principalmente la función fisiológica del sistema que se investiga, a diferencia de las imágenes anatómicas tradicionales, como la tomografía computarizada o la resonancia magnética. Los estudios de imágenes de medicina nuclear generalmente son más específicos de órganos, tejidos o enfermedades (p. ej., gammagrafía pulmonar, gammagrafía cardíaca, gammagrafía ósea, gammagrafía cerebral, tumores, infecciones, Parkinson, etc.) que los de las imágenes de radiología convencional, que se centran en un sección particular del cuerpo (por ejemplo: radiografía de tórax, tomografía computarizada de abdomen/pelvis, tomografía computarizada de cabeza, etc.). Además, existen estudios de medicina nuclear que permiten obtener imágenes de todo el cuerpo en función de determinados receptores o funciones celulares. Algunos ejemplos son exploraciones PET de cuerpo entero o exploraciones PET/CT , exploraciones con galio , exploraciones de glóbulos blancos con indio , exploraciones con MIBG y octreotida .
Si bien la capacidad del metabolismo nuclear para visualizar procesos patológicos a partir de diferencias en el metabolismo es insuperable, no es única. Ciertas técnicas, como la resonancia magnética funcional, obtienen imágenes de los tejidos (particularmente los tejidos cerebrales) mediante el flujo sanguíneo y, por lo tanto, muestran el metabolismo. Además, las técnicas de realce de contraste tanto en CT como en MRI muestran regiones de tejido que manejan los productos farmacéuticos de manera diferente, debido a un proceso inflamatorio.
Las pruebas de diagnóstico en medicina nuclear aprovechan la forma en que el cuerpo maneja las sustancias de manera diferente cuando hay una enfermedad o patología presente. El radionucleido introducido en el organismo suele estar unido químicamente a un complejo que actúa de forma característica dentro del organismo; esto se conoce comúnmente como trazador . En presencia de una enfermedad, un marcador a menudo se distribuirá por todo el cuerpo y/o se procesará de manera diferente. Por ejemplo, el ligando difosfonato de metileno ( MDP ) puede ser absorbido preferentemente por el hueso. Al unir químicamente tecnecio-99m al MDP, la radioactividad se puede transportar y unir al hueso a través de la hidroxiapatita para obtener imágenes. Cualquier aumento de la función fisiológica, como por ejemplo debido a una fractura en el hueso, normalmente significará un aumento de la concentración del marcador. Esto a menudo da como resultado la aparición de un "punto caliente", que es un aumento focal en la acumulación de radio o un aumento general en la acumulación de radio en todo el sistema fisiológico. Algunos procesos patológicos provocan la exclusión de un marcador, lo que da lugar a la aparición de un "punto frío". Se han desarrollado muchos complejos trazadores para obtener imágenes o tratar muchos órganos, glándulas y procesos fisiológicos diferentes.
En algunos centros, las exploraciones de medicina nuclear se pueden superponer, mediante software o cámaras híbridas, a imágenes de modalidades como la tomografía computarizada o la resonancia magnética para resaltar la parte del cuerpo en la que se concentra el radiofármaco. Esta práctica a menudo se denomina fusión de imágenes o registro conjunto, por ejemplo SPECT/CT y PET/CT. La técnica de imágenes de fusión en medicina nuclear proporciona información sobre la anatomía y la función, que de otro modo no estaría disponible o requeriría un procedimiento o cirugía más invasivo.
Aunque los riesgos de la exposición a la radiación de bajo nivel no se comprenden bien, se ha adoptado universalmente un enfoque cauteloso de que todas las exposiciones a la radiación humana deben mantenerse Tan Bajas como sea Razonablemente Practicable, "ALARP". (Originalmente, esto se conocía como "Tan bajo como sea razonablemente alcanzable" (ALARA), pero esto ha cambiado en las versiones modernas de la legislación para agregar más énfasis en lo "razonablemente" y menos en lo "alcanzable".)
Trabajando con el principio ALARP, antes de exponer a un paciente a un examen de medicina nuclear, se debe identificar el beneficio del examen. Esto debe tener en cuenta las circunstancias particulares del paciente en cuestión, cuando corresponda. Por ejemplo, si es poco probable que un paciente pueda tolerar una cantidad suficiente del procedimiento para lograr un diagnóstico, entonces sería inapropiado proceder a inyectarle el marcador radiactivo.
Cuando el beneficio justifica el procedimiento, entonces la exposición a la radiación (la cantidad de radiación administrada al paciente) también debe mantenerse tan baja como sea razonablemente posible. Esto significa que las imágenes producidas en medicina nuclear nunca deberían ser mejores de lo necesario para un diagnóstico seguro. Dar mayores exposiciones a la radiación puede reducir el ruido en una imagen y hacerla más atractiva desde el punto de vista fotográfico, pero si la pregunta clínica puede responderse sin este nivel de detalle, entonces esto es inapropiado.
Como resultado, la dosis de radiación de las imágenes de medicina nuclear varía mucho según el tipo de estudio. La dosis de radiación efectiva puede ser inferior, comparable o superar con creces la dosis de radiación de fondo ambiental anual general diaria . Asimismo, también puede ser menor, en el rango o mayor que la dosis de radiación de una tomografía computarizada de abdomen/pelvis.
Algunos procedimientos de medicina nuclear requieren una preparación especial del paciente antes del estudio para obtener el resultado más preciso. Las preparaciones previas a la toma de imágenes pueden incluir la preparación dietética o la suspensión de ciertos medicamentos. Se anima a los pacientes a consultar con el departamento de medicina nuclear antes de una exploración.
El resultado del proceso de obtención de imágenes de medicina nuclear es un conjunto de datos que comprende una o más imágenes. En conjuntos de datos de múltiples imágenes, la matriz de imágenes puede representar una secuencia de tiempo (es decir, cine o película) a menudo denominada conjunto de datos "dinámico", una secuencia de tiempo cardíaca controlada o una secuencia espacial donde la cámara gamma se mueve en relación con el paciente. SPECT (tomografía computarizada por emisión de fotón único) es el proceso mediante el cual las imágenes adquiridas de una cámara gamma giratoria se reconstruyen para producir una imagen de un "corte" del paciente en una posición particular. Una colección de cortes paralelos forma una pila de cortes, una representación tridimensional de la distribución del radionúclido en el paciente.
La computadora de medicina nuclear puede requerir millones de líneas de código fuente para proporcionar paquetes de análisis cuantitativos para cada una de las técnicas de imágenes específicas disponibles en medicina nuclear. [ cita necesaria ]
Las secuencias de tiempo se pueden analizar más a fondo utilizando modelos cinéticos como modelos multicompartimentales o un diagrama de Patlak .
La terapia con radionúclidos se puede utilizar para tratar afecciones como el hipertiroidismo , el cáncer de tiroides , el cáncer de piel y los trastornos sanguíneos.
En la terapia de medicina nuclear, la dosis de tratamiento de radiación se administra internamente (por ejemplo, por vía intravenosa u oral) o externamente directamente sobre el área a tratar en forma de un compuesto (por ejemplo, en caso de cáncer de piel).
Los radiofármacos utilizados en la terapia de medicina nuclear emiten radiación ionizante que viaja sólo una distancia corta, minimizando así los efectos secundarios no deseados y el daño a órganos no afectados o estructuras cercanas. La mayoría de las terapias de medicina nuclear se pueden realizar como procedimientos ambulatorios, ya que el tratamiento produce pocos efectos secundarios y la exposición del público en general a la radiación se puede mantener dentro de un límite seguro.
Terapias comunes de medicina nuclear (fuente no sellada)
En algunos centros, el departamento de medicina nuclear también puede utilizar cápsulas implantadas de isótopos ( braquiterapia ) para tratar el cáncer.
Fuentes de radiación (radionucleidos) comúnmente utilizadas para braquiterapia [4]
La historia de la medicina nuclear contiene contribuciones de científicos de diferentes disciplinas de la física, la química, la ingeniería y la medicina. La naturaleza multidisciplinaria de la medicina nuclear dificulta que los historiadores médicos determinen la fecha de nacimiento de la medicina nuclear. Probablemente esto se pueda ubicar mejor entre el descubrimiento de la radiactividad artificial en 1934 y la producción de radionucleidos por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge para uso relacionado con la medicina, en 1946. [5]
Los orígenes de esta idea médica se remontan a mediados de la década de 1920 en Friburgo , Alemania, cuando George de Hevesy realizó experimentos con radionucleidos administrados a ratas, mostrando así las rutas metabólicas de estas sustancias y estableciendo el principio trazador . Posiblemente, la génesis de este campo médico tuvo lugar en 1936, cuando John Lawrence , conocido como "el padre de la medicina nuclear", tomó una licencia de su puesto docente en la Facultad de Medicina de Yale , para visitar a su hermano Ernest Lawrence en su nueva Laboratorio de radiación (ahora conocido como Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley ) en Berkeley , California . Posteriormente, John Lawrence realizó la primera aplicación en pacientes de un radionúclido artificial cuando utilizó fósforo-32 para tratar la leucemia . [6] [7]
Muchos historiadores consideran el descubrimiento de radionucleidos producidos artificialmente por Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie en 1934 como el hito más importante de la medicina nuclear. [5] En febrero de 1934, informaron sobre la primera producción artificial de material radiactivo en la revista Nature , después de descubrir radiactividad en una lámina de aluminio irradiada con una preparación de polonio. Su trabajo se basó en descubrimientos anteriores de Wilhelm Konrad Roentgen para los rayos X, Henri Becquerel para las sales de uranio radiactivo y Marie Curie (madre de Irène Curie) para el torio radiactivo, el polonio y la acuñación del término "radiactividad". Taro Takemi estudió la aplicación de la física nuclear a la medicina en la década de 1930. La historia de la medicina nuclear no estará completa sin mencionar a estos primeros pioneros.
La medicina nuclear ganó reconocimiento público como una especialidad potencial cuando el 11 de mayo de 1946, un artículo en el Journal of the American Medical Association (JAMA) escrito por el Dr. Saul Hertz del Hospital General de Massachusetts y el Dr. Arthur Roberts del Instituto Tecnológico de Massachusetts, describió el exitoso Se publicó el uso del tratamiento de la enfermedad de Graves con yodo radiactivo (RAI). [8] Además, Sam Seidlin. [9] aportaron un mayor desarrollo en el campo al describir un tratamiento exitoso de un paciente con metástasis de cáncer de tiroides utilizando yodo radiactivo ( I-131 ). Estos artículos son considerados por muchos historiadores como los artículos más importantes jamás publicados en medicina nuclear. [10] Aunque el primer uso del I-131 se dedicó a la terapia del cáncer de tiroides, su uso se amplió posteriormente para incluir imágenes de la glándula tiroides, cuantificación de la función tiroidea y terapia para el hipertiroidismo. Entre los muchos radionucleidos que se descubrieron para uso médico, ninguno fue tan importante como el descubrimiento y desarrollo del tecnecio-99m . Fue descubierto por primera vez en 1937 por C. Perrier y E. Segre como un elemento artificial para llenar el espacio número 43 de la tabla periódica. El desarrollo de un sistema generador para producir tecnecio-99m en la década de 1960 se convirtió en un método práctico para uso médico. Hoy en día, el tecnecio-99m es el elemento más utilizado en medicina nuclear y se emplea en una amplia variedad de estudios de imágenes de medicina nuclear.
El uso clínico generalizado de la medicina nuclear comenzó a principios de la década de 1950, a medida que se ampliaba el conocimiento sobre los radionucleidos, la detección de radiactividad y el uso de ciertos radionucleidos para rastrear procesos bioquímicos. Los trabajos pioneros de Benedict Cassen en el desarrollo del primer escáner rectilíneo y la cámara de centelleo de Hal O. Anger ( cámara Anger ) ampliaron la joven disciplina de la medicina nuclear hasta convertirla en una especialidad de imágenes médicas de pleno derecho.
A principios de la década de 1960, en el sur de Escandinavia , Niels A. Lassen , David H. Ingvar y Erik Skinhøj desarrollaron técnicas que proporcionaron los primeros mapas de flujo sanguíneo del cerebro, que inicialmente implicaban la inhalación de xenón-133 ; [11] Poco después se desarrolló un equivalente intraarterial que permitía medir la distribución local de la actividad cerebral en pacientes con trastornos neuropsiquiátricos como la esquizofrenia. [12] Las versiones posteriores tendrían 254 centelleadores , por lo que se podría producir una imagen bidimensional en un monitor en color. Les permitió construir imágenes que reflejan la activación cerebral a partir del habla, la lectura, la percepción visual o auditiva y el movimiento voluntario. [13] La técnica también se utilizó para investigar, por ejemplo, movimientos secuenciales imaginados, cálculo mental y navegación espacial mental. [14] [15]
En la década de 1970, la mayoría de los órganos del cuerpo podían visualizarse mediante procedimientos de medicina nuclear. En 1971, la Asociación Médica Estadounidense reconoció oficialmente la medicina nuclear como especialidad médica. [16] En 1972, se estableció la Junta Estadounidense de Medicina Nuclear y, en 1974, la Junta Osteopática Estadounidense de Medicina Nuclear , consolidando la medicina nuclear como una especialidad médica independiente.
En la década de 1980, se diseñaron radiofármacos para su uso en el diagnóstico de enfermedades cardíacas. El desarrollo de la tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT), aproximadamente al mismo tiempo, condujo a la reconstrucción tridimensional del corazón y al establecimiento del campo de la cardiología nuclear.
Los avances más recientes en medicina nuclear incluyen la invención del primer escáner de tomografía por emisión de positrones ( PET ). El concepto de tomografía por emisión y transmisión, que más tarde se convirtió en tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT), fue introducido por David E. Kuhl y Roy Edwards a finales de la década de 1950. [ cita necesaria ] Su trabajo condujo al diseño y construcción de varios instrumentos tomográficos en la Universidad de Pensilvania. Las técnicas de imágenes tomográficas se desarrollaron aún más en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington . Estas innovaciones llevaron a la fusión de imágenes con SPECT y CT por parte de Bruce Hasegawa de la Universidad de California, San Francisco (UCSF), y al primer prototipo de PET/CT por DW Townsend de la Universidad de Pittsburgh en 1998. [ cita necesaria ]
Las imágenes PET y PET/CT experimentaron un crecimiento más lento en sus primeros años debido al costo de la modalidad y a la necesidad de un ciclotrón in situ o cercano. Sin embargo, una decisión administrativa para aprobar el reembolso médico de aplicaciones limitadas de PET y PET/CT en oncología ha dado lugar a un crecimiento fenomenal y una aceptación generalizada en los últimos años, lo que también se vio facilitado por el establecimiento de trazadores etiquetados con 18F para procedimientos estándar, lo que permitió trabajar en sitios no equipados con ciclotrón. Las imágenes PET/CT son ahora una parte integral de la oncología para el diagnóstico, la estadificación y el seguimiento del tratamiento. Un escáner de MRI/PET totalmente integrado está en el mercado desde principios de 2011. [ cita necesaria ]
El 99m Tc normalmente se suministra a los hospitales a través de un generador de radionúclidos que contiene el radionúclido original molibdeno-99 . El 99 Mo se obtiene normalmente como producto de fisión del 235 U en reactores nucleares; sin embargo, la escasez de suministro global ha llevado a la exploración de otros métodos de producción . Aproximadamente un tercio del suministro mundial, y la mayor parte del suministro europeo, de isótopos médicos se produce en el reactor nuclear de Petten en los Países Bajos . Otro tercio del suministro mundial, y la mayor parte del suministro de América del Norte, se produjo en los Laboratorios Chalk River en Chalk River , Ontario , Canadá, hasta su cierre permanente en 2018. [17]
El radioisótopo más utilizado en el PET, el 18 F , no se produce en un reactor nuclear, sino en un acelerador circular llamado ciclotrón . El ciclotrón se utiliza para acelerar protones para bombardear el isótopo pesado estable del oxígeno 18 O. El 18 O constituye aproximadamente el 0,20% del oxígeno ordinario (principalmente oxígeno-16 ), del que se extrae. El 18 F se utiliza normalmente para producir FDG .
Un estudio típico de medicina nuclear implica la administración de un radionucleido en el cuerpo mediante inyección intravenosa en forma líquida o agregada, ingestión combinada con alimentos, inhalación como gas o aerosol o, en raras ocasiones, inyección de un radionucleido que ha sido microencapsulado . Algunos estudios requieren el marcado de las propias células sanguíneas del paciente con un radionúclido ( gammagrafía de leucocitos y gammagrafía de glóbulos rojos ). La mayoría de los radionucleidos de diagnóstico emiten rayos gamma directamente a partir de su desintegración o indirectamente a través de la aniquilación de electrones y positrones , mientras que las propiedades dañinas de las partículas beta se utilizan en aplicaciones terapéuticas. Los radionucleidos refinados para uso en medicina nuclear se derivan de procesos de fisión o fusión en reactores nucleares , que producen radionucleidos con vidas medias más largas, o ciclotrones , que producen radionucleidos con vidas medias más cortas, o aprovechan los procesos de desintegración natural en generadores dedicados. es decir, molibdeno/tecnecio o estroncio/rubidio.
Los radionucleidos intravenosos más comúnmente utilizados son tecnecio-99m, yodo-123, yodo-131, talio-201, galio-67, flúor-18, fluorodesoxiglucosa y leucocitos marcados con indio- 111 . [ cita necesaria ] Los radionucleidos gaseosos/aerosoles más utilizados son el xenón-133, el criptón-81m y el tecnecio-99m ( en aerosol ). [22]
Un paciente sometido a un procedimiento de medicina nuclear recibirá una dosis de radiación. Según las directrices internacionales actuales, se supone que cualquier dosis de radiación, por pequeña que sea, presenta un riesgo. En general, se acepta que la dosis de radiación administrada a un paciente en una investigación de medicina nuclear, aunque no ha sido probada, presenta un riesgo muy pequeño de inducir cáncer. En este sentido, es similar al riesgo de las investigaciones con rayos X, excepto que la dosis se administra internamente en lugar de una fuente externa, como una máquina de rayos X, y las cantidades de dosis suelen ser significativamente más altas que las de los rayos X.
La dosis de radiación de una investigación de medicina nuclear se expresa como una dosis efectiva en unidades de sieverts (generalmente dada en milisieverts, mSv). La dosis efectiva resultante de una investigación está influenciada por la cantidad de radiactividad administrada en megabequerelios ( MBq), las propiedades físicas del radiofármaco utilizado, su distribución en el cuerpo y su tasa de eliminación del cuerpo.
Las dosis efectivas pueden variar desde 6 μSv (0,006 mSv) para una medición de la tasa de filtración glomerular con 3 MBq de cromo -51 EDTA hasta 11,2 mSv (11.200 μSv) para un procedimiento de imágenes del miocardio con 80 MBq de talio -201 . La gammagrafía ósea común con 600 MBq de tecnecio-99m MDP tiene una dosis efectiva de aproximadamente 2,9 mSv (2900 μSv). [23]
Antiguamente las unidades de medida eran el curie (Ci), siendo 3,7E10 Bq, y también 1,0 gramos de Radio ( Ra-226 ); el rad (dosis de radiación absorbida), ahora sustituido por el gris ; y el rem ( equivalente al hombre de Röntgen ), ahora sustituido por el sievert . [24] El rad y el rem son esencialmente equivalentes para casi todos los procedimientos de medicina nuclear, y solo la radiación alfa producirá un valor Rem o Sv más alto, debido a su efectividad biológica relativa (RBE) mucho más alta. Hoy en día, los emisores alfa rara vez se utilizan en medicina nuclear, pero se utilizaban ampliamente antes de la llegada de los radionucleidos producidos por reactores y aceleradores nucleares. Los conceptos involucrados en la exposición a las radiaciones del ser humano están cubiertos por el campo de la Física de la Salud ; El desarrollo y la práctica de técnicas de medicina nuclear seguras y eficaces es un foco clave de la Física Médica .
Diferentes países alrededor del mundo mantienen marcos regulatorios que son responsables de la gestión y el uso de radionucleidos en diferentes entornos médicos. Por ejemplo, en los EE. UU., la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) y la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) cuentan con pautas que los hospitales deben seguir. [25] Con la NRC, si los materiales radiactivos no están involucrados, como los rayos X, por ejemplo, no están regulados por la agencia sino por los estados individuales. [26] Organizaciones internacionales, como la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA), han publicado periódicamente diferentes artículos y directrices para las mejores prácticas en medicina nuclear, así como informes sobre tecnologías emergentes en medicina nuclear. [27] [28] Otros factores que se consideran en medicina nuclear incluyen el historial médico del paciente y el manejo posterior al tratamiento. Grupos como la Comisión Internacional de Protección Radiológica han publicado información sobre cómo gestionar el alta de pacientes de un hospital con radionucleidos abiertos. [29]
