Una cámara gamma ( cámara γ ), también llamada cámara de centelleo o cámara Anger , es un dispositivo que se utiliza para obtener imágenes de radioisótopos que emiten 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 radionúclidos que emiten rayos gamma inyectados, inhalados o ingeridos con fines médicos .
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La gammagrafía ("scint") es el uso de cámaras gamma para capturar la radiación emitida por radioisótopos internos para crear imágenes bidimensionales [1] .
La tomografía computarizada por emisión de fotón único ( SPECT ), que se utiliza en las pruebas de esfuerzo cardíaco nuclear , se realiza con cámaras gamma. Por lo general, se giran lentamente alrededor del paciente uno, dos o tres detectores o cabezales.
Una cámara gamma consta de uno o más cristales planos (o detectores) acoplados ópticamente a una serie de tubos fotomultiplicadores en un conjunto conocido como "cabezal", montado sobre 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. Normalmente se utiliza un gran cristal plano de yoduro de sodio dopado con talio NaI(Tl) 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 (al que se le ha inyectado un fármaco radiactivo ), desprende un electrón de un átomo de yodo en el cristal y se produce un débil destello de luz cuando el electrón dislocado vuelve a encontrar un estado de energía mínima. El fenómeno inicial del electrón excitado es similar al efecto fotoeléctrico y (en particular 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 recuento 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 tomaron imágenes. [6] : 162
Hal Anger desarrolló la primera cámara gamma en 1957. [7] [8] Su diseño original, frecuentemente llamado la cámara Anger, todavía se usa ampliamente hoy en día. 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 (presunto) mismo destello de luz en distintos grados, dependiendo de su posición respecto del evento individual real. Por lo tanto, la ubicación espacial de cada destello de fluorescencia individual se refleja como un patrón de voltajes dentro de la matriz de circuitos 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 del rayo gamma, lo que permite la discriminación entre diferentes isótopos o entre fotones dispersos y directos. [6] : 166
Para obtener información espacial sobre las emisiones de rayos gamma de un sujeto objeto de imágenes (por ejemplo, las células del músculo cardíaco de una persona que han absorbido un agente de imágenes medicinal radiactivo inyectado por vía intravenosa, generalmente talio-201 o tecnecio-99m ), se requiere un método para correlacionar los fotones detectados con su punto de origen.
El método convencional consiste en colocar un colimador sobre el cristal de detección/matriz de PMT. El colimador consiste en una lámina gruesa de plomo , típicamente de 25 a 55 milímetros (1 a 2,2 pulgadas) de espesor, con miles de orificios adyacentes a través de ella. Hay tres tipos de colimadores: colimadores de baja energía, energía media y alta energía. A medida que los colimadores pasaban de baja energía a alta energía, el tamaño de los orificios, el espesor y las septaciones entre los orificios también aumentaban. [9] Dado un espesor septal fijo, la resolución del colimador disminuye con el aumento de la eficiencia y también con el aumento de la distancia de la fuente al colimador. [10] El analizador de altura de pulso determina el ancho total a la mitad del máximo que selecciona ciertos fotones para contribuir a la imagen final, determinando así la resolución del colimador. [11] [10]
Los agujeros individuales limitan los fotones que puede detectar el cristal a una forma de cono; la punta 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 borrosidad en la imagen; el plomo no atenúa totalmente los fotones gamma incidentes, puede haber cierta diafonía entre los agujeros.
A diferencia de una lente, como la que se utiliza 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 la cámara detecte suficientes puntos de centelleo para formar una imagen. [2] : 128
Se han propuesto y probado otros métodos de localización de imágenes ( pinhole , colimador de láminas giratorias con CZT ); [12] sin embargo, ninguno ha entrado en un uso clínico rutinario generalizado.
Los mejores diseños de sistemas de cámara actuales pueden diferenciar dos fuentes puntuales separadas de fotones gamma ubicadas a 6 a 12 mm según la distancia desde el colimador, el tipo de colimador y el radionucleido. La resolución espacial disminuye rápidamente a medida que aumenta la distancia desde la cara de la cámara. Esto limita la precisión espacial de la imagen de computadora: es una imagen borrosa compuesta de muchos puntos de centelleo detectados pero no ubicados con precisión. Esta es una limitación importante para los sistemas de imágenes del músculo cardíaco; el músculo cardíaco normal más grueso en el 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 cardíaca, llamada compuerta, sin embargo, esto limita aún más la sensibilidad del sistema.
Medios relacionados con las cámaras gamma en Wikimedia Commons