Fundamentos de PET: Desintegración Nuclear, Aniquilación y Detección de Coincidencia

Desintegración Nuclear Beta+ y Proceso de Aniquilación

La radiación corpuscular, específicamente la emisión de positrones (β+), surge de núcleos atómicos inestables. Esto ocurre cuando el núcleo tiene un déficit de neutrones o un exceso de protones. En la desintegración beta+, un protón se convierte en un neutrón, emitiendo un positrón (β+) y un neutrino. Este positrón, al encontrarse con un electrón (e-), se aniquila. Este proceso de aniquilación es fundamental, ya que resulta en la emisión de dos fotones de 511 keV que viajan en direcciones opuestas (180 grados) pero con sentidos contrarios.

Detección en Coincidencia

Para generar una imagen en PET, es fundamental que dos fotones, producto de una aniquilación, lleguen a detectores enfrentados dentro de una misma ventana de tiempo. Cuando esto ocurre, se registra un evento de coincidencia. La técnica PET (Tomografía por Emisión de Positrones) detecta los fotones resultantes de la aniquilación de los positrones emitidos.

Este proceso se denomina detección en coincidencia. La ventana temporal establece la máxima diferencia de tiempo aceptada entre la detección de cada fotón. La detección simultánea de estos dos fotones permite establecer una Línea de Respuesta (LOR) dentro de la cual se originó el evento de aniquilación.

Este método de determinación de la LOR se conoce como colimación electrónica, en contraposición a la colimación mecánica utilizada en SPECT.

Línea de Respuesta (LOR)

Cuando dos fotones son emitidos en direcciones opuestas (180 grados) y sentidos contrarios, son detectados por detectores enfrentados, generando una Línea de Respuesta (LOR). El punto de aniquilación se localiza en algún lugar a lo largo de esta LOR.

Tipos de Eventos en PET

Un paciente con una lesión emite positrones. Estos positrones chocan con electrones (e-), produciendo la aniquilación y la emisión de dos fotones. Los detectores registran estos fotones y generan una Línea de Respuesta (LOR).

1. Coincidencia Real

Es el evento deseado donde dos fotones de aniquilación son detectados simultáneamente por detectores opuestos, indicando el punto de origen del positrón.

2. Coincidencia Aleatoria (Random)

Se produce cuando dos fotones de aniquilación, provenientes de eventos de aniquilación diferentes pero que ocurren en un corto intervalo de tiempo, son detectados por detectores opuestos dentro de la misma ventana temporal. Esto genera una LOR incorrecta.

3. Evento de Dispersión (Scatter)

Ocurre cuando uno o ambos fotones de aniquilación chocan con átomos en el cuerpo del paciente, pierden energía y cambian su trayectoria. Si estos fotones dispersados son detectados dentro de la ventana temporal, generan una LOR errónea, ya que no apuntan al punto de aniquilación original.

4. Evento Simple (Single)

Se refiere a la detección de un solo fotón. Esto sucede cuando uno de los dos fotones de aniquilación se pierde (por atenuación, dispersión fuera del campo de visión, o porque sale de los anillos detectores) y solo uno llega al detector. Estos eventos no contribuyen a la formación de la imagen PET.

Corrección de Atenuación en PET

Los dos fotones de aniquilación que llegan a los detectores tienen una energía de 511 keV cada uno.

Fuentes Radiactivas

Se utilizan fuentes de Germanio-68 (⁶⁸Ge) cilíndricas o fuentes puntuales de Cesio-137 (¹³⁷Cs) para medir la atenuación.

Fuentes de Rayos X

La utilización de fuentes de rayos X para la corrección de atenuación ofrece una adquisición más rápida, menor ruido en la imagen, pero puede implicar una mayor dosis de radiación para los pacientes.

Sistema de Transmisión para Corrección de Atenuación

1. Adquisición 1: Sin paciente, solo la fuente de transmisión.
2. Adquisición 2: Con la fuente de transmisión y el paciente sin inyectar el radiofármaco.
3. Adquisición 3: Sin la fuente de transmisión y el paciente ya inyectado con el radiofármaco (adquisición de emisión).

Sistema de Emisión (PET/CT)

En los sistemas PET/CT modernos, se realiza primero una Tomografía Computarizada (TC) para crear un mapa de atenuación. El paciente puede ser inyectado con el radiofármaco antes o durante la adquisición de la TC. Posteriormente, se realiza la adquisición PET con el paciente ya inyectado.