Tomografía por Emisión de Positrones (PET): Principios y Aplicaciones

Introducción al PET

El Positron Emission Tomography (PET) ha evolucionado de herramienta de investigación a pilar en el diagnóstico clínico, especialmente en oncología. Esta técnica genera imágenes funcionales cuantitativas de alta calidad utilizando radionúclidos emisores de positrones, detectando simultáneamente dos fotones gamma de 511 keV. La producción de estos radionúclidos requiere un ciclotrón, idealmente ubicado cerca del equipo PET debido a la corta vida media de los isótopos utilizados, como el Flúor-18.

Principios Físicos del PET

La técnica se basa en la aniquilación positrón-electrón. Un positrón emitido por un radionúclido viaja una corta distancia hasta interactuar con un electrón, resultando en la emisión de dos fotones gamma de 511 keV en direcciones opuestas (180°). Este fenómeno permite determinar el punto de aniquilación sin colimación convencional, incrementando la sensibilidad comparada con SPECT.

Punto de Aniquilación

La línea recta que une los dos puntos de detección define la ubicación del evento de aniquilación, proporcionando información direccional sin necesidad de colimación mecánica.

Instrumentación en PET

Los sistemas PET modernos consisten en múltiples detectores en anillo. La resolución mejora al reducir el tamaño del cristal detector, organizados en bloques para optimizar la detección.

Materiales Detectores

Se prefieren materiales con alta densidad, número atómico efectivo, producción de luz y velocidad de respuesta, como BGO, LSO y GSO, sobre el NaI(Tl) inicial.

Configuración de los Detectores

Los detectores se disponen en anillos o polígonos, utilizando detección multicoincidencia. Los bloques detectores permiten alta resolución espacial con menos tubos fotomultiplicadores.

Adquisición de Datos: 2D vs 3D

• 2D PET: Utiliza septos de plomo para definir planos, reduciendo eventos aleatorios y dispersión, pero también disminuye la sensibilidad.
• 3D PET: Sin septos, incrementa la sensibilidad significativamente, pero requiere correcciones avanzadas para eventos aleatorios y dispersión.

Atenuación

La atenuación en PET depende del recorrido total a través del paciente, siendo independiente de la profundidad del evento de aniquilación. Se corrige mediante una fuente de transmisión externa.

Corrección de Atenuación

Es crucial para la cuantificación en PET. Se realiza comparando estudios con y sin el paciente para calcular factores de corrección.

Limitaciones Físicas

• Efecto de Alcance: Inexactitud por la distancia recorrida por el positrón antes de la aniquilación.
• Efecto Angular: Ligera desviación del ángulo de 180° entre los fotones emitidos.
• Resolución Intrínseca y Global: Depende del detector y los efectos combinados de alcance y ángulo.
• Radiación Dispersa: Mayor en 3D PET, requiere correcciones sofisticadas.
• Coincidencia Aleatoria: Eventos detectados dentro de la ventana temporal que no provienen de la misma aniquilación.
• Tiempo de Vuelo: Diferencia en el tiempo de llegada de los fotones, utilizado para mejorar la localización.

Procesamiento de Imágenes PET

Corrección del Tiempo Muerto

Compensa las cuentas perdidas durante el procesamiento de eventos.

Corrección de Eventos Aleatorios

Utiliza el método de la ventana tardía para estimar y corregir eventos aleatorios.

Normalización

Ajusta las variaciones en la respuesta de los detectores.

Corrección de Radiación Dispersa

Métodos varían entre 2D y 3D, incluyendo estimación directa y simulación Monte Carlo.

Reconstrucción de la Imagen

Utiliza retroproyección filtrada o métodos iterativos, incorporando correcciones de atenuación y dispersión.

Verificación de Desempeño

Se evalúa mediante resolución espacial, sensibilidad y tasa de conteo equivalente a ruido (NECR).

Resolución Espacial

Influenciada por factores físicos e instrumentales.

Sensibilidad

Determina la eficiencia del sistema en detectar eventos.

Tasa de Conteo Equivalente a Ruido (NECR)

Parámetro clave para evaluar el rendimiento práctico del PET.

Ciclotrón

Equipo esencial para la producción de radionúclidos utilizados en PET. Acelera partículas cargadas para inducir reacciones nucleares, generando isótopos de vida media corta.