La Cámara Gamma
La Cámara Gamma es un dispositivo de uso frecuente en medicina nuclear.
El primer prototipo fue desarrollado por el profesor H.O. Anger, físico de la universidad de Berkeley en los Estados Unidos, en 1957.
Son dispositivos que permiten realizar “escintigrafías”. La escintigrafía es llamada así, porque utiliza ciertos cristales, como el yoduro de sodio para brillar (emisión de luz), bajo el efecto de la radiación. Esto proporciona un Diagnóstico Clínico detallado sobre el funcionamiento de cualquier órgano o parte del cuerpo.La Gammacámara puede realizar estudios:
- Estudios de perfusión miocárdica.
- Gammagrafía ósea.
- Biopsias selectivas radioguiada del ganglio centinela.
- Gammagrafía pulmonar de ventilación perfusión.
- Renogramas.
- Estudios de glándulas endocrinas.
- Estudios oncológicos.
Pueden aplicarse dos técnicas, la gammagrafía planar obteniendo imágenes en 2D o SPECT (tomografía computarizada por emisión de fotón único) en las que se obtienen imágenes en 3D.
El examen consiste en administrar al paciente una molécula marcada con un isótopo radioactivo gamma. El Tc-99 o tecnecio metaestable es el isótopo radiactivo más empleado ya que es un emisor de radiación gamma puro. Antes de que le sea administrada la dosis al paciente hay que determinar su medida o verificar la actividad del vial. Para ello se emplea el activímetro, que es un pozo blindado con una cámara de ionización de gases.
La molécula se elige de acuerdo con el destino que tendrá en el cuerpo humano y con el tipo de Diagnóstico Clínico que se realizará. Una fracción mínima de isótopo radioactivo es suficiente para realizar el examen, dada la externa sensibilidad de los sistemas de detección que son capaces de contar las desintegraciones de los átomos individuales.
La Cámara Gamma tiene la capacidad de girar, para obtener escintigrafías desde diferentes ángulos. Al combinar estas imágenes planas, es posible reconstruir, con el apoyo de la informática, las imágenes de tal forma que se obtienen exploraciones espaciales tridimensionales. El componente principal de la gammacámara es Gantry donde se encuentra el mecanismo de rotación al que se anclan los cabezales y les permite el movimiento. El cabezal puede ser de dos tipos, monocabezal o multicabezal.
En el cabezal se colocan los colimadores (de plomo o tungsteno). Dependiendo del estudio que se vaya a realizar se coloca un colimador específico, pueden ser de varios tipos según su forma:
- Paralelos: Los orificios para dejar pasar la radiación se encuentran perpendiculares, no alteran la proporción de la imagen y no reducen la resolución espacial. Es la forma más empleada.
- Convergentes: Los orificios convergen hacia el paciente, ampliando la imagen obtenida. Se emplean para el estudio de áreas pequeñas del cuerpo.
- Pinhole: Con tiene un único orificio convergente para la entrada de radiación, invirtiendo la imagen, pero aportando gran resolución. Es el empleado para estudios de tiroides.
- Divergentes: Aumentan el campo de visión y son empleados para áreas de estudio extensas. Por ejemplo, para adquirir imágenes de abdomen.
Los colimadores también se pueden clasificar según la característica de su sistema de recepción de la radiación:
- LEHR de baja energía y alta resolución. Empleados para estudios estáticos y que requieren alta precisión.
- LEGP de baja energía y propósito general. Son los llamados multipropósito.
- LEHS de baja energía y alta sensibilidad. Empleados para estudios dinámicos.
- MEGP de media energía y propósito general.
- HEHR de alta energía y resolución.
Detrás de los colimadores se sitúan los cristales de centelleo. Están por toda la superficie del detector. Al recibir la radiación gamma emiten destellos de luz, estos destellos serán incrementados por los tubos foto multiplicadores y convierten esa señal en pulsos eléctricos. La Cámara Gamma detecta los rayos gamma emitidos por el marcador radioactivo inyectado. El impacto de estos rayos en un cristal de yoduro de sodio genera centelleos que son detectados por los fotomultiplicadores.
Es a partir de la observación de un gran número de centelleos, que es posible localizar la posición de los átomos emisores de rayos gamma. Los centelladores y los fotomultiplicadores para la detección de rayos gamma, son reemplazados cada día más por detectores de silicio, que son menos voluminosos, más eficientes y precisos.
Los centelladores
Los centelladores son dispositivos que emiten luz cuando son alcanzados por radiación ionizante o partículas cargadas. Pueden ser utilizados como detectores de neutrones mediante la adición de isótopos con una alta sección eficaz para la reacción de captura neutrónica.
Centelladores:
(compuestos por un centellador primario que emite en UV y un wavelength shifter, que absorbe los fotones UV y los reemite en longitudes de onda más largas: para ajustarlos con la respuesta espectral del fotocátodo o para disminuir la absorción de los fotones por el mismo centellador)
Orgánicos:
- Más rápidos, emiten fluorescencia
- Producen poca luz
- Espectroscopia β y detección neutrones
- Líquidos
- Plásticos
Inorgánicos:
- Más lentos, emiten fosforescencia
- Producen más luz y respuesta lineal
- Espectroscopia γ
- Cristales
El cristal define una estructura electrónica de bandas.
El agregado de impurezas (activadores) genera estados energéticos accesibles dentro de la banda prohibida, por los que los electrones se des excitan para volver a la banda de valencia. Los activadores se eligen tal que el decaimiento emita fotones visibles.
En la activación, puede formarse una configuración metaestable en la que la transición directa al fundamental está prohibida. Sin embargo, por absorción de energía térmica, el electrón puede acceder a niveles energéticos desde los cuales decaer emitiendo (lentamente) un fotón visible.
Los centelladores inorgánicos más frecuentes son:
a. Ioduro de Sodio activado con Talio, NaI (TI).b. Ioduro de Cesio activado con Talio, ICs (TI).c. Ioduro de Litio activado con Europio, LiI(Eu).d. Sulfuro de Cinc activado con Plata, ZnS(Ag).e. Fluoruro de Calcio activado con Europio, CaF(Eu).
- Dado que los mecanismos de interacción de los fotones con la materia dependen fuertemente de Z, el número atómico (Z), es un factor importante que determina cómo las fotografías interactúan con la materia. Y de la cantidad de átomos por unidad de volumen, los centelladores inorgánicos resultan adecuados para la detección y espectrometría de fotones.
- Los centelladores orgánicos tienen tiempos de respuesta y decaimiento menores que los inorgánicos. La rápida respuesta permite obtener la diferencia temporal entre dos eventos con gran precisión, y el tiempo de decaimiento se relaciona con la tasa de contaje máxima del sistema. Entonces, los centelladores orgánicos resultan adecuados cuando se desean obtener rápidas respuestas o altas tasas de contaje.
- Los centelladores orgánicos son más baratos.
- Con respecto a las propiedades mecánicas, los plásticos resultan mucho más nobles para maquinar que los cristales inorgánicos, los cuales son frágiles y pesados.
- La radiación ionizante, como idea general, daña la materia, afectando el desempeño de los centelladores. El umbral de daño para los inorgánicos es más extendido.
los fotomultiplicadores
Para que un centellador sea útil como detector de partículas es necesario acoplarle un fotodetector que traduzca la luz liberada en una señal eléctrica.
Un fotomultiplicador es un tubo vacío que consiste en una ventana de entrada, un fotocátodo, electrodos centrados, un multiplicador de electrones, y un ánodo generalmente sellado dentro de un tubo de vidrio
Diagrama de fotomultiplicador acoplado a detector.
En él se muestra como la luz de centelleo es absorbida por el fotocátodo el cual por efecto fotoeléctrico libera electrones, los cuales son acelerados vía un campo eléctrico. Estos golpean los dinodos (electrodos de un tubo fotomultiplicador). Liberando nuevos electrones generando así una corriente macroscópica. La luz que entra en el tubo fotomultiplicador es detectada y se produce una señal de salida a través del siguiente proceso.
1.- La luz pasa a través de la ventana de entrada.
2.- La luz excita los electrones en el fotocátodo, es decir, los fotoelectrones son emitidos dentro del vacío (efecto fotoeléctrico externo).
3.- Los fotoelectrones son acelerados y enfocados por los electrodos centrados sobre el primer dinodo, donde son multiplicados por medio de emisión de electrones secundarios. Esta emisión secundaria es repetida sucesivamente en cada dinodo.
4.- Finalmente, la multiplicación de electrones secundarios emitidos del ultimo dinodo son recogidos por el ánodo.
La conversión fotoeléctrica, está clasificada en dos efectos, el efecto fotoeléctrico externo causado por los fotoelectrones que son emitidos en el vacío de un material, y el efecto fotoeléctrico interno por el cual los fotoelectrones son excitados dentro de la banda de la conducción del material. El fotocátodo también tiene el efecto anterior y es representado por el efecto fotovoltaico.
La energía eléctrica que llega al sistema de procesado de señal, desde los fotomultiplicadores, se encargan de registrar el número de impactos acaecidos en un lugar determinado del cabezal y de ubicar ese lugar en el espacio.
De esta manera la energía proveniente de un paciente que ha sido inyectado con un isótopo radiactivo liberador de energía gamma (entre 100 y 350 KeV), impacta en el cristal de centelleo y es captada por los fotomultiplicadores que la trasforman en energía eléctrica y la electrónica se encarga de localizar espacialmente de dónde provienen el impacto y cuantos impactos/cuentas por segundo (cps) le llegan. Posteriormente estas señales son enviadas a un ordenador que se encarga de reconstruir la imagen correspondiente a los impactos recibidos, mediante la aplicación de algoritmos matemáticos de reconstrucción, filtros, etc.
