TOMOGRAFIA POR EMISION DE POSITRONES

La tomografía por emisión de positrones o PET es la técnica de imágenes no invasiva con capacidades únicas basadas en las propiedades de los compuestos marcados con isótopos radioactivos emisores de positrones que usa como sondas moleculares para visualizar y medir procesos bioquímicos in vivo. Los radioisótopos más usados para sintetizar los cientos de marcadores fisiológicos, bioquímicos, farmacológicos y moleculares para PET son Carbono-11 (C11), Nitrógeno-13 (N13), Oxígeno (O15) o Flúor 18 (F18), los que permiten obtener imágenes de múltiples funciones en condiciones basales y durante diversos estímulos farmacológicos o fisiológicos. Estos radioisótopos son producto de ciclotrón (equipo acelerador de partículas) y, debido a su vida media muy corta (de 2 a 110 minutos), el laboratorio de radioquímica, para la síntesis de los compuestos, y la cámara PET, para las imágenes, deben estar situados a corta distancia. El compuesto más usado para PET es la 2-F18- Fluor-deoxi-glucosa (FDG) especialmente en aplicaciones oncológicas. Otros compuestos permiten estudiar el flujo sanguíneo, la utilización de aminoácidos y oxígeno, la síntesis de proteínas, la síntesis de ácidos nucleicos, la biodistribución de drogas, la densidad de receptores celulares usando anticuerpos monoclonales y diversos ligandos. El costoso equipamiento y los requisitos para su funcionamiento hacen del PET una técnica de alto costo. Aun así, en diversas aplicaciones la relación costo/beneficio es favorable al evitar procedimientos innecesarios, determinar la modificación de esquemas terapéuticos inefectivos y diagnosticar precozmente.

Positrones y equipos de detección

Los positrones corresponden a electrones con carga positiva que algunos radioisótopos liberan desde el núcleo en su decaimiento radioactivo. El positrón viaja una corta distancia (algunos pocos milímetros) en el tejido antes de colisionar con un electrón cargado negativamente. Esta colisión aniquila la masa completa del positrón y del electrón liberando dos fotones de 511 kev. Estos fotones viajan en direcciones opuestas, siguiendo la llamada línea de coincidencia, interactuando con detectores opuestos del equipo PET (Figura 1). La localización del decaimiento puede ser entonces determinada con exactitud y permite la reconstrucción topográfica de la imagen. Los resultados pueden ser entregados, dependiendo del equipo, en forma de imágenes de cuerpo entero, cortes coronales de cuerpo entero a intervalos de 10 a 15 cm, cortes más finos en los ejes transaxial, coronal o sagital segmentarios o en forma de imágenes secuenciales correspondientes a procesos dinámicos con la posibilidad de cuantificar la perfusión de tejidos o las constantes metabólicas. Los equipos PET pueden ser similares a una gammacámara de 2 o más cabezales, con algunas modificaciones como un aumento en el grosor del cristal de los detectores, el uso de colimadores especiales y la adición de la electrónica necesaria para detectar “coincidencias”, siendo útiles tanto para PET como SPECT. Sin embargo, su rendimiento y calidad de imágenes es subóptimo para los estudios de SPECT y también de PET, especialmente por una baja sensibilidad para detectar los positrones, lo que limita su resolución. Los equipos denominados “PET dedicado” corresponden a aquellos cuya construcción es específica para detectar los fotones procedentes de la aniquilación de un positrón en los tejidos del paciente. Corresponden a uno o más anillos de detectores hechos de materiales especialmente densos como bismuto germaniato (BGO) o lutecio ortosilicato (LSO), que permiten una mayor eficiencia de detección, imágenes tridimensionales y topográficas de cuerpo entero y tienen resolución menor a 1 cm. Recientemente se ha agregado a estos equipos un tomógrafo computado (CT) que permite realizar la indispensable corrección por atenuación de las imágenes PET y correlacionar imágenes funcionales de PET con imágenes anatómicas CT para localizar las alteraciones funcionales en las estructuras correspondientes. Esta correlación se denomina “fusión” o “corregistro”.

Los desarrollos tecnológicos futuros buscan mejorar el rendimiento en la detección de los fotones de 511keV con detectores de estado sólido, con electrónica más eficiente, con progreso en el análisis computacional de la información obtenida para tener mejor resolución, datos cuantitativos, mayor precisión en la correlación estructura-función.

TOMOGRAFIA

Tomografía es el procesado de imágenes por secciones. Un aparato usado en tomografía es llamado tomógrafo, mientras que la imagen producida es un tomograma. Este método es usado en medicina, arqueología, biología, geofísica, oceanografía, ciencia de los materiales y otras ciencias. En la mayoría de los casos se basa en un procedimiento matemático llamado reconstrucción tomográfica. Hay muchos tipos diferentes de tomografía, tal y como se listan posteriormente (nótese que la palabra griega tomos conlleva el significado de "un corte" o "una sección"). Una tomografía de varias secciones de un cuerpo es conocida como politomografía.

Las más modernas variaciones de la tomografía involucran la proyección de datos provenientes de múltiples direcciones y el envío de estos datos para la creación de una reconstrucción tomográfica a partir de un algoritmo de software procesado por ordenador. Los diferentes tipos de adquisición de las señales pueden ser utilizados en algoritmos de cálculo similares, a fin de crear una imagen tomográfica. Actualmente, las tomografías se obtienen utilizando diferentes fenómenos físicos, tales como rayos X, rayos gamma, aniquilación de electrones y positrones - reacción, resonancia magnética nuclear, Ultrasonido, electrones, y iones. Estos se denominan: TC, SPECT, PET, MRI, ultrasonografía, 3D TEM y átomo sonda, respectivamente.

Algunos avances recientes se basan en la utilización simultánea de fenómenos físicos integrados. Por ejemplo, los rayos X aplicados en la TC y la angiografía; la combinación de TC y MRI o de TC y PET.

El término imagen en volumen podría incluir estas tecnologías con más precisión que el término tomografía. Sin embargo, en la mayoría de los casos clínicos de rutina, el personal requiere una salida en dos dimensiones de estos procedimientos. A medida que más decisiones clínicas lleguen a depender de técnicas más avanzadas de visualización volumétrica, los términos tomografía / tomograma podrían llegar a caer en desuso.

Existen muchos algoritmos de reconstrucción. La mayoría de ellos entran en una de dos categorías: proyección de retroceso filtrado (FBP) y reconstrucción iterativa (IR). Estos procedimientos dan resultados inexactos: son fruto de un compromiso entre la exactitud y el cómputo de tiempo necesario. Mientras que FBP exige menos recursos del ordenador, los algoritmos del tipo IR producen menos artefactos (errores en la reconstrucción) a cambio de aumentar el uso de recursos durante el procesamiento.

Microscopia electrónica

Dentro de los microscopios electrónicos tenemos el de barrido y el de transmisión.

La ventaja de los microscopios electrónicos frente a los ópticos esta en que la longitud de onda del haz de luz es aproximadamente 1/200, lo cual aumenta la resolución.
Microscopio electrónico de transmisión – La óptica es muy similar al óptico pero se diferencia en que usa un haz de electrones en vez de un haz de luz visible.

Este microscopio se basa en los siguientes principios:
- Una fuente, un filamento de tungsteno calentado que emite electrones (cátodo)

• Un ánodo, hacia el cual son atraídos los electrones
• Una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo imparte un voltaje de aceleración entre 20.000 y 200.000 voltios a los electrones, que crea la haz
• El haz pasa por una serie de electroimanes que tienen las mismas funciones que las lentes de vidrio de un microscopio óptico

El condensador forma el haz y modifica el diámetro del haz que incide en el plano del espécimen. El haz que atraviesa la muestra se coloca en foco y se aumenta por medio de un objetivo y se aumenta aun más con una o más lentes proyectoras. La imagen final se visualiza sobre una planilla cubierta por fósforo. Las porciones de la muestra que han sido atravesadas por los electrones aparecen brillantes, las porciones que absorbieron o esparcieron los electrones por su densidad inherente o debido al agregado de metales pesados durante la preparación del espécimen aparecen oscuras. Se coloca una placa fotográfica o un detector de video por encima o por debajo de la pantalla del visor, con la finalidad de obtener un registro permanente de la imagen sobre la pantalla.
Las muestras se preparan sobre la misma base que la del microscopio óptico pero requieren métodos más finos.
Los preparados la restricción que tienen es que en cada paso se trabaja con especimenes de magnitud 3-4 órdenes menores o más finos que los utilizados para el microscopio óptico. Debido a la gran resolución de estos microscopios electrónicos la calidad de la fijación, es decir el grado de preservación de la estructura subcelular debe ser la mejor posible.
La preparación de rutina de los especimenes para la microscopia electrónica de transmisión comienza con la fijación con glutaraldehído, seguida de un lavado con un buffer y de una fijación con tetróxido de osmio.
Por lo general, se fijan para el microscopio electrónico de transmisión piezas de tejido no mayores de 1 mm3

El proceso de deshidratación es idéntico al empleado en la microscopia óptica.
El tejido incluido en material plástico se secciona por medio de micrótomos especialmente diseñados, que usan cuchillas de diamante.
Debido al limitado poder de penetración de los electrones, el espesor de los cortes preparados para el microscopio electrónico de transmisión varía entre 50 nm y 150 nm. Estos cortes son demasiado finos para poder ser manipulados; se los hace flotar desde el filo de la cuchilla en la superficie de una bandeja llena de líquido, se recuperan y se colocan en rejillas de malla de cobre recubiertas por plástico. Estas rejillas tienen 50-400 orificios por pulgada o hendiduras especiales para observar cortes seriados.

Por lo general, la coloración de los cortes para microscopio electrónico de transmisión se realiza por medio del agregado a la muestra de materiales de elevada densidad, tales como iones de metales pesados. Estos iones de metales pesados se unen a los tejidos durante la fijación o la deshidratación o al sumergir las muestras en soluciones de tales iones después del corte. El teróxido de osmio que se emplea de rutina en el fijador se une a los componentes fosfolipídicos de las membranas, lo cual agrega densidad a la membrana.

A menudo se agrega nitrato de uranilo a las soluciones alcohólicas usadas en la deshidratación, con el fin de agregar densidad a los componentes de las uniones celulares y a otros sitios. La inmersión secuencial en soluciones de acetato de uranilo y citrato de plomo se usa rutinariamente para teñir los cortes antes de observarlos con microscopio electrónico de transmisión.

La congelación-fractura es un método especial de preparación de la muestra para microscopia electrónica de transmisión, de gran importancia en el estudio de membranas.
El material a examinar puede estar fijado o no; en el primer caso se elimina el fijador del tejido por medio de lavados, antes de procesarlo. Se infiltra el tejido con un crioprotector, como el glicerol y se congela rápidamente a unos –160 grados centígrados.

Microscopio electrónico de barrido – Se asemeja más que al microscopio electrónico de transmisión a los tubos de televisión de donde deriva la microscopia electrónica. Para analizar la mayoría de los tejidos se deja la muestra, se deshidrata por desecación de punto crítico, se cubre con una película evaporada de oro-carbón, se monta en un taco de aluminio y se coloca en la cámara de muestras del microscopio. En los tejidos mineralizados es posible eliminar todos los tejidos blandos con una lejía y analizar las características estructurales del mineral.

Se logra el barrido con el mismo tipo de rastreo que explora el haz de electrones a través de la superficie un tubo de televisión. Los electrones reflejados desde la superficie y los electrones forzados hacia el exterior de la superficie son captados por uno o más detectores y reprocesados para formar una imagen tridimensional en un televisión.
Se pueden tomar fotografías para registrar los datos o la imagen en una cinta de video. Se pueden usar otros detectores para medir los rayos X emitidos desde la superficie, la catodoluminiscencia de las moléculas del tejido por debajo de la superficie y los electrones de Auger emitidos en la superficie.

Muchos microscopios combinan las características de un microscopio electrónico de transmisión y de barrido, el cual permite microanálisis por rayos X con sonda electrónica.

Se pueden adosar detectores al microscopio para reunir los rayos X emitidos cuando el haz de bombardea el corte histológico, y mediante analizadores apropiados se construye un mapa que muestra la distribución en los cortes de los elementos que tienen número atómico mayor de 12, en concentración suficiente para producir rayos X en cantidad tal que se pueda analizar.