Cámara gamma

Una gammacámara (o cámara γ ), también llamada cámara de centelleo o cámara de 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 visualizar y analizar imágenes del cuerpo humano o la distribución de radionúclidos que emiten rayos gamma , administrados mediante inyección, inhalación o ingestión .

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 ), utilizada en las pruebas de esfuerzo cardíaco nuclear , se realiza mediante gammacámaras. Generalmente, uno, dos o tres detectores o cabezales giran lentamente alrededor del paciente.

Una gammacámara consta de uno o más planos de cristal planos (o detectores) acoplados ópticamente a una matriz 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 las imágenes. ^{[ 2 ] : 82} La construcción de una gammacámara se conoce a veces como construcción de radiación compartimentada.

El sistema acumula eventos, o recuentos, de fotones gamma que son absorbidos por el cristal de la cámara. Generalmente se utiliza un gran cristal plano de yoduro de sodio dopado con talio, NaI(Tl), en una carcasa hermética 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 (a quien se le ha inyectado un fármaco radiactivo ), expulsa un electrón de un átomo de yodo en el cristal, y se produce un tenue destello de luz cuando el electrón desplazado encuentra nuevamente un estado de energía mínima. El fenómeno inicial del electrón excitado es similar al efecto fotoeléctrico y (particularmente con rayos gamma) al efecto Compton . Después de que se produce el destello de luz, este es detectado. 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 analizados. ^{[ 6 ] : 162}

Hal Anger desarrolló la primera cámara gamma en 1957. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Su diseño original, frecuentemente llamado cámara Anger, todavía se usa ampliamente hoy en día. La cámara Anger utiliza conjuntos de fotomultiplicadores de tubos 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 del conjunto de detectores hexagonales. Todos los PMT detectan simultáneamente el (supuesto) mismo destello de luz en diferentes grados, dependiendo de su posición con respecto al evento individual real. Por lo tanto, la ubicación espacial de cada destello de fluorescencia se refleja como un patrón de voltajes dentro del conjunto 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 sencillos, la ubicación se puede encontrar ponderando la posición de cada tubo fotomultiplicador según la intensidad 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 amplitud de pulso , es proporcional a la energía de la interacción del rayo gamma, lo que permite discriminar entre diferentes isótopos o entre fotones dispersos y directos. ^{[ 6 ] : 166}

Para obtener información espacial sobre las emisiones de rayos gamma de un sujeto de imagen (por ejemplo, las células del músculo cardíaco de una persona que han absorbido un agente de imagen 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 fotomultiplicadores (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 que la atraviesan. Existen tres tipos de colimadores: de baja energía, de energía media y de alta energía. A medida que los colimadores pasan de baja a alta energía, el tamaño de los orificios, el espesor y las septaciones entre ellos también aumentan. ^{[ 9 ]} Dado un espesor de 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 completo a media altura que selecciona ciertos fotones para contribuir a la imagen final, determinando así la resolución del colimador. ^{[ 11 ] [ 10 ]} 

Los orificios individuales limitan los fotones que puede detectar el cristal a una forma cónica; el vértice del cono se encuentra en el centro de cada orificio y se extiende desde la superficie del colimador hacia afuera. Sin embargo, el colimador también es una de las fuentes de desenfoque en la imagen; el plomo no atenúa completamente los fotones gamma incidentes, por lo que puede haber cierta interferencia entre los orificios.

A diferencia de una lente, como las que se usan en las cámaras de luz visible, el colimador atenúa la mayor parte (>99%) de los fotones incidentes y, por lo tanto, limita considerablemente la sensibilidad del sistema de la cámara. Se requiere una gran cantidad de radiación para proporcionar la exposición suficiente para que el sistema de la cámara detecte suficientes puntos centelleantes para formar una imagen. ^{[ 2 ] : 128}

Se han propuesto y probado otros métodos de localización de imágenes ( estenopeico , colimador de láminas giratorias con CZT ); ^{[ 12 ]} sin embargo, ninguno ha entrado en un uso clínico rutinario generalizado.

Los mejores diseños actuales de sistemas de cámara pueden diferenciar dos fuentes puntuales separadas de fotones gamma ubicadas entre 6 y 12  mm, dependiendo de la distancia al colimador, el tipo de colimador y el radionúclido. La resolución espacial disminuye rápidamente a medida que aumenta la distancia a la superficie de la cámara. Esto limita la precisión espacial de la imagen computarizada: es una imagen borrosa compuesta por 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 es de aproximadamente 1,2  cm y la mayor parte del músculo del ventrículo izquierdo es de aproximadamente 0,8  cm, siempre en movimiento y gran parte de él a más de 5  cm de la superficie del colimador. Para ayudar a compensar, los mejores sistemas de imágenes limitan el conteo de centelleo a una porción del ciclo de contracción cardíaca, llamado sincronización, pero esto limita aún más la sensibilidad del sistema.

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