Tomografía por emisión de positrones

Qué es la tomografía por emisión de positrones

Designa una modalidad de imagen molecular que aprovecha un fenómeno físico singular: la desintegración de ciertos isótopos radiactivos no libera radiación gamma directamente, sino positrones, partículas de masa idéntica a la del electrón pero de carga opuesta. La aniquilación entre un positrón emitido y un electrón próximo produce un par de fotones gamma que, detectados a la vez en direcciones opuestas, permiten reconstruir el punto del que han partido. El resultado son imágenes seccionales tridimensionales que reflejan la actividad metabólica de los órganos.

El nombre técnico recoge esta cadena con literalidad. Tomografía procede del griego τόμος (tómos), 'corte' o 'sección', y γράφειν (gráphein), 'escribir'. Emisión, del latín emissio, alude a la radiación que sale del propio cuerpo del paciente, en oposición a la tomografía computarizada, en la que el haz de rayos X procede del exterior. Y positrón es palabra reciente: la acuñó el físico Carl D. Anderson en 1932 al observar en una cámara de niebla las trazas de un electrón positivo, contracción de positive electron. La partícula, predicha cuatro años antes por la ecuación relativista de Paul Dirac, abría la puerta al concepto de antimateria y le valdría a Anderson el Nobel de Física en 1936.

Cómo funciona: aniquilación, coincidencia y reconstrucción

El fundamento físico distingue a la PET de cualquier otra modalidad de imagen. Un radioisótopo emisor de positrones (típicamente flúor-18, carbono-11, oxígeno-15 o nitrógeno-13, todos de vida media corta) se incorpora a una molécula que el organismo metaboliza, por ejemplo glucosa o aminoácidos. El conjunto, denominado radiotrazador, se administra por vía intravenosa y se distribuye por el cuerpo según la vía bioquímica de la molécula portadora.

Cuando el isótopo se desintegra, libera un positrón que pierde energía cinética rápidamente y, casi en el mismo punto, se aniquila con un electrón cercano. La masa convertida en energía produce dos fotones gamma de 511 keV en direcciones opuestas, separados por unos 180 grados. Un anillo de cristales centelleadores rodea al paciente y registra coincidencias: pares de fotones que llegan al mismo tiempo a detectores opuestos. La línea que une cada par marca una recta sobre la que se encontraba el suceso de aniquilación. Acumular millones de estas líneas permite, mediante algoritmos de reconstrucción tomográfica, recuperar la distribución del radiotrazador en el organismo.

De ese esquema se derivan varias propiedades características de la técnica. La resolución espacial queda acotada por el rango libre del positrón antes de aniquilarse y por la no colinealidad exacta de los fotones, y se sitúa típicamente entre 4 y 6 mm. La sensibilidad cuantitativa es alta, porque la coincidencia electrónica sustituye al colimador físico de las técnicas con un solo fotón y permite medir actividad metabólica en términos absolutos. Los radiotrazadores de vida media muy corta (apenas dos minutos para el oxígeno-15, casi dos horas para el flúor-18) obligan, además, a producir el isótopo en un ciclotrón cercano al servicio de medicina nuclear.

Origen de la técnica: del positrón al primer tomógrafo clínico

La historia de la PET se construye en dos tiempos. El primero es físico. Anderson descubre el positrón en 1932, y a comienzos de los años cincuenta el grupo de Gordon Brownell y William Sweet, en el Massachusetts General Hospital de Boston, demuestra por vez primera que la radiación de aniquilación puede usarse para localizar lesiones cerebrales. Aquel dispositivo, descrito en 1953, era todavía un detector planar con cabezales enfrentados, sin reconstrucción tomográfica.

El segundo tiempo es propiamente tomográfico, y llega dos décadas después. Entre 1973 y 1975, Michel Ter-Pogossian, Michael E. Phelps, Edward Hoffman y Nizar Mullani construyen en la Washington University de San Luis el PETT (Positron Emission Transaxial Tomograph), considerado el primer escáner PET con reconstrucción seccional. La publicación en Radiology en 1975 marca convencionalmente el nacimiento de la modalidad. Un año después, el grupo de Al Wolf y Joanna Fowler en el Brookhaven National Laboratory sintetiza el FDG (2-fluoro-2-desoxi-D-glucosa marcada con flúor-18), análogo de la glucosa que se acumula en las células más ávidas de energía y que, administrado por primera vez a humanos por Abass Alavi en la Universidad de Pensilvania en agosto de 1976, terminaría siendo el radiotrazador más utilizado de la historia de la medicina nuclear.

PET, PET-TC y PET-RM: imagen híbrida

La PET aporta información funcional, pero no detalle anatómico. Para superar esa limitación, desde comienzos de este siglo se han desarrollado sistemas híbridos que combinan, en un mismo equipo y una misma sesión, el tomógrafo PET con un tomógrafo computarizado: el resultado es la PET-TC, en la que las imágenes se obtienen de forma consecutiva, sin mover al paciente, y se fusionan después. Hoy la inmensa mayoría de los estudios PET clínicos se llevan a cabo en equipos PET-TC. Una variante más reciente, la PET-RM, sustituye la tomografía computarizada por resonancia magnética; reduce la exposición a radiación ionizante y ofrece mejor contraste de tejidos blandos, a costa de una mayor complejidad técnica.

Distinción frente a la tomografía por emisión de fotón único

En la misma familia de imagen molecular se incluye la tomografía por emisión de fotón único, conocida por sus siglas inglesas SPECT, que también se basa en radiotrazadores. La diferencia está en el isótopo y en el modo de detección. La PET trabaja con emisores de positrones y registra los pares de fotones de aniquilación en coincidencia mediante un anillo fijo de detectores. La SPECT emplea trazadores que liberan un único fotón gamma por desintegración (tecnecio-99m, yodo-123) y los recoge con una o varias gammacámaras que rotan alrededor del paciente. La PET ofrece mayor resolución espacial y permite cuantificación absoluta; la SPECT es más accesible, no exige ciclotrón y dispone de trazadores con vida media más larga.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra "positrón"?

Es un acrónimo. El físico estadounidense Carl D. Anderson la propuso en 1932 a partir de positive electron, es decir, electrón positivo. Anderson había observado en una cámara de niebla la traza de una partícula con masa idéntica a la del electrón pero con carga opuesta, exactamente la antipartícula que Paul Dirac había predicho cuatro años antes a partir de su ecuación relativista. El descubrimiento le valió el Nobel de Física en 1936, con apenas 31 años.

¿Por qué se llama "tomografía por emisión"?

Para diferenciarla de la tomografía por transmisión, es decir, la tomografía computarizada. En la transmisión, el haz de rayos X procede del exterior y atraviesa al paciente; lo que se mide es cuánta radiación llega al otro lado. En la emisión, la fuente de la radiación está dentro del cuerpo, en el radiofármaco previamente administrado, y los detectores la registran al salir. La palabra emisión, por tanto, identifica el origen interno de la señal.

¿Qué significa que la detección sea "en coincidencia"?

El anillo de detectores no acepta cualquier fotón aislado, sino solo aquellos que llegan a dos cristales situados en posiciones opuestas dentro de una ventana temporal de nanosegundos. La hipótesis física es que esos dos fotones proceden de una misma aniquilación y, por tanto, han nacido sobre la recta que une los dos puntos de detección. Las señales que no cumplen esa condición se descartan. Ese filtrado electrónico, llamado coincidencia, sustituye al colimador físico que las técnicas con un solo fotón necesitan para saber de dónde procede la radiación.

¿En qué se diferencia del PET-TC?

PET designa la modalidad que detecta la radiación de aniquilación y reconstruye la distribución funcional del radiotrazador. PET-TC, en cambio, designa un equipo que combina, en una misma máquina y en una misma sesión, un tomógrafo PET con un tomógrafo computarizado. La PET aporta la información metabólica; la TC, el detalle anatómico necesario para localizar con precisión los hallazgos. Hoy prácticamente todos los estudios PET clínicos se realizan en equipos PET-TC.

Referencias

1. Real Academia Nacional de Medicina de España. Tomografía por emisión de positrones. Diccionario de términos médicos.
2. Biblioteca Nacional de Medicina (NIH). Tomografía por emisión de positrones (TEP). Enciclopedia médica MedlinePlus.
3. Manual MSD. Tomografía por emisión de positrones (PET). Versión para público general.
4. Vaquero JJ, Desco M. Tomografía por emisión de positrones (PET): fundamentos y limitaciones tecnológicas. Archivos de la Sociedad Española de Oftalmología. 2010;85(4):131-133.