RADIODIAGNÓSTICO

Nuevos detectores de fotones ultrarrápidos podrían conducir a la obtención de imágenes médicas más baratas y sencillas

Nature · 07 diciembre 2021

Investigadores de Estados Unidos y Japón han mostrado la primera imagen médica experimental de corte transversal que no requiere tomografía, un proceso matemático utilizado para reconstruir las imágenes en las TAC y PET. El trabajo, publicado en Nature Photonics, podría conducir a la obtención de imágenes médicas más baratas, fáciles y precisas.

El avance ha sido posible gracias al desarrollo de nuevos detectores de fotones ultrarrápidos, explica Simon Cherry, profesor de ingeniería biomédica y de radiología de la Universidad de California Davis (Estados Unidos) y autor principal del artículo. "Estamos obteniendo imágenes literalmente a la velocidad de la luz, lo que es una especie de santo grial en nuestro campo", afirma.

El trabajo experimental fue dirigido por Sun Il Kwon, de la citada universidad estadounidense, y Ryosuke Ota, de Hamamatsu Photonics (Japón), donde se desarrolló la nueva tecnología de detección de fotones.

El proceso de tomografía es necesario para reconstruir matemáticamente las imágenes transversales a partir de los datos de las imágenes que utilizan rayos X o gamma. En las exploraciones con PET se inyectan moléculas marcadas con trazas de un isótopo radiactivo que son absorbidas por los órganos y tejidos del cuerpo. El isótopo, como el flúor-18, es inestable y emite positrones al decaer. 

Cada vez que uno de estos positrones se encuentra con un electrón en el cuerpo se aniquilan mutuamente y emiten simultáneamente dos fotones de aniquilación. El seguimiento del origen y la trayectoria de estos fotones crea teóricamente una imagen de los tejidos marcados con isótopos. Pero hasta ahora los investigadores no podían hacerlo sin el paso adicional de la reconstrucción tomográfica, porque los detectores eran demasiado lentos para determinar con precisión los tiempos de llegada de dos fotones y, por tanto, precisar su ubicación en función de su diferencia temporal.

Cuando los fotones de aniquilación chocan con el detector, generan fotones de Cherenkov, que producen la señal. Cherry y colegas descubrieron cómo detectar estos fotones Cherenkov con una precisión temporal media de 32 picosegundos. Esto significa que podían determinar dónde surgían los fotones de aniquilación con una precisión espacial de 4,8 milímetros. Este nivel de velocidad y precisión permitió al equipo producir imágenes transversales de un isótopo radiactivo directamente a partir de los fotones de aniquilación sin tener que utilizar la tomografía.

En su artículo, los investigadores describen varias pruebas que realizaron con su nueva técnica, incluso en un objeto de prueba que imita el cerebro humano. Confían en que este procedimiento sea escalable en última instancia al nivel necesario para el diagnóstico clínico y tenga el potencial de crear imágenes de mayor calidad utilizando una dosis de radiación menor. Las imágenes también pueden crearse más rápidamente con este método, potencialmente incluso en tiempo real durante la exploración PET, ya que no se necesita una reconstrucción posterior. 

En la actualidad, las exploraciones PET son costosas y están técnicamente limitadas en algunos aspectos, ya que los escáneres clínicos actuales no captan toda la información presente en el tiempo de viaje de los fotones de aniquilación. Este nuevo descubrimiento implica la configuración de un equipo compacto y podría dar lugar a exploraciones económicas, fáciles y precisas del cuerpo humano utilizando isótopos radiactivos.

Referencia: Nat Photon. 2021;15:914–918. doi: 10.1038/s41566-021-00871-2