sábado, 12 de junio de 2010

¿que son las Gammagrafias y las Radiografias Gamma? ¿y la radiacion Gamma?

Intro:
Tanto las Radiografías Gamma como las Gammagrafías (o Centellografías Gamma) se basan en la utilización de radiación Gamma para generar imágenes, de las misma forma que la radiación X se usa para generar lo que llamamos radiografías (a secas) que nos son sacadas cuando tenemos alguna quebradura en nuestros huesos u otra afección que precise el diagnóstico por ese medio.
Antes de pasar a explicar la diferencia entre ambas técnicas sería necesario introducir algunos conceptos para poder comprender exactamente de que estamos hablando, lo que va a llevar casi la totalidad del post. Si estos conceptos te parecen muy técnicos, pesados o ya sabes que es la radiación gamma y un radioisótopo, podes saltearlos y leer directamente la parte que hablan de las técnicas propiamente dichas.

¿Que es la radiación Gamma?
La radiación Gamma, al igual que los rayos X, es un tipo de radiación electromagnética de alta energía (fotones), la luz visible también es radiación electromagnética, mientras mas energía (algo así como "mas fuertes") tenga esta radiación recibe distintos nombre, como ser ondas de radio, de luz, ultravioleta, rayos X o Radiación Gamma, que es la mas fuerte.


¿Es peligrosa la radiación Gamma?
Es preciso recordar que mientras mas fuerte la onda (mas energía) mas dañina puede resultar, ya que a partir del ultravioleta para arriba (esto incluye rayos X duros y blandos, y a los Gamma) se las denomina "Radiaciones Ionizantes" porque pueden arrancar electrones de sus átomos (ionizarlos), provocando alteraciones químicas en el organismo, si la exposición a la radiación (dosis recibida) es pequeña no representa riesgos reales para el organismo, ya que las células tienen algunas defensas contra ese daño debido a que constantemente somos "irradiados" por pequeñas dosis de radiación por isótopos radioactivos presentes en el suelo y en los seres vivos (Si, hay radiación en todas partes, de forma totalmente natural) y también recibimos mucha radiación debido a los rayos cósmicos que la atmósfera no logra absorver, pero si la dosis es mayor esa radiación puede llegar a provocar quemaduras graves (la "quemazón" de la piel cuando tomamos mucho sol es un ejemplo de eso), pueden llegar a ser cancerígenas o incluso causar la muerte si la exposición es muy grande o prolongada (existen unidades y equipos para medir esto), como podría ser estar cerca de una explosión nuclear, aunque se sabe de un hombre que estuvo cerca de dos explosiones atómicas (Si eso no es tener la peor y la mejor suerte del mundo combinadas, no se que lo es) http://www.emisterios.com/26/5022/tsutomu-yamaguchi-hombre-que-sobrevivio-hiroshima-nagasaki.html.

En general cuando se trabaja con cualquier elemento que emita radiación ionizante se debe contar (obligatoriamente) con lo que se llama un oficial de Radioprotección que es el responsable de controlar estrictamente las equipos y las dosis de radiación a la que son expuestos los operarios, estos últimos deben contar obligatoriamente con un dosímetro, que es algo así como una oblea rectangular que enganchan en su ropa, existen distintos tipos de dosímetros, algunos pueden cambiar de color en el momento si la dosis es alta, o, los TLD de amplio uso, que necesitan ser enviados a lugares especiales para ser medido cuanta "radiación acumulada" tienen, todo depende del tipo de radiación (no solo electromagnética, sino tambien Alfa, Beta, etc, las nombraré mejor mas abajo) como el tipo de exposición, existen sin fin de tipos de dosímetros (aquí hablan sobre algunos tipos de ellos: http://www.sagan-gea.org/hojared_radiacion/paginas/Dosimetr%EDa.html ).


Cada país tiene legislación estricta respecto al uso de radiocompuestos, y si bien es una tecnología segura cuando se toman los resguardos necesarios y los accidentes son aislados, acá en Argentina hubo solo dos accidentes importantes que provocó la muerte de dos personas en total, doy una breve descripción de uno de ellos: (extraido de: http://200.0.198.11/MenoriaT/mt_05/MT5-05.pdf )
"Debemos recordar el accidente ocurrido en nuestro país en el año 1968, en el que un trabajador encontró una fuente de Cs-137 de 0,5 TBq y sin reconocerla como tal la llevó en el bolsillo de su pantalón durante 18 horas. El operador del equipo no advirtió que había perdido la fuente en una destilería de petróleo. Como consecuencia de este hecho, una persona resultó irradiada habiendo sufrido lesiones severas, úlceras en la mano derecha y la amputación de ambas piernas. Se estimó una dosis máxima en piel de 17.000 Gy, en gónadas de 20 Gy y en todo el cuerpo de 0,5 Gy. La falta de seguridad de la fuente condujo a estos resultados."
De todas formas, hay dos cosas básicas a tomar en cuenta en radioprotección: Distancia y blindaje.
Distancia: es simple, mientras mas lejos de algo radioactivo, mejor, (como toda radiación, disminuye con el cuadrado de la distancia) y hay que coordinar el trabajo de forma que el tiempo de exposición sea mínimo.
Blindaje: El tipo de blindaje depende el tipo de radiación, la radiación gamma es muy penetrante, y no es detenida, pero el blindaje puede hacer que la energía de los fotones disminuya a niveles no peligrosos, si la radiación es otra, como por ej. neutrones, lo mejor es un blindaje muy hidrogenado (ej: parafina).



De donde salen los rayos Gamma que usamos para esto?
Bueno, si bien los Rayos Gamma son similares a los Rayos X, los Rayos X pueden generarse por medios que podríamos llamar eléctricos en algo similar a un tubo de rayos catódicos, para lograr fotones de tanta energía como los que precisa la radiación Gamma, es necesario recurrir a isótopos radioactivos y otras tecnologías de carácter nuclear.
Los isotopos radioactivos son átomos con idénticas propiedades químicas (a decir verdad, son el mismo elemento), solo que con distinto número másico (uno "pesa" mas o menos que el otro, por diferir en cantidad de neutrones (nº). Por ejemplo, habrán escuchado mas de una vez el Carbono 14 (14C), que es usado para medir la edad de los fósiles, bueno, el C14 es un isótopo radioactivo del Carbono 12 (12C) que es el Carbono común y silvestre que no es radioactivo, ambos son carbono en el resto de las propiedades.
Un isotopo radioactivo emite radiación dependiendo de cual sea el isotopo (no solo radiación electromagnética), y se usan precisamente isótopos que emiten radiación gamma para el caso que queremos analizar. 

Todos sabemos que los elementos radioactivos emiten radiación, ¿pero por que?
Bueno, se trata de un porque a medias, solo se especula sobre las razones de fondo.
Digamos que un átomo tiene en su interior una cantidad de Protones (p+) y Neutrones (nº) determinada (también electrones, pero no nos interesan para esto), pera cada elemento tiene una "proporción adecuada" entre ellos que lo hace estable, si tiene neutrones de "sobra" o le "faltan" el átomo no se va a quedar así todo el tiempo, y la única solución que va a tener va a ser transformarse en otro elemento.
(si, así de la nada, mejor no entrar en mas detalles de las razones de esto acá, pueden leer: http://es.wikipedia.org/wiki/Radiactividadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Desintegración_alfahttp://es.wikipedia.org/wiki/Desintegración_betahttp://es.wikipedia.org/wiki/Radiación_gamma)
Un núcleo al transformarse por lo general lo hace deshaciendosé de lo que le sobra, Energía (o masa, que es lo mismo, recordar el famoso E=MC2), por eso a esto se le llama decaimiento y esa energía/masa que emite son los distintos tipos de radiaciones, radiacion alfa=nucleo de Helio 4, radiación Beta + o - = Electrón o Positrón, radiación Gamma = Fotones, y también podemos nombrar a los neutrinos y a los neutrones (estos últimos se dan principalmente en fisión atómica, que no es nuestro tema del día).
Les dejo aca un link sobre usos generales de los radioisótopos: http://www.invap.net/nuclear/plant_radio/intro.html


¿Como elijo entonces el elemento radioactivo mas adecuado?.
Como dije antes, cada núcleo (Nucleido para ser mas preciso) tiene una forma específica de decaer (en realidad es probabilístico el asunto), para saber cuales emiten radiación alfa se puede consultar alguna tabla de radionucleidos, la famosa tabla de Karlsruhe, donde el color del nucleido indica que tipo de radiación emite (los nucleidos negros son los estables, los no radioactivos), sabiendo el tipo de radiación también se sabe en que se "transforma" el nucleo, o sea, en que nuevo lugar de la tabla de Karlsruhe quedamos.
Por lo que solo tengo que buscar en la tabla que radionucleido que emita radiación Gamma es el que mas se acerque a lo que necesito. Hay dos cosas básicas a tomar en cuenta.
Energía de la radiación: Cada nucleido no solo se desintegra dando un tipo de radiación particular sino que también lo hace con una cantidad de energía característica de ese radionucleido, si lo que necesito es radiografiar las soldaduras del casco de un submarino necesitare una radiación gamma de una energía alta.
Vida Media: Como cada núcleo se "transforma" en otro cada vez que emite radiación es lógico pensar que al cabo de algún tiempo no quedarán mas núcleos "originales", al tiempo que tarda la mitad de los núcleos en convertise se le llama "vida media" (pueden ser minutos, días o años, depende el isótopo), si es para uso médico muchas veces necesitamos introducir estos compuestos en el cuerpo del paciente por lo que lo mejor es que el paciente este el menor tiempo posible expuesto a la radiación, por ende, se necesita de una vida media muy corta, de no mas de un par de horas (a veces es necesario, mas adelante sabrán por qué).
Tabla de Radionucleidos completa e interactiva (en ingles):




Ya sé cual usar, pero... ¿de donde lo saco, si muchos ni siquiera existen en la naturaleza?
Ahora se darán cuenta de un problema, se cual usar pero de donde lo saco?
Por ejemplo, si dijimos que necesito un isótopo con pocas horas de vida media es obvio que ese isótopo dejo de existir en la naturaleza, ¿como demonios hago para fabricar un elemento químico? ¿eso no es alquimia?¿por quien me están tomando? Por suerte, aunque parezca ciencia ficción el hombre ha aprendido a transformar algunos elementos en otros, voy a citar un ejemplo.

Un Nucleido muy usado es el Cobalto 60 (60Co), que produce dos rayos gamma de 1,17 y 1,33 MeV de energía, o sea casi iguales (emite también un electrón Beta, que no nos preocupa de momento) y tiene una vida media de 5,25 años, convirtiendose en Niquel 60 (60Ni), esas características hacen que el 60Co se use como fuente de radiación gamma en radioterapia, esterilización de alimentos (pasteurización fría) y radiografía industrial para el control de calidad de metales (detección de grietas). Pero como no consigo ese isótopo en la naturaleza lo que hago es "bombardear" atómos de Cobalto 59 (el que se encuentra en la naturaleza, y que no es radioactivo) con neutrones, y eso me da el 60Co. ¿de donde saco los neutrones? bueno, los neutrones son parte de los nucleos atómicos, por lo que no puedo arrancarlos así nomás, necesito que algún nucleo se rompa, necesito tener un Reactor Nuclear como fuente de Neutrones para fabricar algunos isótopos , obviamente son reactores mucho menores que los que se usan para generar energía nuclear para las redes eléctricas, se sorprenderían la infinidad de usos prácticos que pueden tener los reactores nucleares y ciertos tipos de aceleradores de partículas, aunque ustedes no lo crean, por ejemplo aquí en Argentina para esto se usa el reactor de investigación y producción de radioisótopos RA3, que está en ezeiza, y usa Uranio enriquecido al 20% como fuente de combustible.
En el caso medicinal dijimos que necesitamos que tengan una vida media corta, también dijimos que necesitamos un pequeño reactor nuclear para fabricar esos compuestos, entonces el problemas es, se necesita que haya uno de estos pequeños reactores o aceleradores cerca de la ciudad, siguiendo con ejemplos cercanos a mi, mi ciudad, Rosario, esta a 4 horas de viaje en auto del reactor mencionado, por lo que llega solo la mitad (a veces muchísimo menos de un cuarto, depende la vida medio del isotopo) a destino, lo que eleva el precio del estudio a cifras astronómicas, y si la ciudad esta mas lejos solo queda la opción del avión si es que el tiempo de vida media lo permite, por lo que seria bueno contar con uno de estos reactores cerca de cada ciudad importante como mínimo, ya que no solo la gammagrafia, si no también tratamientos completos como la radioterapia dependen de isotopos como el 60Co, esterilización de medicamentos y equipo medico, nivelar maquinaria, medir espesores de autopistas y muchos usos mas, y eso que solo hablo del Cobalto 60.
Esta foto es del INVAP en Bariloche/Argentina. se ve un telemanipulador que forma parte del equipo de herramientas herramientas e instrumentos de las "celdas calientes" para procesar radioisótopos.



Ahora sí, pasemos a los dos tipos de generación de imágenes por rayos Gamma que nos competen al artículo de hoy:


Gammagrafía (clínica)
Tiroides con funcionamiento normal
Estamos acostumbrados a las radiografías, las resonancias magnéticas nucleares RMN, tomografías axiales computadas TAC, ecografías y otros diagnósticos por imagen que nos muestran información anatómica, es decir "que hay ahí", pero no dicen nada respecto a "como funciona lo que está ahí",  así que, a menos que un órgano tenga un notorio cambio de tamaño no sabremos si hay algo raro o no, por lo que recurrimos a otros métodos de imagen, que nos brinden información funcional, ese es el caso de las gammagrafías (tambien es el caso de las Tomografías por Emisión de Positrones, PET).
Cada órgano cumple una función distinta, eso lo sabemos, y por ende necesitara distintas sustancias químicas para llevarlas a cabo, si está usando mas o menos cantidad de esas sustancias muchas veces tampoco podemos saberlo por medio de un análisis de sangre, así que sería muy util seguir el camino que recorren esas sustancias y ver donde se acumulan, si sabemos, por ejemplo, que la tiroides necesita Iodo para trabajar, inyectamos Iodo en el organismo, pero no Iodo común, sino Iodo 131 (también puede ser Tecnecio 99 metaestable), se puede usar el  Galio para detectar problemas oseos o hepáticos, o ciertos tipos de infecciones, y son muchos los compuestos que pueden elegirse para analizar riñones, dependiendo del tipo de afección del que se sospeche.
Una vez que al paciente se le introdujo el compuesto "marcado" radiologicamente, y pasado un tiempo de algunos minutos, o unas horas, dependiendo del estudio a realizar, se pasa a medir donde se acumulo el compuesto trazador, en el caso de las tiroides se coloca un aparato especial sobre el cuello que mide las emisiones y forma la imagen, y en el caso de la osea y otras se coloca al paciente dentro de una cámara gamma, que es un artefacto que mide electronicamente la ubicación e intensidad de las emisiones y forma una imagen computada en el monitor. También puede apreciarse en la grammagrafia osea mas abajo una zona oscura abajo del ojo, eso indica una mayor actividad celular osea, producto de una lesión reciente o tumor.
distintos tipos de Cámara Gamma: http://sciencerad.blogspot.com/2009/07/gamma-camara-i.html y http://sciencerad.blogspot.com/2009/08/gamma-camara-spect.html

Funcionamiento básico de una GammaCámara: Para obtener mejor definición el colimador filtra la radiación dejando pasar solo aquella que es emitida paralela a sus paredes, impacta en una placa de Ioduro de Sodio dopada con Talio, lo que crea un destello verde, esa señal es amplificada y convertida en una señal eletrica con un fotomultiplicador, que envia la señal a una unidad electronica que crea las coordenadas X, Y y Z (esta última responde a la intensidad detectada en cada punto), todo esto es enviado a una computadora que corrige la imagen y la presenta en pantalla. El operador puede desde la consola mover el cabezal y la camilla. La SPECT funciona de un modo muy similar, solo que suele tener dos o tres cabezales en lugar de uno, la ventaja de tener mas cabezales es principalmente el tiempo, en lugar de tardar por ejemplo 45min con el paciente en la camilla, la medición puede hacerse en 12minutos, también se logra un poco mas de definición.

Esquema de una Gammacámara de SPECT, midiendo actividad cardiaca y circulatoria despues de haber inyectado el liquido marcador

Camara Gamma de SPECT vista por fueta.


Este tipo de estudios no tienen la definición de una radiografía X, pero como dije, nos brindan información importantísima sobre el funcionamiento del organo. Como la vida media de los isotopos usados es muy corta, en algunas horas ya no quedan residuos del material trazador dentro del organismo del paciente.
La gammagrafia, al igual que las PET, algunas quimioterapias con radiofarmacos, y demas usos de la tecnología nuclear en medicina se conoce como medicina nuclear, aca tienen un link donde pueden leer un poco mas al respecto: http://www.medicinanuclear.cl/generalidades.htm y uno sobre medicina nuclear pediátrica: http://fundacionannavazquez.wordpress.com/2007/06/20/medicina-nuclear-pediatrica/
Tambien pueden encontrar un extracto de este libro que describe muy bien la radioterapia con 60Co [link]

Aquí hay algunos ejemplo de gammagrafías, la primeras son examenes de tiroides, para leer como es el procedimiento completo les dejo este link: http://www.radiologyinfo.org/sp/info.cfm?pg=thyroiduptake















Radiografía Gamma (o industrial):

Algunos de los isótopos mas usados son el Iridio-192 (el mas usado), Cobalto-60, Cesio-137, Se-75, Iterbio-169 y el Tulio-170.
En rigor, es como una radiografia de Rayos X, solo que para radiografiar metales los rayos X no tienen suficiente energia para penetrarlos, por lo que se usa rayos Gamma, las fuentes radioactivas para estos artefactos suelen tener una vida media de algunos años ya que necesitamos que el aparato dure y no sería prudente estar desarmándolo a cada rato para cambiarle la fuente.
La densidad del concreto usado en las autopistas se mide con gammagrafia, la calidad y desperfectos de una soldadura se observa con gammagrafías (una soldadura mal hecha en un puente o barco pueden terminar en desastres, abajo puse imagenes de gammagrafías mostrando distintos defectos en soldaduras), se usan para cristalografía para comprobar las estructuras cristalinas de algunos compuestos.
Por supuesto esto tiene marcos regulatorios, porque si se trabaja de forma indebida los operarios pueden estar sujetos a algún riesto, acá les dejo un link con un texto sobre "Experiencia regulatoria argentina en gammagrafia industrial en materia de radioprotección", presentado por Ermacora, M. G. enn una reunión anual de la asociación argentina de Tecnología Nuclear en el 2005, asi que no es muy viejo: http://200.0.198.11/MenoriaT/mt_05/MT5-05.pdf
(en un par de días me van a pasar la descripción y el funcionamiento de los aparatos que usan radiación gamma para medir densidad y humedad en suelos y asfaltos, cuando llegue a mis manos seguiré ampliando el artículo)






estatua antigua grammagrafiada para ver si presenta daños, incluso se puede saber si es hueca o si contiene cosas en su interior

Placa metalica gammagrafiada

Desperfectos en soldaduras







 interior de artefactos




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