IFUNAM24/junio/2025
Aunque por años se han utilizado de forma independiente, recientemente la Tomografía por Emisión de Positrones y la Resonancia Magnética (PET y MR, por sus siglas en inglés respectivamente) se combinan en un solo escáner para obtener imágenes médicas para conocer el funcionamiento y anatomía de órganos y tejidos y, con ello, detectar oportunamente enfermedades como el cáncer.
Un estudio, en el que participaron investigadores del Instituto de Física, ha revelado que el campo magnético de la MR produce un efecto que mejora la calidad de las imágenes en PET cuando se utiliza un equipo híbrido PET/MR. El trabajo culminó en un artículo científico que lleva por título “Quantitative analysis of the effect of the magnetic field generated by a PET/MR scanner on positron range”, publicado en la prestigiosa revista Physics in Medicine & Biology, en septiembre del año pasado.
En esta investigación, participaron: Diego Manuel Ku Toval, estudiante de la Maestría en Ciencias (Física Médica) del Posgrado en Ciencias Físicas, UNAM, los investigadores Mercedes Rodríguez Villafuerte, Arnulfo Martínez Dávalos, y Héctor Alva Sánchez, del Instituto de Física de la UNAM; Miguel Ángel Ávila Rodríguez, de la Unidad de Radiofarmacia-Ciclotrón de la Facultad de Medicina de la UNAM; y Jorge Martín Schalch del Grupo CT Scanner en la Ciudad de México.
Combinar PET con MR fue una propuesta que nació en 1997 para obtener información más precisa del cuerpo humano, pero que fue realidad hasta hace apenas unos años. Por un lado, la PET es una técnica de imágenes de medicina nuclear que refleja la biodistribución de un radiofármaco emisor de positrones administrado a un paciente, mientras que la MR proporciona imágenes anatómicas detalladas y de alto contraste del cuerpo humano utilizando campos magnéticos intensos en conjunto con gradientes de campo magnético y ondas de radiofrecuencia. Ambas son técnicas no invasivas y se llevan a cabo con procedimientos distintos.
La PET requiere de un radiofármaco, es decir, un fármaco marcado con un radioisótopo emisor de partículas denominados “positrones”. Los positrones son las antipartículas de los electrones, partículas con la misma masa y espín, pero con carga eléctrica positiva. El radiofármaco se administra en pequeñas cantidades, generalmente vía intravenosa, y está diseñado especialmente para ser captado por algún sitio concreto del cuerpo.
“Es un radiofármaco porque combina a una sustancia radiactiva con una molécula biológica que se dirige a un órgano, tejido o célula específica del paciente. La molécula más sencilla que se puede dar como ejemplo es la glucosa, captada por tejidos donde se requiere energía, como el cerebro y el corazón… Pero también hay varios fármacos específicos para estudiar procesos biológicos precisos, y algunos que pueden ser usados como marcadores tumorales”, explicó el investigador Héctor Alva.
Posterior a la administración del radiofármaco, el paciente permanece en reposo aproximadamente durante una hora para dar tiempo a su biodistribución a través de las rutas fisiológicas naturales del cuerpo. Después, el paciente se recuesta en la camilla del escáner PET para detectar la radiación que se emite como resultado de la aniquilación de los positrones con los electrones en el cuerpo.
“Cuando los positrones se aniquilan con los electrones del medio, toda la masa del electrón y del positrón se convierte en energía, en la forma de dos fotones de 511 kiloelectronvoltios (keV) que viajan en sentidos opuestos”, aseguró Mercedes Rodríguez. Esos fotones se registran con detectores muy sofisticados colocados en los anillos que conforman al escáner y que rodean al paciente; millones de detecciones en parejas por detectores opuestos de esos fotones de aniquilación se utilizan para formar un conjunto de imágenes (cortes tomográficos) que reflejan la distribución espacio-temporal del radiofármaco.
La MR, en cambio, utiliza un campo magnético muy potente con el cual se alinean los protones del agua contenida en los órganos o tejidos del cuerpo humano. Con el uso de pulsos de radiofrecuencia (dirigidos a regiones bien delimitadas en el cuerpo) los protones se desalinean de manera intencional y, al apagarse este pulso de radiofrecuencia, los protones regresan a su estado de alineación emitiendo sus propias señales de radiofrecuencia que se detectan por antenas del equipo. Adicionalmente, se utilizan bobinas de gradiente para cambiar ligeramente la intensidad del campo magnético, lo que permite localizar las ondas electromagnéticas emitidas por los protones y con esto producir imágenes médicas anatómicas tridimensionales.
A diferencia de los escáneres duales que combinan PET con CT (Tomografía Computarizada, por sus siglas en inglés), dice el artículo de investigación, el PET/MR ofrece imágenes de resonancia magnética de alto contraste de la estructura de los órganos y los tejidos.
La calidad de las imágenes médicas depende de tres factores: la resolución espacial (la capacidad de distinguir objetos pequeños), el contraste (que se pueda diferenciar un tejido u órgano de otro), y el ruido (que puede ser estadístico o estructural). En PET, la resolución espacial está fuertemente determinada por la distancia que recorren los positrones en el cuerpo antes de aniquilarse con los electrones, a la cual denominaremos “alcance”. Mientras más se alejan de la zona de captación peor es la calidad de la imagen. El alcance de los positrones depende principalmente de dos factores físicos: la energía cinética que tienen y la densidad física del medio en el que viajan. Entre mayor es la energía cinética y menor la densidad del medio, mayor será el alcance de los positrones.
Por ejemplo, si el radiofármaco se aloja en un tumor ubicado en los pulmones, los positrones recorrerán una mayor distancia antes de aniquilarse de la que viajarían si el tumor se encuentra localizado en un medio denso como el hueso.
“Si los positrones que se emiten son de energía alta, entonces van a recorrer una mayor distancia en el medio antes de que pierdan su energía y se aniquilen con los electrones, lo que resultará en una imagen con una mayor borrosidad”, explicó Mercedes Rodríguez.
En el caso de un equipo híbrido PET/MR, se sabe que la trayectoria de los positrones se ve afectada por el campo magnético de la MR. Esto se debe a la fuerza de Lorentz que un campo magnético ejerce sobre partículas con carga eléctrica y cuya dirección siempre apunta perpendicular a la dirección de su movimiento, lo que hace que sigan un camino helicoidal. De esta manera, el alcance de los positrones se ve restringido únicamente en la dirección perpendicular al campo magnético. Debido a esto, en un equipo PET/MR, se espera que la resolución espacial mejore en la dirección transaxial (perpendicular a la camilla en la que se recuesta el paciente).
En este trabajo, los investigadores realizaron estudios con distintos maniquíes diseñados para evaluar la calidad de la imagen. Los estudios los realizaron en un equipo Siemens Biograph Vision 600 PET/CT de la Facultad de Medicina, UNAM y con el primer equipo PET/MR, un Siemens Biograph mMR de 3 T, instalado en México, en colaboración con el Grupo CT Scanner.
“Además, fue importante hacer estudios con dos radionúclidos, 18F y 68Ga, emisores de positrones de energías promedio diferente, porque la fuerza de Lorentz depende de la velocidad, o sea de la energía de los positrones, para a comprobar que realmente es el efecto del campo magnético el que está haciendo una diferencia”, explica Alva.
Alva aclara que los maniquíes de calidad de imagen están diseñados para evaluar diversos parámetros. Por ejemplo, se utilizan maniquíes con esferas de diámetros distintos, que se llenan de actividad para simular lesiones y cuantificar la captación. “Las esferas también se pueden colocar en un contenedor con una concentración de actividad menor para evaluar el contraste que se puede obtener”, aseguró Mercedes Rodríguez.
Asimismo, se evaluó el efecto del campo magnético sobre la calidad de las imágenes PET utilizando fuentes lineales en maniquíes fabricados con materiales tejido-equivalente.
Para esto, se colocaron tubos capilares delgados llenos de actividad dentro de cilindros que representaron diferentes tejidos del cuerpo humano: tejido adiposo (grasa), agua, hueso cortical (capa externa de los huesos, de características densas), hueso trabecular (poroso), pulmones (modos inhalación y exhalación). Con esto, se analizó la función de respuesta a una línea, para determinar la resolución espacial alcanzable en cada material y con cada equipo. En todos los casos en los que se utilizó 68Ga (positrones de alta energía) para el llenado de los maniquíes, se obtuvieron imágenes de mejor resolución espacial en el equipo PET/MR en comparación con el equipo PET/CT. De hecho, encontraron que la resolución espacial con 68Ga en el equipo PET/MR es similar a la que se obtiene cuando se usa 18F (positrones de energía baja) en ambos equipos.
Este hallazgo es importante, explican Alva y Rodríguez, porque “…si se quiere hacer un estudio con un radionúclido emisor de positrones muy energéticos, lo mejor es hacerlo en un equipo que PET/ MR y no en un PET/CT para que el campo magnético reduzca la distancia que viajan los positrones y proporcione una mejor calidad de imagen”.
Con esta investigación se ha comprobado que hay una influencia importante del campo magnético del equipo de la MR en el trayecto de los positrones y que mejora la calidad de las imágenes de la PET. Esta información es útil para decidir sobre el tipo de estudios médicos de los pacientes y para el diseño de equipos de imagen cada vez más precisos y con ello, proveer diagnósticos más claros.
