Sistema compacto, híbrido e integrado GAMMA/RF para la formación de imágenes simultáneas PET-SPECT/MR.

El sistema compacto, híbrido e integrado GAMMA-RF para la formación de imágenes simultáneas PET-SPECT/MR de la invención comprende un dispositivo GAMMA-RF que integra una bobina RF, del tipo empleado en sistemas MR convencionales, con unos módulos detectores de radiación GAMMA del tipo utilizado en sistemas PET o SPECT, de modo que se obtienen imágenes combinadas de las técnicas PET o SPECT y MR

Sistema compacto, híbrido e integrado GAMMA/RF para la formación de imágenes simultáneas PET-SPECT/MR.

Objeto de la invención

El objeto principal de la presente invención se enmarca dentro del campo de la medicina, y en particular está dirigida a un nuevo sistema que combina una bobina de radiofrecuencia (RF) del tipo empleado en equipos de Resonancia Magnética (MR) convencionales con unos detectores de radiación GAMMA del tipo empleado en equipos de Tomografía por Emisión de Positrones (PET). El resultado es un sistema híbrido GAMMA/RF que permite obtener simultáneamente imágenes mediante las técnicas PET o SPECT y MR.

Antecedentes de la invención

La imagen médica comprende un conjunto de técnicas ampliamente utilizadas para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. El tipo de imagen que se obtiene puede ser morfológica (Tomografía Axial Computerizada (TAC), Resonancia Magnética (MRI), Rayos X, Ecografía, etc.) o funcional (cámara GAMMA, tomografía de emisión de fotón único, Tomografía de Emisión de Positrones o PET, etc.).

La Medicina Nuclear es una especialidad médica en la que se obtienen imágenes funcionales utilizando radiación ionizante. Los trazadores son biomoléculas previamente marcadas con radionúclidos, y que se concentran de manera preferente en una determinada zona de interés (órganos, huesos, tejidos,..). Esta zona de interés emite entonces una radiación GAMMA, que es recibida por un sistema de detección (generalmente un cristal centelleador) diseñado para transformar la energía de la radiación GAMMA incidente en luz. Esta luz, a su vez, es detectada por unos elementos fotosensibles (generalmente tubos fotomultiplicadores), de modo que es posible calcular y almacenar la posición en la que se ha producido la emisión de la radiación GAMMA. Así, se determina la distribución de los trazadores y se obtiene una imagen del órgano, tejido o del cuerpo del sujeto bajo estudio.

Dentro de la Medicina Nuclear se enmarca la Tomografía por Emisión de Positrones (PET), que es una técnica no invasiva de elevada sensibilidad. La técnica PET permite obtener imágenes "in vivo" de la distribución de trazadores emisores de positrones que producen, tras su aniquilación, la emisión de dos fotones en sentidos opuestos y de la misma energía (511 keV). Esta técnica permite medir concentraciones pico molares del trazador. El trazador más utilizado en PET es el FDG (fluordeoxiglucosa), similar a la molécula de glucosa. El FDG se acumula en células con un metabolismo elevado, como es el caso de las células cancerosas, visualizándose mediante PET tumores y metástasis en estado precoz, mucho antes de que se produzcan alteraciones morfológicas que pueden ser detectadas con otro tipo de técnicas como la resonancia magnética, TAC... Además del cáncer, la técnica PET es muy útil en el estudio del funcionamiento de determinados órganos como el corazón, cerebro, sistema circulatorio o pulmones. La patente estadounidense US 6,858,847 describe un ejemplo de la metodología y tipo de instrumentación involucrada en la técnica PET.

Sin embargo, la técnica PET tiene limitaciones que están directamente relacionadas con las propiedades físicas del positrón y la estadística (número de sucesos detectados para obtener la imagen) de la medida. Estas limitaciones son las responsables de que en ocasiones la imagen PET posea una deficiencia importante en cuanto a información anatómica se refiere, y por otro lado es difícil localizar la posición exacta en la que se produce la acumulación del trazador radiactivo.

La necesidad de obtener a la vez buena resolución anatómica y funcional, impulsó en la década de los 90 el desarrollo de sistemas que combinaban la técnica PET y TAC en un mismo aparato. Rápidamente se extendió su uso, y en la actualidad se utilizan de forma rutinaria en el diagnóstico médico, demostrando de esta forma las ventajas en la obtención de imágenes integradas anatómico-moleculares. La forma en que se hizo esta integración fue simplemente colocar el PET y el TAC uno a continuación del otro en una configuración de tipo "tándem". De esta manera el sistema se integra fundamentalmente vía "software", dado que a nivel de "hardware" se requieren muy pocos cambios. Una vez en funcionamiento, el sistema PET/TAC adquiere los datos de manera secuencial mediante una camilla que se mueve a lo largo de ambos escáneres.

Por otro lado, la Imagen por Resonancia Magnética (MR), también llamada resonancia magnética nuclear (NMR), está basada en la excitación y detección de la precesión de los momentos magnéticos, en el rango de la radio frecuencia, de los núcleos atómicos, fundamentalmente de hidrógeno (1H), del objeto a investigar, junto con su variación de la fase, frecuencia y localización. La MRI (resonancia magnética por imagen) se fundamenta en la codificación espacial de la señal de resonancia, mientras que el interés de la MRS (resonancia magnética por espectrocopía) se centra en el entorno químico del núcleo.

Los sistemas actuales de MRI más extendidos están formados por tres elementos básicos:

1) Un imán cilíndrico que produce un campo magnético elevado (típicamente de 1,5 o 3 Teslas) y uniforme (B0).

2) Un sistema de bobinas de gradiente que modifican ligeramente el campo B0 en las direcciones espaciales X, Y y Z a fin de codificar la posición de la señal.

3) Un campo de Radio-Frecuencia dentro del campo de gradiente producido por una bobina de RF (o una combinación de bobinas de RF) que emite y recibe las señales. Estos sistemas de MR son capaces de obtener imágenes de cualquier parte del cuerpo e incluso del cuerpo entero, aunque en este caso su obtención es muy lenta. Este sistema incluye un apantallamiento de RF que evita el acoplamiento de la bobina de RF con los otros componentes del sistema de MR o cualquier otro equipamiento adicional.

Los tres elementos anteriores se colocan en un equipo convencional de resonancia magnética siguiendo una forma toroidal, en el orden siguiente (de dentro hacia fuera en la dirección radial): la bobina de RF, el sistema de bobinas de gradiente y el imán cilíndrico. El paciente que va a ser examinado se coloca en el hueco interior del cilindro, permaneciendo sobre una camilla móvil y ajustando su posición para poder realizar la medida sobre la zona del cuerpo objeto de estudio. En estudios con animales o con fantomas existen otras posibilidades de posicionamiento.

En ocasiones resulta necesaria una imagen de alta calidad de una región particular del cuerpo. En esos casos se emplea una bobina de RF portátil específica que se sitúa cerca del área de interés. Por ejemplo, a fin de obtener una imagen del cerebro con elevada sensibilidad se coloca una bobina RF cilíndrica y de un diámetro interior de aproximadamente 26 cm rodeando la cabeza.

Comparado con el TAC, la MR proporciona en general un mayor contraste en tejidos blandos y una superior resolución espacial en las imágenes anatómicas, con un impacto inmediato en la práctica clínica, al permitir un mejor diagnóstico en enfermedades cerebrales, pelvis, hígado y del aparato locomotor (músculo-esquelético). Además de la imagen morfológica, la MR también proporciona información acerca de importantes parámetros fisiológicos (difusión, permeabilidad, BOLD) a partir de las diferencias en los tiempos de relajación de los núcleos ¹H (a los que habitualmente se refiere como "protones") que se encuentran localizados en diferentes sustancias bioquímicas. Por último, la adición de agentes pasivos de contraste, basados en nanopartículas de gadolinio u óxido de hierro puede aumentar de forma significativa el contraste en la MR. La combinación de las técnicas MRI permite visualizar las consecuencias morfológico-anatómicas (crecimiento tumoral, atrofia cerebral, anormalidades en paredes cardíacas, anatomía vascular, activación neuronal e ictus agudo) de muchas enfermedades tanto en humanos como en modelos animales.

Existe una gran sinergia entre las técnicas PET (y SPECT) y MR, ya que cada una de ellas proporciona por separado información que no es posible obtener con la otra. La posibilidad de obtener las imágenes metabólicas, fisiológicas o moleculares mediante la técnica PET y poder relacionarlas directamente con las imágenes de una excepcional calidad anatómica obtenidas con la técnica MR abre un enorme campo de nuevas posibilidades. Este es el motivo por el que estas técnicas se combinan en diagnósticos clínicos e investigación (etiología...

1. Sistema (1) compacto, híbrido e integrado GAMMA/RF para la formación de imágenes simultáneas PET-SPECT/MR, caracterizado porque comprende un dispositivo (2) GAMMA/RF que comprende: