IX. MEDICINA NUCLEAR
LA RADIACTIVIDAD es uno de los fen�menos f�sicos que presenta
m�s aplicaciones en la medicina moderna; esto se conoce como medicina nuclear.
Debemos comenzar por entender que la estructura de los �tomos, sobre todo de los m�s complejos, generados probablemente en el interior de formaciones estelares y por reacciones nucleares sucesivas, no es una estructura estable; su composici�n puede alterarse por medio de la emisi�n espont�nea de una part�cula a (alfa), una b+(beta positiva), una b- (beta negativa) o una g (gamma), liber�ndose de esta manera una cantidad de energ�a que le permite lograr una configuraci�n de mayor estabilidad.
Una part�cula a es un �tomo de helio doblemente ionizado, es decir, es un n�cleo de helio, su carga es 2+. Una part�cula b+ es un positr�n, una part�cula igual al electr�n pero de carga positiva, mientras que la b- es un electr�n, cuya carga el�ctrica es 1-. Finalmente, una part�cula g es un fot�n, esto es, energ�a electromagn�tica.
La actividad de una muestra de material radiactivo es la proporci�n en la que los n�cleos de sus �tomos constituyentes se desintegran. Si N es el n�mero total de n�cleos de la muestra radiactiva en un determinado instante, la actividad R de la muestra est� dada por:
R se mide en Curies (Ci), un Ci equivale a 3.70 X 1010 desintegraciones por segundo. Frecuentemente se prefiere usar subm�ltiplos: mCi o mCi
Otra unidad muy usada es el Becquerel (Bq), que corresponde a una desintegraci�n por segundo, o sus m�ltiplos KBq (10� Bq ), MBq (106Bq) y el GBq (109Bq).
La actividad disminuye exponencialmente con el tiempo. Cuando la actividad se reduce a la mitad de la que ten�a en un cierto instante de tiempo, hablamos de la vida media del material, que para el ejemplo ilustrado es de 6 horas. Los is�topos radiactivos o radiois�topos (n�cleos de un elemento con igual n�mero de protones y diferente n�mero de neutrones) tienen vidas medias que van desde millon�simas de segundo hasta miles de millones de a�os; la vida media es una caracter�stica que los distingue.
Si la actividad al tiempo cero (tiempo inicial) es R0, la variaci�n de ella respecto al tiempo queda expresada por:
donde l es la constante de desintegraci�n caracter�stica para cada radiois�topo.
Considerando que para t = T 1/2 (vida media) se cumple que R = R0/2 llegamos a:
El tiempo de vida media 
,
est� definido como el rec�proco de la probabilidad de desintegraci�n por unidad
de tiempo, es decir:
Si la vida media era de 6 horas, el tiempo de vida media es de 8.65 horas.
Es importante comprender que si tenemos N �tomos radiactivos, cada n�cleo tiene cierta probabilidad de desintegrarse, pero no hay forma de conocer por adelantado cu�les se desintegrar�n en un cierto intervalo de tiempo: algunos permanecer�n sin desintegrarse por largo tiempo mientras que otros lo har�n en segundos, de manera que la vida media es un promedio.
La mayor parte de los elementos radiactivos encontrados en la naturaleza son miembros de cuatro series radiactivas, cada una formada por una sucesi�n de productos o hijos que proceden de un solo elemento al cual se conoce como padre. As� los n�cleos radiactivos cuyos n�meros de masa son m�ltiplos enteros de 4 forman la serie del torio al desintegrarse y disminuir su n�mero de masa.
En el cuadro II se muestran las cuatro series radiactivas.
La vida media el Neptunio es tan corta comparada con la edad del Universo, que actualmente los miembros de esta serie no se encuentran en la naturaleza, se conocen porque se ha logrado producirlos en el laboratorio bombardeando con neutrones de n�cleos m�s pesados.
Los n�cleos radiactivos m�s usados en medicina nuclear, as� como sus caracter�sticas, se muestran en el cuadro III, los elementos de este cuadro se usan tanto en investigaci�n como en diagnosis y terapia.
Existen aproximadamente mil radion�clidos, la mayor parte hechos por el hombre.
Los elementos pesados tienen m�s radiois�topos que los ligeros; por ejemplo,
el yodo tiene 15 radiois�topos conocidos mientras que el hidr�geno tiene s�lo
uno (�H). Un radion�clido puede identificarse por su radiactividad, por el tipo
y por la cantidad de energ�a de sus part�culas o rayos emitidos.
Los s�mbolos para los radion�clidos han variado en el tiempo, ahora la convenci�n
es que el �ndice superior izquierdo es el peso at�mico, mientras que el inferior
es el n�mero at�mico, por ejemplo, 
es un �tomo de yodo radiactivo con 131 protones y neutrones, mientras que el
es el
yodo estable, con 4 neutrones menos.
La m en 
significa "metaestable", es decir "medio estable". Un radion�clido metaestable
decae emitiendo s�lo radiaci�n gamma, y sus hijos difieren de los padres s�lo
por la energ�a de radiaci�n emitida. Por ejemplo, el
decae para formar el 
emitiendo un rayo gamma de 140 KeV, energ�a muy usada en la medicina nuclear.
En medicina, las sustancias radiactivas se utilizan en cantidades muy peque�as (del orden de microgramos), para no afectar el funcionamiento fisiol�gico normal del cuerpo. Se introducen en el organismo ya sea en forma oral o por medio de inyecciones. Se prefieren los radion�clidos emisores de radiaci�n gamma ya que debido a su penetrabilidad pueden detectarse desde fuera del cuerpo.
La mayor parte de las emisiones de elementos radiactivos son part�culas beta y rayos gamma. Como las part�culas beta no son muy penetrantes, el cuerpo las absorbe f�cilmente y en general su uso en diagnosis es reducido. Sin embargo, algunos radion�clidos emisores de part�culas, tales como 3H y 14C son importantes en la investigaci�n m�dica.
32P se usa en el diagn�stico de tumores en el ojo, porque algunas de sus part�culas beta tienen suficiente energ�a para salir de este �rgano. La mayor�a de los procedimientos de diagn�stico cl�nico usa fotones de alguna clase, generalmente conocidos como rayos gamma.
Un tipo de desintegraci�n que ocurre s�lo en los radion�clidos hechos por el hombre es la emisi�n de un positr�n o part�cula+. Asociada a esta emisi�n existe la radiaci�n de aniquilaci�n: despu�s de que el electr�n se ha detenido, se aniquila con un positr�n. La energ�a equivalente de sus masas (511 KeV de cada uno) en general se emite como dos fotones de 511 KeV. La radiaci�n de aniquilaci�n viaja en direcciones opuestas.
Para determinar la cantidad de radiaci�n en el cuerpo se usan diferentes tipos de detectores de acuerdo con el tipo de radiaci�n emitida.
Un tubo fotomultiplicador (PMT por sus siglas en ingl�s) es el
detector adecuado para medir radiaci�n gamma, que es la m�s usada en medicina
nuclear. El principio de la operaci�n del PMT se muestra en la figura 26. Al
incidir un fot�n en el fotoc�todo, que es un cristal de yoduro de sodio dopado
con talio, por ejemplo, desprende un electr�n que es acelerado a una placa llamada
dinodo, provocando el desprendimiento de m�s electrones, los cuales son acelerados
a un segundo dinodo que se encuentra a un potencial el�ctrico m�s positivo que
el primero. Para lo anterior se requiere una fuente de poder. Este proceso se
repite varias veces, de modo que ocurre una multiplicaci�n de electrones de
106 veces desde el fotoc�todo hasta el �nodo. Casi toda la radiaci�n
gamma emitida por el 
es absorbida por un cristal de Nal:Tl con un espesor del orden de 1 cm.
Figura 26. Secci�n transversal de un tubo fotomultiplicador.
El detector de centelleo, que se muestra diagram�ticamente en la figura 27,
es usado con frecuencia en medicina nuclear. Como el detector de Nal:T1 es muy
sensible, debe ser protegido de la radiaci�n ambiental o radiaci�n de fondo,
por lo que est� cubierto por una armadura de plomo de 5 cm o m�s de espesor
por todos lados, excepto por una abertura que es la colimadora por donde recolecta
informaci�n. La intensidad de centelleo producida en el cristal es proporcional
a la energ�a de la radiaci�n gamma detectada. Los electrones emitidos en el
fotoc�todo del PMT producen un pulso el�ctrico a la salida, que
es amplificado y medido en un analizador de altura de pulsos (PHA) donde
se determina la energ�a del rayo gamma que lo caus�. El analizador de altura
de pulsos consta de dos discriminadores, uno para pulsos m�s altos que un cierto
l�mite y otro para aquellos m�s peque�os que una cierta medida dada. La diferencia
de energ�a entre el l�mite superior y el inferior es llamada la "ventana" del
analizador. Todos los pulsos en la ventana son pasados a un contador; esto se
ilustra en la figura 28.
Algunas veces resulta de inter�s conocer la distribuci�n de la altura de los
pulsos, lo cual puede hacerse con un analizador multicanal (MCA) el cual separa
los pulsos de acuerdo con su altura en 256 o 512 grupos. La figura 29 es un
espectro t�pico de un detector de centelleo obtenido con un analizador multicanal,
y corresponde a una fuente de radiaci�n gamma 
que emite principalmente a 140 KeV.
Otro detector de radiaci�n gamma muy usado, es el detector de estado s�lido.
Su principio es muy simple: el semiconductor act�a como un aislante, no permite
que fluya la corriente hasta que la ionizaci�n se lleva a cabo en todo su volumen,
y en general se mantiene a baja temperatura para minimizar la corriente producida
por la activaci�n t�rmica de los electrones. Cuando un rayo gamma se absorbe
produce un gran n�mero de pares i�nicos, haciendo la resoluci�n de este detector
mucho mayor que la del tubo fotomultiplicador.
Figura 28. Pulsos de un sistema detector de centelleo. La "ventana" est�
definida por los discriminadores superior e inferior, s�lo los pulsos que caen
dentro de ella son tomados en cuenta.
Figura 29. Espectro de altura de pulsos obtenido con un analizador multicanal
a partir de un detector de centelleo. La fuente es 
que emite rayos gamma de 140 KeV. El ancho del pico de energ�a total es del
orden de 30 KeV.
En la mayor�a de los estudios cl�nicos es importante detectar la radiaci�n de una parte limitada del cuerpo, para esto se usan protectores de plomo que cubren aquellas partes que no se desea registrar; en algunos casos se cubre todo el cuerpo, excepto por alg�n agujero o rendija, aquello que presenta inter�s para el m�dico.
Han sido desarrolladas varias pruebas con material radiactivo, in vitro e in vivo. Las pruebas in vitro no ocasionan ning�n riesgo para el paciente, mientras que las in vivo s�. Por ejemplo, una de las medidas m�s simples en cl�nica es la medida del volumen de sangre que tiene el paciente, sobre todo si �ste ha sufrido una p�rdida debido a un accidente o una intervenci�n quir�rgica; para esto se inyecta en una vena un volumen V de alb�mina marcada con 131I y se toma el n�mero de cuentas por segundo que emite el material, transcurridos unos 15 minutos se mide la radiactividad existente en un volumen V igual de sangre extra�da; el volumen total de sangre est� dado por el volumen V multiplicado por la diferencia del n�mero de cuentas por segundo. Si a un paciente se le administran 5 ml de alb�mina marcada con 131I con una actividad de 105 cuentas por segundo y 15 min despu�s en 5 ml de sangre se leen 102 cuentas por segundo, el volumen total de sangre es de 5 ml (103), es decir 5 000 ml.
La mayor parte de los estudios hechos in vivo involucran im�genes. Los dispositivos m�s usados para producirlas son el scanner (dispositivo de barrido) y la c�mara gamma. El scanner cuenta con un detector de radiactividad que es un cristal de NaI:Tl, el cual se mueve en l�nea recta sobre el �rea de inter�s, haciendo un registro constante de la cantidad de radiactividad, con esto se va formando un mapa de la distribuci�n de la radiaci�n en el cuerpo que se lleva a una placa fotogr�fica o se imprime en papel con ayuda de un dispositivo electr�nico dise�ado para ello (el diagrama se muestra en la figura 30). La intensidad de radiaci�n detectada se traduce ya sea en color o en intensidad de las marcas producidas; los datos producidos tambi�n pueden ser registrados en una cinta magn�tica disco y ser analizados por una computadora; el tiempo de barrido para producir la imagen es del orden de 30 minutos, lo cual en algunos casos representa una ventaja para el paciente.
El diagrama de la c�mara gamma se muestra en la figura 31; al igual que el
scanner, consta de un cristal detector de Nal:Tl, pero de un di�metro
muy grande, entre 30 y 45 cm. Los centelleos registrados pasan por cables de
luz y son electr�nicamente procesados para determinar las coordenadas (x, y)
del centelleo. Los circuitos electr�nicos deflectan un haz de electrones en
un tubo de rayos cat�dicos para provocar que una luz brillante aparezca en el
tubo en una localizaci�n correspondiente a (x, y). Esta informaci�n puede quedar
grabada en una placa fotogr�fica o en una cinta de computadora y ser procesada
por ella. El tiempo en el que una c�mara gamma construye una imagen o gammagrama
es del orden de 1 a 2 minutos, por lo que resulta ser de gran utilidad para
obtener informaci�n sobre procesos din�micos.
Figura 30. Principio del scanner rectil�neo, los circuitos electr�nicos est�n configurados por las componentes usadas generalmente con el detector de centelleo adem�s de los controles para el scanner mec�nico y para ajustar la intensidad de la l�mpara.
Lo que puede ser detectado, depende del tipo de material radiactivo que se use. Para huesos deben usarse iones que puedan introducirse y queden atrapados en ellos. Si el problema es en ri�ones o cerebro, deben utilizarse los iones radiactivos adecuados para cada caso.
Tambi�n en terap�utica se usa la radiactividad. Para c�ncer de tiroides o para tiroides hiperactiva se puede suministrar 131I por v�a oral, para cicatrices queloides la radiaci�n con 66Co evita el crecimiento de la cicatriz, en caso de sobreproducci�n de gl�bulos rojos puede usarse 32P etc�tera.
Sin embargo, sabemos que el uso de la radiactividad tambi�n presenta riesgos
para la salud, es un arma de dos filos, y mal administrada puede ocasionar problemas
irreversibles como c�ncer, esterilidad, mal funcionamiento, etc�tera.
Figura 31. Componentes de una c�mara gamma. El procesador de se�ales determina
la localizaci�n (x, y) del centelleo y provoca que aparezca un haz de luz en
la localizaci�n correspondiente (x, y) registrada sobre la placa fotogr�fica.
