Upload
nguyenkhanh
View
213
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Las nuevas tecnologías en la
Física Medica
Ing. Alejandro Arroyo D.
II CONGRESO NACIONAL DE FÍSICA
Las nuevas tecnologías en …
2
Cardiología
CardiologíaDe Wikipedia, la enciclopedia libre
Corazón
La cardiología es la rama de la medicina que se ocupa de las afecciones del corazón y del aparato circulatorio. Se incluye dentro de las especialidades médicas, es decir que no abarca la cirugía, aún cuando muchas enfermedades cardiológicas son de sanción quirúrgica, por lo que un equipo cardiológico suele estar integrado por cardiólogo, cirujano cardíaco y fisiatra, integrando además a otros especialistas cuando el terreno del paciente así lo requiere.
Cardiología
• Cardiología no invasiva– Electrocardiografía
• Convencional
• Monitoreo continuo de 24 horas (Test de Holter).
• Pruebas de esfuerzo (ergometría) – Convencionales
– Prueba de la mesa inclinada
– Sensibilizadas con fármacos
– Con medicina nuclear
– Monitoreo ambulatorio de la Presión Arterial (MAPA)
• Cardiología invasiva– Cateterismo cardíaco
– Angioplastia transluminal percutánea
– Electrofisiología cardíaca• Implantación de marcapasos
• Ablación trans-catéter de focos de arritmia
3
Electrocardiografía
Electrocardiógrafo (1)
• La primera grabación de potenciales eléctricos asociados al corazón la efectuó August DesireeWaller en 1887.
• Para su estudio empleo el electrómetro capilar inventado por el físico francés Gabriel Lippmannen 1873.
• El dispositivo utiliza la polarización y la tensión superficial generada en el interfase entre mercurio y acido sulfúrico.
• Efectuó grabaciones en material fotosensible que desplazo a velocidad constante.
4
Electrocardiógrafo (2)
• Entre 1893 y 1896 GeorgeBurch y WillemEinthoven desarrollaron métodos para calibrar y corregir las grabaciones obtenidas con el electrómetro capilar.
• Obtuvieron señales muy parecidas al ECG actual.
• La nomenclatura adoptada por ellos es la que se utiliza en la actualidad.
Electrocardiógrafo (3)
• Einthoven no estaba satisfecho con el desempeño del electrómetro capilar.
• En 1903 desarrollo el galvanómetro de cuerda.
• Consiste en un electroimán y una cuerda de cuarzo bañada en plata (la cuerda se movía 1 mmen sincronía con el ECG)..
• Un sistema de proyección y una lámpara de arco completaban el sistema.
5
Electrocardiógrafo (4)
• En 1934 uno de los
primeros
electrocardiógrafos
basados en tubos fue
desarrollado.
• La introducción de los
semiconductores permitió
el desarrollo de equipos
mas sensibles y compactos
a partir de 1960.
Electrocardiógrafo (5)
• En la actualidad, el electrocardiógrafo moderno emplea sistemas basados en microprocesadores.
• Utiliza el procesamiento digital de señales (DSP) para evaluar la morfología de la onda y sugerir un diagnóstico.
6
Desfibrilación y Cardioversión
Desfibrilación y Cardioversión
• La desfibrilación (DF) es el tratamiento de elección en caso de fibrilación ventricular (FV) o taquicardia ventricular sin pulso (TVSP) y la cardioversión (CV) es el tratamiento de las taquiarritmiascon repercusión hemodinámica.
• Ambas consisten en un choque eléctrico de alto voltaje, que provoca la despolarización simultánea de todas las células miocárdicas, brusca en la DF o sincronizada en la CV y permite, a partir de aquí, recuperar los latidos espontáneos y coordinados del corazón.
• Estas técnicas precisan de un material específico, consistentes en un desfibrilador (condensador de energía eléctrica), unas palas de contacto y una interfase del electrodo (medio conductor que permite el paso de la corriente a través de la piel).
7
Aparato de Charles Kite (1788)
Aparato desarrollado por el
Dr.Charles Kite para revivir a
personas “Aparentemente
Muertas” (usualmente
Ahogados) Cuenta con todos
los componentes vitales de un
moderno Desfibrilador
Desfibriladores
•1947: Primer prototipo de desfibrilador.
1955: Primer desfibrilador basado en corriente alterna.
8
Desfibriladores Modernos
• Incluyen un monitor de ECG incorporado.
• Operan a baterías o conectados a la red.
• Hacen descargas de tipo bifásicas.
• Cuentan con protocolos de descarga.
• Pueden tener sistemas que recomiendan descarga.
• Pueden enviar signos vitales al centro hospitalario.
Sistema de Transmisión
Computadora Centro de Control
o Cuarto de Urgencias
Red Telefónica
GSM / Satélite
Bluetooth
Línea Telefónica
Conexión
Directa
Ambulancia con
Defibrilador
Desfibrilador
Desfibrilador
• Notificación vía e-mail
• SMS
• Beeper
• Envio a Fax
9
ECG de 12 derivaciones
Descarga de Desfibrilador
10
Desfibriladores Automáticos
• Aeropuertos
• Escuelas
• Centros Comerciales
• Aviones
Generadores de Pulso
(Marcapasos)
11
Generador de Pulsos (1880)
Generador de Pulsos en base a una pila de Volta (Mercurio y cobre) conectada a un Metrónomo utilizado originalmente para medir el tiempo en que un músico debía de interpretar una melodía. Este servia como un interruptor de paso, con lo cual se formaba un pulso de estimulación.
El Marcapaso de Hyman (1932)
También conocido como el
Marcapaso del “Crank”, fue el 1er
marcapaso compacto, que podía
entregar pulsos a frecuencias de
30, 60 y 120 ppm. No fue bien
recibido por considerarse una
“Charlatanería”
12
El Marcapaso de Zoll (1950)
El Marcapaso del Dr. Paul
Zoll era externo y
eliminaba el uso de agujas
trans-torácicas pero los
electrodos de superficie
provocaban una
contracción muscular en
todo el tórax lo cual era
una gran desventaja.
El Marcapaso de Tubos al Vacío
(1952)
Marcapaso Externo
con Monitor
alimentado en Línea
mediante un cable
de 10 mts. En
paciente con
bloqueo post-
Cirugía a Corazón
abierto.
13
Marcapaso Externo de Earl Bakken
(1957)
Marcapaso Externo a base de
Transistores y accionado con
una pila de 9 V, ligero y
apropiado para una
estimulación por largo plazo.
Desarrollado por el Ing. Earl
Bakken, para ser usado en
pacientes post cirugía CV y
desarrollado a petición del
Dr. Walton Lillehie
Marcapaso Implantable
Greatbatch-Chardack (1960)
Marcapaso Definitivo Asíncrono conectado a un cable Epicárdico de Hunter-Roth con 10 baterías de Mercurio-Zinc, inmerso en resina epoxy y recubierto de hule de silicón.
14
Marcapaso Externo (1966)
Marcapaso Externo
Asíncrono a base de
Transistores y accionado
con una pila de 9 Volts,
con dos controles de
Salida y de Frecuencia,
así como un indicador de
estimulación e interruptor
de seguridad.
Marcapasos Implantables Asíncronos y
de Demanda (1970 - 1973)
Marcapasos definitivos
con 2-4 y 6 baterías de
Hg-Zn recubiertos en
resina Epoxy con
duración de 3.5 años
VOO y VVI. Primer
marcapaso recubierto
con Titanio con control
de Frecuencia y
duración de 4 años.
15
Marcapaso Definitivo VVI (1974)
Marcapaso de circuito Híbrido (CI y
4 componentes discretos, con baterías
de Hg-Zn y una duración de 6 Años,
programable en 4 funciones.
Ensamble de Marcapaso (1980)
Ensamblado de Marcapaso
con sistema bi-direccional de
comunicación por telemetría,
con batería de I-Li,
longevidad de más de 10 años
multi programable hasta en
65,000 posibles
combinaciones de
programación, con cubierta de
Titanio y 45 grs.
16
Marcapasos Actuales
Chips digitales Bi-CMOS, VVI
/ DDI de I-Li y longevidad 10
Años + con un universo de
miniaturización de 12 Micras.
El Interior del Corazón
Contiene cuatro Cámaras separadas y
distintas, las cuales se contraen y relajan a
medida que expelen y reciben sangre
La Anatomía también se refiere al corazón
como Izquierdo y Derecho contando cada
lado con una “Aurícula” y un “Ventrículo”
La sangre circula de las cámaras superiores
(Aurículas) a las Inferiores (Ventrículos)
El flujo de sangre entre Aurículas y
Ventrículos esta regulado por las Válvulas
“Auriculoventriculares”
La Válvula situada entre la A y V derechos es
la Válvula “Tricúspide” y la del lado Izquierdo
es la Válvula “Mitral”
El Lado derecho y el Izquierdo están
separados por el “Septum” o “Tabique
Septal”
La acción de contracción y relajación de A y
V se realiza de manera alternada. A la
Contracción auricular se produce una
relajación Ventricular
17
El Sistema de Conducción
El sistema especial que ayuda al corazón a
funcionar emitiendo un pulso eléctrico dentro del
corazón es el “Sistema de Conducción”
Este sistema tiene como elemento principal el Nodo
Sinusal o SA, que es un grupo especializado de
células situado en la pared superior de la A.D.
El Nodo SA recibe instrucciones del Sistema
Nervioso Central Autónomo, del sistema
Hormonal y de la Química del Oxigeno para
determinar la frecuencia cardíaca a la cual deberá
de producir el pulso eléctrico
El Nodo SA “descarga” impulsos eléctricos en un
rango que va de 60 a 100 lpm. Se le conoce
también como el Marcapaso Natural
El Nodo SA es el grupo con mayor “Automatismo”
de las células cardíacas, las cuales también tienen
esta característica pero en menor grado, por eso el
SA es le dominante.
El tejido del sistema de conducción conduce a una
velocidad de 3 a 5 metros x segundo, mientras que
las células cardíacas conduce de 1 a 3 mts x seg.
En circunstancias anormales cualquier otra célula
del corazón puede tomar el mando y determinar la
frecuencia Cardíaca; a estos puntos que originan el
estímulo se les conoce como “Focos Ectópicos”
Ritmo Sinusal Normal Ritmo Sinusal Normal
La conducción
del latido
sinusal que
muestra la
sincronía AV
*Animación
18
Tipos de Estimulación
Sistema de Estimulación
19
Posición I II III IV V
Categoría Cámara Cámara Respuesta Programabilidad FuncionesEstimulada con Sensibilidad a Eventos sentidos Modulación de la Antitaquiarrítmia
Frecuencia
0 = Ninguna 0 = Ninguna 0 = Ninguna 0 = Ninguna 0 = Ninguna
A = Aurícula A = Aurícula T = Disparado P = Programable Simple P = Estimulación
V = Ventrículo V = Ventrículo I = Inhibido M = Multiprogramable S = Descarga (Shock)
D = Doble (A + V) D = Doble (A + V) D = Doble (T + I ) C = Comunicación D = Doble (P + S)
R = Modulación de la Frecuencia (Sensor)
Designación S = Sencillo S = Sencillo solamente del (A o V) (A o V)Fabricante
Nota: Las posiciones de la I a la III son utilizadas exclusivamente para la función Antibradiarrítmia.De Bernstein, A.D. et al, PACE, Vol. 10, Jul-Ago. 1987
Código Genérico NASPE/BPEG
VOO.- Estimulación de una sola cámara (Ventrículo)a una frecuencia programada sin sensibilidad a eventos intrínsecos del paciente
AOO.- Estimulación Unicameral en la Aurícula a una frecuencia programada sin sensibilidad ni sincronía alguna
Modo Asíncrono ( VOO/AOO )
Innovation is in our genes.
1 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
TOMOGRAFIA POR EMISION DE POSITRONES
PET
Física y Aplicaciones
II Congreso Nacional de Física
Mario Rodriguez
Innovation is in our genes.
2 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Imágenes Funcionales vsImágenes Anatómicas
PET, SPECT CT, Resonancia Magnética
Muestra la extensión de la enfermedad
Detecta cambios en la estructura y tamaño de un órgano
Útiles para monitorear tratamientos y evaluar su efectividad
Simplemente confirma la presencia de masas
Revela la enfermedad en etapas más tempranas
Puede diferenciar si una masa es benigna o maligna
Detecta anormalidades ntes que ocurra un cambio en la anatomía
Innovation is in our genes.
3 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Un poquito de historia
En 1975 se fabricó el primer equipo de PET comercial
Hasta 1990 su uso fue casi exclusivamente en sitios de investigación
En 1990 se estableció el uso del PET como herramienta clínica, con aplicaciones en Oncología
Innovation is in our genes.
4 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
El principio básico de PET
1. Trazador emisor de positrones es inyectado en el cuerpo
2. Positrones emitidos (β+) viajan 1 – 3 mm
3. Positrones chocan con electrones (β-) causando una “anilacion”
4. La anilacion emite energia en forma de dos fotones de 511 keV volando a ~180 grados el uno del otro
5. Los fotones son detectados por detectores de centelleo opuestos
6. Se usa la discriminacion de energia para asegurarse que cada foton es de ~511 keV
7. La discriminacion temporal se utiliza para asegurarse que los fotones provienen de la misma anilacion. De esta forma se garantiza la exactitud en la localizacion del trazador
1
2
3
4
4
5
5
6
6
7
Innovation is in our genes.
5 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Detección en COINCIDENCIA
Innovation is in our genes.
6 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Eventos Verdaderos
∆E energy window
∆E energy window
Eventos VerdaderosActividad Inyectada∝
� Una anilacion
� Energía de los fotones dentro de la
ventana de discriminacion de energía
� Detección de los fotones dentro de la
ventana de coincidencia
Innovation is in our genes.
7 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Eventos Accidentales
� Dos anilaciones� Energía de los fotones dentro de
la ventana de discriminacion de energía
� Detección de los fotones dentro de la ventana de coincidencia
Eventos AccidentalesActividad Inyectada 2∝
Innovation is in our genes.
8 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Reducción de Eventos Accidentales
Parametro relevante:
� Ventana de coincidencia
Ventana de coincidencia
Even
tos a
ccid
en
tale
s
12 ns
6 ns
4.5 ns
Innovation is in our genes.
9 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Eventos Dispersados
� Una anilación
� Detección dentro de la ventana de coincidencia
� Pérdida de energía debido a la dispersión
� Sin embargo la eneriía aún esta dentro de la ventana de energía
La fracción de fotones dispersados depende del objeto
Innovation is in our genes.
10 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Espectro de energía para eventos detectados en PET y reducción de la fracción de dispersión
Los eventos en PET están distribuidos a través de un rango de energía, es decir, no todos los eventos tienen exactamente 511 keV. La fraccion de dispersion se reduce con la ventana de energía.
350 – 650
Ventana de energía
425 – 650
Co
nte
o
Energía (keV)
0 100 200 300 400 700600500
Fotones dispersados
Fotones de 511 keV
BGO
LSO
Innovation is in our genes.
11 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Reconstrucción de la Imagen
Innovation is in our genes.
12 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Detectores utilizados en PET
Innovation is in our genes.
13 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Emisores de Positrones
Núcleo rico en
protones
ν++→ +− eYXA
Z
A
Z 1
Innovation is in our genes.
14 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Radioisótopo Vida Media (min)
11C 21
13N 10
15O 2
18F 110
Emisores de Positrones
Innovation is in our genes.
15 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Radiofarmacia en PET
Innovation is in our genes.
16 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Cómo se produce el FDG?
Innovation is in our genes.
17 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Que se puede detectar con PET?
Innovation is in our genes.
18 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Enfermedades en las arterias coronarias
PET tiene la capacidad única de diferenciar si el músculo
cardíaco de un paciente se puede beneficiar de una cirugía de
la arteria coronaria para implante de un bypass
Innovation is in our genes.
19 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Enfermedades en las arterias coronarias
Las flechas muestran tejido muerto: no hay beneficio con un bypass
Corazón normal
Innovation is in our genes.
20 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Tumores
PET tiene mucha precisión diferenciando entre tumores benignos y malignos, así como también mostrando el grado de extensión anatómica de los tumores malignos. PET ayuda a detectar tumores de cerebro recurrentes, tumores de pulmón, colon, mamas, nodos linfáticos piel y otros órganos. Información obtenida del PET puede ser usada para determinar qué tipo de tratamiento o combinación de tratamientos es más adecuado para tratar exitosamente un tumor
Innovation is in our genes.
21 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Tumores (Cáncer de mamas)
Cáncer de mamas que no fue detectado con las técnicas convencionales de imágenes (CT, Resonancia, mamografía)
Otra vista de la misma paciente. A través de una biopsia se encontró que los nódulos linfáticos estaban en metástasis
Innovation is in our genes.
22 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Cerebro
PET puede proveer información para evaluar disfunciones del cerebro. PET puede mostrar la región del cerebro que causa los ataques cerebrales. Además es útil evaluando enfermedades degenerativas del cerebro como Alzheimer, Huntington y Parkinson.
Innovation is in our genes.
23 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Cerebro
Cerebro normalCerebro de una niña de 9 años con una historia de ataques de epilepsia muy frecuentes. La flecha muestra el área responsable de los ataques. Una intervención quirúrgica paró los ataques
Innovation is in our genes.
24 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
PET-CT
Necesidad de tener ambas juntas: imágenes anatómicas e imágenes funcionales
Estudio con FDG: Pulmón o Vertebras?
Estudio con 124I: Hueso o tejido suave?
Innovation is in our genes.
25 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Solución vía software o hardware
-Movimiento interno de los órganos
-Inconveniente para el paciente ya que son dos estudios separados los que hay que realizar
-El alineamiento del paciente debe ser sumamente preciso, lo cual es muy difícil lograr
-Resuelve todas las dificultades anteriores
-Las imágenes están listas inmediatamente
-Pero, la corrección para la atenuación de los fotones del estudio de PET es el reto principal para los Físicos Médicos
Innovation is in our genes.
26 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Primer prototipo PET-CT
David Townsend, Físico Médico de la Universidad de Pittsburg presentó en 1998 el primer prototipo hibrido PET-CT. Esto lo logró con SIEMENS
Innovation is in our genes.
27 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Corrección de atenuación vía CT
Innovation is in our genes.
28 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
Del prototipo al BIOGRAPH
Innovation is in our genes.
29 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
PET-CT en Radioterapia
Innovation is in our genes.
30 Siemens Medical Solutions Molecular Imaging
PET-CT en Radioterapia