T14. GAMMACAMERA

6.-  Análisis de energía. ¿Que elemento del sistema es sensible a la energía? Por cierto, ¿la energía de qué? ¿Qué utilidad tiene medir esa energía? ¿Contribuye a la imagen de alguna manera?

El cristal de centelleo es el primer elemento que aprecia los rallos gamma emitidos por el radiofarmaco. Los tubos fotomultiplicadores son los que reciben la energía, la multiplican y la trasforma en un pulso electrónico para ser procesada por la placa electrónica integrada.

La energia es importante medirla con el fin de obtener una relación optima del señal-ruido. Para ello, primero se seleccionará el radioisotopo; cuanto mayor energía tenga el radioisotopo, mejor es la resolución espacial y energética. Lo ideal seria seleccionar radioisotopos que tengan una energía cercana e inferior a 200 keV ya que a partir de este valor tienen una sensibilidad muy pequeña y por muy debajo de este valor aumenta mucho el ruido. Una vez seleccionado el radioisotopo se seleccionarà la ventana de energía. Interesa que esta ventana sea lo mas estrecha posible para disminuir el ruido lo máximo posible. El discriminado de energía lo que hace es calcular la energía depositada por cada foto y si el valor de la energía se encuentra dentro de los valores de la ventana lo acepta y realiza el siguiente calculo:

En caso contrario, descarta esta señal. Con este método lo que se pretende es disminuir el ruido y quedarnos con las señales que nos interesan. Por tanto, la imagen que se obtiene tendrá menos ruido.

T12. RMN

Buscar (a ojo) las frecuencias de resonancia (Freq.) para distintos valores del campo externo (B0). ¿Influye la intensidad del campo B1?

La intensidad del campo B1 no influye en la frecuencia de resonancia, por lo que se ha mantenido constante a 1 mT durante todo el ejercicio. Por otra parte, la intensidad del campo B1 sí que influye en la amplitud de la oscilación.

A continuación se muestra una tabla con las frecuencias de resonancia encontradas para diferentes campos B0

B1 (mT)	B0 (mT)	freq B1 (Hz)
1	0,5	0,25
	1,5	0,35
	2,5	0,45
	3,5	0,55
	4,5	0,60

¿Que relación hay entre Freq. y B0 (lineal, inversa, cuadrática, ...)?

Con los datos anteriormente hallados, se ha trazado una gráfica para ver la relación que existe. Como se puede ver, la relación entre la frecuencia de resonancia y el campo externo B0 es lineal.

¿Cuadra eso con lo que habíamos visto en "teoría" (transp 18 del pwp de aquí)?

En dicha transparencia se cita la siguiente relación entre la frecuencia de resonancia y el campo externo:

Como se puede deducir de la ecuación, la relación es directamente proporcional entre la frecuencia de resonancia y el campo externo B0.

Si ahora se quita el campo B1 y se sustituye por la bobina (coil) ¿qué ocurre en ella?

El osciloscopio empieza a estabilizar y la bobina recoge la señal sinusoide amortiguada (fenómenos de la desexitacion)

¿Qué magnitudes de la señal de radiofrecuencia aplicada determinarán el ángulo de desplazamiento de la magnetización?

El ángulo de desplazamiento α está determinado por la intensidad de del campo B1 y el tiempo de aplicación.

T13. RMN (Ejercicio en grupo)

Nicholas Baracchini y Aritz Sanz

¿Calidades de imagen que se obtienen? ¿Resoluciones espacial y temporal?

Factores responsables de la calidad de la imagen:

• relación señal/ruido (S/R);  
• relación contraste/ruido (C/R);
• resolución espacial; 
• tiempo de adquisición de la imagen (T.A).

Señal/Ruido (S/R)

Representa la relación entre la amplitud de la señal recibida por la antena y la medida de la amplitud del ruido, que a su vez es recogido por la misma. 

Parametros che influyen en la S/R:

• densidad de protones en el area de estudio: determina la amplitud de la señal recibida;
• volumen del voxel: unidad tridimensional de una imagen con 3 ejes, 2 forman el pixel (area pixel = dimension FOV/tamaño de matriz) y el tercero constituye el grosor de corte;
• TR: controla la recuperación de la magnetización longitudinal antes de enviar el próximo pulso de RF (TR largo ----> mejor señal);
• TE: determina la caida o perdida de la magnetización que se produce en el plano trasversal antes de recoger el eco de la señal (TE corto -----> señal pequeña)  
• FA: el angulo determina la cantidad de magnetización que se genera en el plano transversal;
• numero de adquisiciones o excitaciones: representa el numero de veces que se repite la recogida de datos, si aumenta este parámetro se incrementa S/R;ancho de banda de recepcion (BW): constituye la frecuencia de muestreo del eco, que e recoge durante la aplicación del gradiente de lecture;
• tipo de bobina.

Contraste/Ruido (C/R)

Representa la diferencia de señal entre dos áreas adyacentes (en una escala de grises) y los parámetros que intervienen en la relación C/R son:

• TR,TE,TI, FA y factor turbo de acceleration en sec. rapidas;
• flujo;
• tiempo de relajación T1, T2 y DP de los tejidos.

Resolución espacial

Es la capacidad para demostrar en la imagen estructuras anatómicas de pequeño tamaño , determinada por el tamaño del voxel. Los parámetros que intervienen son:

• grosor de corte: < grosor de corte ----> mejor resolución;
• campo de vision (FOV): < FOV -----> mejor resolución;
• matriz de imagen: > matriz -----> mejor resolución;

Tiempo de adquisición de la imagen (T.A)

El movimento del paciente deteriora la imagen, entonces mas TA implica una major posibilidad de afectar a la imagen. Los parámetros que intervienen son:

• TR: < TR ----> < T.A;
• n° de codificación de fase: empleando el FOV reducido en dirección de fase se reduce el T.A;
• n° de adquisiciones o excitaciones;
• tiempo de lecture del eco

TABLA DE RESUMEN:

REFERENCIAS:
- https://es.slideshare.net/delacamaraegea/calidad-imagen-en-resonancia-magntica
- https://es.scribd.com/doc/308932832/Calidad-de-La-Imagen-en-Resonancia-Magnetica

T11. MRI

¿A qué energías de un fotón corresponderían las diferencias de energía entre los estados del protón para valores típicos de campo magnético usados en RMN?

Para la resolución de esta cuestión utilizamos la ecuación de Larmor que pone en relación la frecuencia angular con el campo magnético:

Desde que:

Datos:

   B= 1 [T] = 1 [kg/Cs]

   𝛾 = 2,79 [C/kg]

   h= 4,1356*10^(-15) [eV/s]

   

   ----> Frecuencia de Precisión:  f=0,444 [Hz]

            Energia:  U= h*f = 1,836*10^(-15) [eV]

Usando la ecuación de Planck-Einstein con f=100 [MHz]:

E=4,1356*10(-7) [eV]

T10. Toshiba CTs

Características de Aquilion ONE:

• Detectores de 0,5 mm que permiten cortes ultrafinos consiguiendo así una gran discriminación de detalles
• Capaz de realizar 640 cortes en tan solo 275 ms. Ello permite un examen muy preciso y ultrarápido.
• Escanea el 95 % del corazon con una dosis inferior a un mSv permitiendo detección de arritmias y análisis de la percusión del miocardio
• Los fotodetectores son un 20% más eficientes (reducción de la dosis del 20%)
• Algoritmo de reconstrucción 3D AIDR
• Eficiente y ultrarápido algoritmo de reconstrucción 3D
• Computa 50 frames por segundo
• Se ejecuta de manera automática en todos los escáneres
• Calcula la dosis requerida de manera automática
• Permite reconstrucciones con muy baja dosis
•  La reconstrucción es iterativa
• Filtros híbridos de reducción de ruido

Características de Aquilion Prime:

• Capacidad de realizar entre 80 y 160 cortes por vuelta
• Ocupa poco espacio
• Posibilidad de análisis funcional con dosis muy bajas.
• Equipado con el algoritmo de reconstrucción AIDR 3D
• Mesa camilla de 300 Kg para evitar que posibles vibraciones muevan al paciente y afecte a la calidad de la imagen

Características de Astelion:

• Entre 16 y 32 cortes de 0.5 mm por vuelta.
• Mantienen la calidad de imagen a pesar de:
• Dosis muy reducida
• Equipo enfocado a reducir el CO2 (Bajo consumo eléctrico)
• Algoritmo AIDR integrado (reduce la dosis por escaneo en un 75%)
• El calor probocado por el tubo es de 7.5 Mega Heat Units
• Un calor excesivo puede dañar el tubo
• Afecta de manera negativa al resultado final especialmente en un CT helicoidal.
• El generador eléctrico es de 75 kW

• Hecho en un 95 % de materiales reciclados.

Entonces, las principales diferencias entre los tres modelos tienen que ver con:

1. el numero de celdas del detector;
2. la cantidad de dosis recibida;
3. el destino de los equipos: el primer parece ser un equipo destinado a los servicios de urgencias, el segundo esta optimizado para salas pequeñas y el tercero esta diseñado teniendo en cuenta la salud del paciente (bajas dosis) y el impacto ecológico del sistema.

T9. Tomografia Computarizada

Nicholas Baracchini y Francesco Missiroli

http://ibio2missiroli.blogspot.com/2017/11/t9.html?spref=bl

T8. Marie Curie y Monico Sànchez Moreno

Francesco Missiroli y Nicholas Baracchini

http://ibio2missiroli.blogspot.com/2017/11/t8.html?spref=bl

T7. SIMULADOR DE RAYOS X

Nicholas Baracchini y Francesco Missiroli

Se escoge como caso una radiografia de torax.
La radiografía de tórax es el examen de diagnóstico por rayos X más comúnmente realizado. Una radiografía de tórax genera imágenes del corazón, los pulmones, las vías respiratorias, los vasos sanguíneos y los huesos de la columna y el tórax. Un rayos X (radiografía) es un examen médico no invasivo que ayuda a los médicos a diagnosticar y tratar las condiciones médicas.

La toma de imágenes con rayos X supone la exposición de una parte del cuerpo a una pequeña dosis de radiación ionizante para producir imágenes del interior del cuerpo. La dosis típica de radiación en adultos de una radiografía de tórax es de alrededor de 0,02 mSv para una vista posteroanterior y de unos 0,04 mSv para una vista lateral.​

Según el esquema de la figura 1, para una radiografía de tórax la energía de  disparo debe ser de 120 KV. El voltaje de disparo determina la energía de los rayos X generados y, por tanto, la penetración de los mismos en el tejido y, en última instancia, el contraste final de la imagen. Es el principal parámetro a controlar para una buena calidad de la radiografía.

Figure 1. Energía de disparo para cada tipo de radiografía

Un aspecto también fundamental a la hora de realizar una radiografía es el tiempo de exposición o cantidad de fotones X que recibirá el paciente. El simulador únicamente predice la energía espectral del haz generado y recibido por el paciente. No contiene un selector de tiempo de exposición. Esto se realiza controlando la corriente en Amperios (Coulomb/s o 6.3x10^18 electrones/segundo). A mayor corriente, mayor número de electrones incidirán en el ánodo y mayor número de fotones X viajarán hasta el paciente (esto no varía la energía de cada fotón, solo la cantidad). Aumentando la corriente, se pretende reducir el tiempo de exposición, no para reducir la dosis absorbida por el paciente, sino para evitar que el movimiento de éste afecte a la calidad de la imagen.

Otros parámetros del simulador tienen que ver con el filtrado del haz X generado. Por norma, para una radiografía superior a 110kV se debe colocar un filtro de aluminio de 2,5 mm de espesor entre el sujeto y el tubo de rayos X. El Aluminio tiene un número atómico de 13 y una densidad de 2,7 gramos/cm^3.

Para este ejercicio se utiliza el simulador de Siemens, ya que permite superponer diferentes filtros y observar el espectro resultante.
En la figura 2 se muestra el espectro que recibe el paciente únicamente con el filtro de aluminio de 2.5 mm.

Figura 2.

Como filtro adicional (4 mm), se escoge en un primer caso el mercurio por ser un metal de alta densidad. Como se observa en la figura 3, el resultado es un espectro muy estrecho o monocromático.

Figura 3. 

Finalmente se logra un espectro muy estrecho combinando tres filtros de diferentes elementos: oro de 2.5 mm, mercurio de 2.5 mm y plata de 2.5 mm.

Figura 4.

T6. Preguntas Rayos X

Francesco Missiroli y Nicholas Baracchini

http://ibio2missiroli.blogspot.com.es/2017/10/t6.html?spref=bl

T5. Cuantificación y fuentes habituales de radiactividad

Nicholas Baracchini y Francesco Missiroli

Elegid dos fuentes de radiactividad (al menos), una natural y una artificial, y buscad los valores de actividad que poseen (o de dosis que producen). Comparado los posibles efectos biológicos de la exposición a esas fuentes.

FUENTE DE RADIACTIVIDAD NATURAL

Una de las fuentes naturales más importantes es la de los Rayos Cósmicos y los valores de actividad de estos rayos van a depender de la altitud (altura) a la que nos encontremos.

Los rayos cósmicos que alcanzan la atmósfera en su capa superior son principalmente (98%) protones y particulas alfa de alta energía. El resto está constituido por electrones y partículas pesadas ionizadas. A éstas se les denomina particulas primaria.

Estas partículas cargadas interaccionan con la atmósfera y el campo magnético terrestre, se convierten en particulas secundaria (son producto de la interacción de las partículas primarias con la atmósfera) y se distribuyen de tal modo que, debido al campo magnético, la mayor intensidad de las partículas que alcanzan el suelo ocurre en los polos.

Por tanto, la componente de partículas que alcanzan el suelo varía según la altitud (a mayor altura, menos atmósfera con la cual interaccionar) y por la latitud (a mayor latitud, mayor cantidad de partículas desviadas por el campo magnético), y propician cierta variación con el ciclo solar (de 11 años).

Dosis tipica:

• La dosis normal debida a la radiactividad ambiente en la Tierra es de media 2.4 mSv por año, con diferencias apreciables entre países. A nivel del mar la contribución de los rayos cósmicos es de aproximadamente 0.3 mSv.
• La dosis típica recibida durante un vuelo transatlántico (Europa – América del Norte) debida a rayos cósmicos galácticos es de 0.05 mSv.

FUENTE DE RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL

La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible para el ojo humano, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas. Los actuales sistemas digitales permiten la obtención y visualización de la imagen radiográfica directamente en una computadora (ordenador) sin necesidad de imprimirla. La longitud de onda está entre 10 a 0.01 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 30000 PHz (de 50 a 5000 veces la frecuencia de la luz visible). 

En la siguiente tabla se ven las radiaciones recibidas por diferentes utilizos en campo medico de rayos X.

EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS RADIACIONES 

Como se puede ver de la tabla siguiente los efectos de la radiación natural y los de los rayos X son insignificantes por lo que atañe el daño a nivel biologico. 

La regulacion sobre el utilizo de rayos X se actuó en 1958 por obra de la ICRP (International Commission on Radiological Protection) que decidiò las dosis maximas permitidas para uso clinico en un año (50 mSv/year) así que no se puedan desarrollar efectos nocivos para el paciente.

Trabajo de documentación científica

https://drive.google.com/open?id=0B2y5SJR32c0EYnZSZGFYR0FCSU0

T3. Radiaciones

1.- Cuando se aniquilan un positrón y un electrón, ¿de qué energía son los dos fotones que se generan?

Si el proceso de aniquilación de un positrón y un electrón sucede a baja energia (a velocidades mucho menores que de la luz), se producirán 2 fotones emitidos en la misma dirección pero con sentidos opuestos, cada uno con una energia de 511 [keV], lo que coincide con las masas en reposo del electron y del positrón. 

Para calcolar la energia de un foton usamos la siguiente ecuación:

E=mc^2            

donde:

• m = masa del electron (9,11*10^(-31) [Kg])
• c = velocidad de la luz (≈ 3*10^(8) [m/s])
• E = 8,18*10^(-14) [J] ≈ 511 [keV]

elecron+positron -----> 2 fotones

2.- Con la intención de tener una idea cuantitativa de dónde está el límite de la rediación ionizante (dañina para las personas) vamos a buscar la energía de enlace de un enlace típico de la química orgánica (un C-H o algo similar) y ver de qué energía ha de ser un fotón para romperlo (que basta con pasar esa energía a las unidades habituales para fotones ¿no?)

Energia enlace C-H = 413 [kJ/mol]

E = 413[kJ/mol] / 6.022*10^(23) [1/mol] = 6.858*10^(-19) [kJ] = 4,28 [eV]

Utilizo la ecuación de Plank-Einstein:

E=hf

donde

• h = constante de Plank (4,13*10^(-15) [eV*s]); 
• f = frecuencia

------> f = E/h = 4,28 [eV] / 4,13*10^(-15) [eV*s] = 1,036*10^(15) [Hz]