Universidad
Politécnica de Madrid

06.06.16

Desarrollar una nueva generación de escáneres médicos específicamente concebidos para el examen de órganos concretos es el objetivo del proyecto Endo TOFPET-US, un consorcio internacional iniciado por el CERN y que bajo su coordinación técnica utiliza los últimos avances conseguidos en detectores del área de física de altas energías para mejorar la calidad de imágenes médicas nucleares, en particular, de la modalidad conocida como tomografía por emisión de positrones (cuyo acrónimo PET proviene del equivalente en inglés Positron Emission Tomography). Investigadores de la  Universidad Politécnica de Madrid (UPM), pertenecientes al grupo Biomedical Image Technologies (BIT), forman parte del proyecto a través de la red formativa PicoSec, y han colaborado en el diseño e implementación de la electrónica del detector y de su sistema de adquisición de datos trabajando en el Laboratorio de Instrumentación y Física Experimental de Partículas de Portugal (LIP), el cual dio lugar a la empresa spin-off PETsys Electronics SA. Esta electrónica contribuirá a la obtención de imágenes de mayor definición que permitirán detectar precozmente cánceres donde, debido a su tardía detección, su tratamiento ya no es eficaz. Este es el caso del cáncer de páncreas, que en la actualidad presenta una tasa de mortalidad superior al 90% y por ello ha sido el órgano objetivo del proyecto EndoTOFPET-US.

Representación del escáner EndoTOFPET-US con los dos tipos de detectores usados:
endoscópico y abdominal. / DESY/Stuhrmann.

Los avances tecnológicos más recientes en detectores para física de altas energías llevados a cabo en el CERN están superando los límites en la velocidad de detección de partículas elementales. Una aplicación directa de esta tecnología beneficiosa para la sociedad es la modalidad de imagen médica PET, técnica que mediante la detección del par de fotones gamma resultantes de la aniquilación de un positrón se usa en escáneres médicos para diagnosticar cáncer.

Como parte del séptimo programa marco, la Unión Europea financió hace unos años la colaboración internacional conocida como EndoTOFPET-US donde distintos grupos multidisciplinares se unierón para desarrollar el primer escáner PET endoscópico para órganos específicos. Además, para potenciar el futuro de la investigación en Europa, este consorcio se ocupó también de formar a un grupo de jóvenes que participan en la creación del escáner dentro del programa PicoSEC. Investigadores del BIT de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de la UPM han formado parte de este programa y participan activamente en el diseño e implementación de la electrónica del detector y de su sistema de adquisición de datos en colaboración con PETsys Electronics SA.

Pese a los últimos avances en detección y diagnóstico de cáncer, algunos tipos son detectados en fases muy avanzadas debido a su morfología y localización. Mejorar la detección precoz de los distintos tipos de cánceres es una de las claves para incrementar las tasas de curación a esta enfermedad.

A tal fin, el proyecto incorpora dos tendencias en la imagen médica: la concepción de escáneres enfocados al examen de órganos concretos y la multimodalidad, con el fin de proporcionar información sobre el tumor que no está disponible hasta la fecha.

Jóvenes investigadores miembros del proyecto europeo PicoSEC que participan en el desarrollo del sistema médico./ CERN.

En los escáneres PET convencionales el cuerpo del paciente es insertado en un anillo de detectores para obtener una imagen de su sección transversal. Dadas las nuevas posibilidades de miniaturización, se está estudiando una nueva arquitectura asimétrica en la que un detector miniaturizado es introducido dentro del cuerpo del paciente y situado cerca del órgano de interés. Dada la proximidad a la zona estudiada su sensibilidad es mayor y, por tanto, la dosis radioactiva suministrada al paciente para poder visualizar la lesión se reduciría sin incurrir en una degradación de imagen.

Además de una mayor sensibilidad, el nuevo detector endoscópico incorpora más avances. Según explican los investigadores de la UPM, “gracias a su electrónica de alta velocidad, este escáner mide el tiempo de vuelo de los fotones (TOF), lo que permite la identificación precisa del punto de origen de las partículas que se concentran en la masa cancerígena, filtrando así el ruido de fondo y dando lugar a imágenes nítidas”. Y, por otro lado, añaden, “el sistema tiene un alto grado de pixelación, lo que implica  una mayor resolución espacial de la imagen llegando a detectar lesiones milimétricas”.

El proyecto también incorpora otra tendencia en la imagen médica, la imagen multimodal, una forma de conseguir más información combinando distintas técnicas y fusionando las imágenes resultantes. En particular, el escáner combina ultrasonidos (US), que dan la información morfológica del área de interés, con PET, que ofrece la información metabólica necesaria para la identificación de células cancerígenas.

Este innovador escáner precisa de un sistema de adquisición de datos específico y de altas prestaciones. Para ello, los investigadores de la UPM, en colaboración con PETSys Electronics SA, han diseñado un sistema inteligente, distribuido y asimétrico, el cual tiene que manejar un gran volumen de datos, dado que el número de canales es muy elevado y, además, con tasas de datos distintas para cada tipo de detector (endoscópico y abdominal). Parte del éxito del sistema se basa en la descentralización, ya que traslada parte de la complejidad a la electrónica embebida en los detectores. Así, el sistema puede implementar un disparador multinivel con distintas etapas de filtrado de los datos dependiendo de la información disponible en cada punto.

En palabras de los investigadores de la UPM, “esta nueva generación de escáneres endoscópicos en los que trabajamos contribuirá al desarrollo de dispositivos que permitirán la visualización de los cánceres en sus etapas más tempranas, mejorando notablemente el pronóstico de los mismos”.



ZORRAQUINO, C., BUGALHO, R., ROLO, M. SILVA, JC., VECKLANS, V., SILVA, R., ORTIGAO, C., NEVES, JA., TAVERNIER, S., GUERRA, P., SANTOS, A., VARELA, J. “Asymmetric Data Acquisition System for an Endoscopic PET-US Detector”. IEEE Transactions on Nuclear Science, 63 (1):213-221; 10.1109/TNS.2016.2514600 2 FEB 2016.


Este trabajo es parte del proyecto PicoSEC MCNet financiado por una Marie Curie ITN del Séptimo Programa Marco de la Unión Europea (contrato número PITN-GA-2011-289355-PicoSEC-MCNet). Además, Endo TOFPET-US también ha recibido financiación del Séptimo Programa Marco de la Unión Europea (FP7/2007-2013, contrato número GA-256984).