Jesús Rubio Serrano 1 1INTRODUCCIÓN ¿Qué es el cáncer? 2 Introducción • • • • El cáncer es la segunda causa principal de muerte por detrás de las enfermedades cardiacas. Aún así, las muertes por cáncer siguen aumentando mientras que las muertes por enfermedades cardiacos están disminuyendo. Se estima que a lo largo del siglo XXI, el cáncer sea la primera causa de muerte en los países desarrollados. Actualmente se trabaja sobre unos protocolos que se basan en tres pilares fundamentales: síntomas, diagnóstico y tratamiento. Nos centraremos en las técnicas de diagnóstico. 3 ¿Qué es el cáncer? (1) • • • • El cáncer aparece cuando las células de una parte del cuerpo empiezan a crecer fuera de control. El término cáncer engloba: los canceromas (el cáncer verdadero), los sarcomas, los gliomas (sistema nervioso) y los linfomas y las leucemias (de tipo sanguíneo). OJO: No confundir términos como TUMOR = bulto o NEOPLASIAS = “nueva formación” o “nuevo tejido”. Generalmente los canceromas y los sarcomas se suelen manifestar mediante tumores, pero no todo tumor (bulto) ha de ser un cáncer (de ahí el matiz de tumor benigno (no canceroso) y maligno). 4 ¿Qué es el cáncer? (2) • En este sencillo esquema se muestra la diferencia entre las células normales y las cancerosas. • En la imagen superior células normales se van reproduciendo en función de las necesidades del organismo o tejido y en caso de surgir una defectuosa, envejecer o lesionarse se autodestruye (apóptosis). • Sin embargo las células tumorales no crecen ordenadas, invaden tejido sano y además, son capaces de evitar la apóptosis. 5 Crecimiento tumoral: El crecimiento tumoral o la proliferación de células tumorales tiene las siguientes características: – – – – – Acelerado por un aumento de la división celular que hace que las células tumorales se encuentran en continuo ciclo celular con un exceso de proliferación celular. Descontrolado debido a que no se deja influir por los factores de crecimiento ni otros estímulos externos. Autónomo: La división celular es independiente y no está coordinada con el resto de células de su entorno. Escapa al sistema inmunitario que reconoce a las células tumorales como propias. Inhibición de los procesos de muerte (apóptosis): son “eternas” o “inmortales”. 6 Invasión local: • La invasión es la capacidad que tienen las células tumorales de infiltrar o penetrar en los tejidos normales y en los vasos sanguíneos y de ahí producir metástasis. • La invasión es una característica propia que adquieren las células cancerosas. Los pilares sobre los que se asienta la invasión son: – – – – Angiogénesis o neovascularización: Es la capacidad de formar nuevos vasos sanguíneos por medio de la secreción de factores de crecimiento como el Factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF). Los nuevos vasos son indispensables para la nutrición de las células tumorales y para poder metastatizar. Adherencia: Es el anclaje de la célula tumoral por medio de la adquisición de receptores específicos a la membrana basal y a la matriz extracelular. Proteolisis: Es la destrucción de la membrana basal y de la matriz celular mediante la secreción de enzimas como las colagenasas que destruyen el colágeno y así poder abrirse camino entre estas estructuras. Movilidad: Es la migración o locomoción de las células malignas a través de la matriz celular para llegar a un vaso sanguíneo o linfático, intravasarse, ser transportado por la corriente sanguínea hasta lechos capilares distantes, extravasarse y migrar una cierta distancia para iniciar la formación de una nueva colonia (metástasis). 7 Requerimientos técnicas: Debido a lo antes expuesto necesitamos sistemas de visión que tengan las siguientes características: – – – – – – Globales: es decir, que sean capaces de tomar imágenes de todo el cuerpo debido a que el cáncer es una enfermedad no localizada. Precisión elevada (tamaño): debido a que puede formar metástasis o “colonias” de unas pocas células en cualquier parte del cuerpo. Precisión elevada (estructural): se debe poder distinguir un tumor benigno (ej: nódulo lipídico) de un tumor maligno (celular). Tridimensionales: para evitar que el cáncer se pueda “ocultar” o “enmascarar” tras cualquier tejido. No dañino o venenoso: ecografía, endoscopia y PET frente a los rayos X y el scanner. Cómodo: que evite pre-operatorios y post-operatorios. Ejemplo: ecografía es inocuo e inmediato mientras que el endoscopio requiere anestesia local o incomodidades en las aberturas empleadas. 8 2- TÉCNICAS RADIOLÓGICAS 9 INTRODUCIÓN • • • • El diagnóstico debe basarse en tres pilares: la historia clínica, las imágenes y la biopsia. Las técnicas radiológicas se dividen en 2 grupos: técnicas estructurales (nos dan una imagen de los tejidos en función de su composición) y técnicas funcionales (el elemento emisor forma parte de los procesos biológicos y nos indica la región espacial dónde estos se realizan) Las técnicas estructurales básicamente son: la ecografía o ultrasonografía, radiografía simple por rayos X (como las mamografías), el scanner o TAC (tomografía axial computerizada) y el RMN o resonancia magnética nuclear. Las técnicas funcionales básicamente son: la gammagrafía (que consiste en la inyección por vía venosa de una sustancia que se deposita en las zonas donde existe alguna alteración) y el PET o tomografía por emisión de positrones. 10 2a- Técnicas estructurales o anatómicas 11 ECOGRAFÍA • • • • • • La ecografía o ultrasonografía es un procedimiento de radiología que emplea los ecos de una emisión de ultrasonidos (vibración acústica cuya frecuencia está por encima del límite perceptible por el oído humano ~ 18 KHz) dirigida sobre un cuerpo u objeto como fuente de datos para formar una imagen de los órganos o masas internas según su contenido en líquido Î ES UNA TÉCNICA INOCUA. Además, el efecto Doppler permite medir velocidades y desplazamientos de los distintos fluidos internos. El transductor emite ondas de ultrasonidos, estas ondas sonoras de alta frecuencia se transmiten hacia el área del cuerpo bajo estudio, y se recibe su eco. Simultáneamente el transductor recoge el eco de las ondas sonoras y un ordenador convierte este eco en una imagen que aparece en la pantalla. Los huesos y el gas son barreras que impiden el paso eficaz de los ultrasonidos y limitan su empleo. Actualmente permite imágenes tridimensionales 12 gracias a los equipos Doppler. 13 Al contestar sobre la legalización en todos los países contestó: "Los jueces deberían ver y escuchar lo que nosotros vemos y oímos en nuestros laboratorios". Í Bernard Nathason, profesor de la Facultad de Medicina de la Cornell University de Nueva York (realizó más de 75000 abortos): "La ciencia médica me dice ahora que el feto es una persona humana. Dramáticamente tengo que reconocer ahora que el feto no es un trozo de carne: es un paciente" 14 RAYOS X • En 1895 el médico Röentgen descubre los rayos X que son ondas electromagnéticas con una longitud λ < 1nm y una frecuencia > 3•1016 y que por estas características son capaces de atravesar la materia, perdiendo parte de su energía o bien siendo desviados transmitiendo parte de su energía e ionizando a los átomos con quienes interacciona. • Solo se ven órganos o estructuras si hay contraste entre éstas y lo que las rodea. • Como se proyecta un volumen sobre un plano se produce superposición de órganos como sucede con las siluetas. - Los rayos X se originan a partir de una aceleración de los electrones (-) generados en un filamento incandescente (cátodo), y su frenado brusco al chocar contra el ánodo (+) de un tubo de Rx. - Problema: por efecto de este choque se produce un 99% de energía calorífica y un 1% de energía radiactiva (baja eficiencia y alta generación de calor). 15 En las radiografías se pueden apreciar: - Zonas de densidad alta (huesos): no colorean la placa porque no llegan los rayos X. - Zonas de densidad media (corazón): escala de grises (dispersión media). - Zonas de densidad baja (pulmones): el aire no dispersa los rayos Î colorea de negro la placa. Problema: se necesita radiografía lateral para asegurarse de que no existe un nódulo16 enmascarado detrás del corazón o del esternón (imagen 2D). RADIOGRAFÍA CONTRASTADA • En algunas ocasiones se puede introducir contraste en algunos órganos para poder distinguir zonas de similar densidad. Vía Biliar Arteria Aorta y Vías Biliares Problemas: 1- el contraste ha de ser un material denso que disperse los rayos. Se suelen usar átomos pesados que suelen radiactivos y/o venenosos. 2- la imagen sigue siendo bidimensional o 2D 17 TAC o SCANNER • Su nombre proviene de tomografía axial computerizada: – Tomografía: proviene de Tomos = corte y Grafos = imagen, gráfico. Así pues, una tomografía es la imagen de un corte transversal. – Axial: porque la imagen se toma debido a la rotación del sistema sobre un eje (suele colocarse a la persona en el mismo). – Computerizada: el análisis y procesamiento de los datos se obtiene mediante sistemas informáticos. • Existen dos técnicas básicas: – Estándar: puede incluir desde uno hasta múltiples sensores para reducir el tiempo de medida. El TAC se hace por bloques. – Helicoidal: es continua y evita discontinuidad entre los bloques, requiere menos contraste, mayor resolución, permite la reconstrucción multiplanar de imágenes y es más rápida. 18 19 Ventana mediastínica La línea roja corresponde a la zona de corte de las imágenes de la derecha. Ventana pulmonar Otra ventaja de TAC es que nos permite seleccionar computacionalmente diferentes rangos de densidades generándose así "ventanas" que son adecuadas para ver el pulmón lleno de aire o para ver las paredes del tórax y los órganos del mediastino que son más densos. 20 Nódulo pulmonar solitario En la radiografía no se aprecia nada anormal En el TAC se ve claramente un nódulo que se confundía detrás de la clavícula y de la primera costilla 21 Reconstrucciones 3D - Una vez adquiridas las imágenes axiales, se pueden reconstruir tridimensionalmente. - La 3D une todos los cortes adquiridos formando una imagen volumétrica del tejido seleccionado. – Se puede apreciar la discontinuidad de la pared anterior del seno maxilar izquierdo. 22 Mano (huesos y tendones) Corazón Intestino grueso: vista externa y vista interna donde se aprecian varios pólipos (endoscopia virtual) 23 RMN o IRM • RMN (resonancia magnética nuclear) o IRM (imagen por resonancia magnética). • La obtención de las imágenes se consigue mediante la estimulación del organismo a la acción de un campo electromagnético con un imán de 1,5 Tesla (equivalente a 15 mil veces el campo magnético de la tierra). Este imán atrae a los protones que están contenidos en los átomos de los tejidos, que se alinearán con el campo magnético. • Cuando se interrumpe el pulso, los protones vuelven a su posición original de relajación, liberando energía y emitiendo señales de radio que son captadas por un receptor y analizadas por un ordenador que las transformará en imágenes (cada tejido produce una señal diferente). • Las resonancias magnéticas atraviesan los huesos por ello se pueden ver muy bien los tejidos blandos. • Permite obtener imágenes del organismo de forma incruenta (no invasiva) sin emitir radiación ionizante y en cualquier plano del espacio. • Pueden añadirse contrastes paramagnéticos como el gadolinio para delimitar aún mas las estructuras y partes del cuerpo. 24 25 Imagen de TAC es algo borrosa Imagen de resonancia nuclear magnética es mucho mas precisa. La imagen obtenida por resonancia es más nítida que la del TAC por el contraste entre la materia gris, la sustancia blanca y el líquido céfalo-raquídeo 26 27 - En la imagen tenemos un resonador magnético grande, pero los hay más pequeños específicos para cabeza o articulaciones. - Además este sistema permite visualizar “en directo” imágenes de cualquier región, lo que permite estudios: cardiovasculares (ver cómo circula la sangre en una vena o arteria), neuronales (podemos apreciar que zona del cerebro está “trabajando” al mover la mano) o estudiar una articulación o músculo en acción (y estudiar posibles roturas, distensiones, lesiones…) 28 Equivalencias dosimétricas • El problema de estas técnicas es la exposición a radiación de alta energía que puede tener consecuencias para la salud. • Con el fin de evaluar los efectos existe un indicador llamado “dosis eficaz” cuya unidad es el Sievert Sv y que depende del tipo de radiación, modalidades de exposición (interno o externo) y de la sensibilidad específica de los órganos o tejidos expuestos. Dosis (mSv) Nº rayos X tórax Equiv. Rad. Nat. Tórax 0’02 1 3 días Abdomen 1 50 6 meses C. Lumbar 1’3 65 7 meses TAC Cráneo 2’3 115 1 año TAC Tórax 8 400 3’6 años TAC Abdomen o pelvis 10 500 4’5 años 29 2b- Técnicas funcionales 30 GAMMAGRAFÍA • La gammagrafía es una técnica que consiste en inyectar un contraste intravenoso al paciente y que sirve para detectar el FUNCIONAMIENTO de un tejido sin necesidad de una apreciación anatómica o estructural. Evolución: SPECT y el PET. Proceso: 1- Se inyectan isótopos emisores gamma unidos a un portador. 2- Los portadores viajan libremente o se fijan a un elemento concreto. 3- Se detectan los rayos gamma emitidos en cierta área (por medio del colimador y la cámara de Anger). 4- Del fotomultiplicador se detectan y se digitaliza la información. 31 Un modelo de gammágrafo plano; si el gammágrafo girase alrededor del paciente se podría hacer una reconstrucción tomográfica SPECT Para la reconstrucción por secciones o cortes se hace lo mismo pero el colimador va girando 360 grados alrededor del paciente. 32 SPECT • SPECT o Tomografía computerizada de emisión de fotón único. Básicamente se trata de un gammágrafo rotatorio que permite hacer reconstrucciones tomográficas o 3D. 33 PET • PET o Tomografía por emisión de positrones. • La PET permite estudiar y cuantificar los procesos bioquímicos y fisiopatológicos in vivo de forma no invasiva. • Esta prueba diagnóstica consiste en la administración de un fármaco marcado con un isótopo emisor de positrones (ß+) y en la detección posterior de su emisión radiactiva gracias a la cámara PET. • El radionúclido o radiofármaco más utilizado es el 18F (flúor), con el cual se marca la deoxiglucosa para producir el principal radiotrazador, la FDG. La FDG es transportada al interior de las células por el mismo mecanismo que la glucosa no marcada. Ésta queda atrapada en las células porque no puede continuar la vía metabólica de la glucosa. Es por ello que aparecen marcadas 4 regiones: cerebro, corazón, vejiga y células tumorales. • Una vez en el interior del paciente, los positrones emitidos por el radiofármaco, tras un recorrido pequeño de unos 2-3 mm, son atraídos fuertemente por los electrones (e-) del medio. De la aniquilación de los ß+ con los e- se genera energía en forma de un par de fotones de 511 KeV de la misma dirección y sentidos opuestos. 34 PET • La cámara de positrones detecta este par de fotones mediante una serie de detectores pareados dispuestos en anillo alrededor de la estructura a estudiar. A este sistema de detección se le llama Detección en Coincidencia, que permite la colimación electrónica. La PET proporciona una alta resolución espacial (aunque nunca superior a los 2 mm por la incertidumbre en el recorrido de los positrones), una elevada eficiencia de detección y gran uniformidad de campo. Pero la gran ventaja de esta técnica es su alta resolución biológica o de contraste, esto es, su capacidad para detectar pequeñas diferencias en concentraciones de productos. 35 36 Imágenes del PET-FDG Imagen de un cuerpo sano, se pueden apreciar perfectamente: cerebro, corazón y vejiga. Cuanto más oscura es la imagen, mayor es la presencia de FDG en la zona y, por tanto, de actividad metabólica. 37 Imágenes del PET-FDG Imagen de un tumor mamario: recurrencia local y masiva diseminación ósea. 38 2c- Técnicas multimodales 39 INTRODUCIÓN • Desgraciadamente, como ya hemos visto en las distintas técnicas, una única técnica de imagen no es válida para obtener un diagnóstico concluyente. • Pueden darse casos en que el TAC o el RMN nos den información de un daño estructural y sea debido a una necrosis (tejido muerto); o el PET-FGC nos puede dar información de la existencia de tumores, pero sin la precisión adecuada. • Antes se empleaban las distintas técnicas por separado y se intentaba “acoplar” ambas imágenes; pero era dificultoso y daba malos resultados. • Actualmente se emplean técnicas multimodales, que consisten en crear aparatos que nos permitan obtener imágenes simultáneas de la zona tanto estructurales como funcionales. • Ejemplos de este avance son los TAC/SPECT; TAC/PET; RMN/PET que nos permiten obtener una imagen 3D completa en menos de una hora y con una reconstrucción perfecta tanto estructural como funcional. 40 Equipo combinación TAC + PET-FDG 41 Resultados equipos multimodales 42 Resultados equipos multimodales 43 Resultados equipos multimodales 44 3- TÉCNICAS “ÓPTICAS” 45 INTRODUCIÓN • • Desde que Maiman descubrió una “solución buscando un problema” el láser y la fibra óptica han ido introduciéndose en la medicina en los más diversos campos. De los múltiples tipos de láseres que existen, los utilizados en medicina se agrupan en 3 categorías: 1. De potencia elevada, que habitualmente se emplean en cirugía, ya que al absorberse esas grandes concentraciones de energía a nivel de las capas más superficiales de la piel cortan y vaporizan los tejidos, al propio tiempo que coagulan las proteínas. Bajo ciertas condiciones, también se emplean en fisioterapia. 2. De potencia media, muy empleados en medicina física y rehabilitación. No se absorben tan superficialmente, sino selectivamente, sin provocar daños hísticos, estimulan las diferentes funciones celulares y, por mecanismos diversos, disminuyen el dolor y los procesos inflamatorios. 3. Los de muy baja potencia, comúnmente empleados para el tratamiento de puntos muy sensibles del organismo (puntos de acupuntura). 46 FIBROSCOPIOS (1) • • • • La endoscopia consiste en introducir un tubo con varias fibras ópticas en una cavidad para observar el interior de una manera no intrusiva. Diversos aparatos como laringoscopios, rectoscopios, broncoscopios, vaginoscopios, gastroscopios y laparoscopios nos permiten la exploración de cavidades internas del cuerpo humano con gran precisión. Su resolución temporal es muy alta ya que la visualización es en tiempo real lo que permite un análisis inmediato. En oncología su uso es para tumores en cavidades como el intestino o la vagina. 47 FIBROSCOPIOS (2) • Las partes fundamentales de un fibroscopio son: 1. 2. 3. 4. 5. Lámpara de iluminación: se requieren lámparas de alta intensidad y que emitan en todo el rango visible como lámparas de xenón a alta presión, halógenas de cuarzo o lámparas de mercurio. Tubo flexible de plástico: en él van contenidas las fibras de iluminación y recepción y eventualmente otros equipos quirúrgicos como pinzas para poder realizar operaciones o by-pass. Fibra óptica: se emplea para llevar la luz de iluminación y recoger la luz de la zona iluminada. Se emplean decenas de miles para conseguir una resolución punto a punto. Monitor de observación y manipulación: es un ccd que recoge la información y la visualiza en un monitor. Equipos quirúrgicos: los tubos cuentan con un extremo fijo o adaptable para la inserción de agujas, pinzas para toma de muestras, electrodos de cauterización, tubos para la introducción de anestésicos, evacuación de líquidos, etc. 48 FIBROSCOPIOS (3) • • En la siguiente imagen se puede apreciar dos estructuras diferentes de un fibroscopio: ordenada y desordenada. La estructura es importante, ya que de la misma dependerá la calidad de la imagen. 49 FIBROSCOPIOS (4) 50 FIBROSCOPIOS (5) . 51 FIBROSCOPIOS (6) • Concluyendo, las ventajas de un fibroscopio son evidentes: 1. 2. 3. Diagnóstico: complementa a la radiología, al proporcionar visiones cercanas y amplificadas de puntos concretos y permitir la toma de muestras. El fibroscopio es particularmente útil para la detección de cánceres y úlceras en estado inicial que no son visibles a través de rayos X. . Terapéutico: permiten la actuación quirúrgica en vías biliares para eliminar cálculos, extraer cuerpos extraños, etc . Postoperatorio: observación directa y prácticamente inmediata a la operación de las zonas afectadas : se emplea para llevar la luz de iluminación y recoger la luz de la zona iluminada. Se emplean decenas de miles para conseguir una resolución punto a punto. 52 BISTURÍS LÁSER • • • Otra aplicación que se emplea en la actualidades el bisturí láser. Se sabe que a ciertas intensidades y longitudes de onda del láser, este puede cortar y cauterizar tejido mejorando en prestaciones a los bisturís eléctricos. Las ventajas son: 1. 2. 3. 4. Anchura de corte: por un sistema de lentes, la anchura del corte se puede reducir a una escala menor del milímetro. Profundidad de corte: en función de la energía suministrada se puede elegir la profundidad del corte independientemente de la fuerza del médico, lo que reduce riesgo. Es flexible y adaptable: con lo que se puede acoplar a equipos de teleoperación. Cauterización instantánea: lo que evita derrames, problemas de infecciones y daños en una zona amplia. 53 54 TELEMEDICINA • • • • Gracias a la fibra óptica se han podido desarrollar redes de telemedicina sobre todo en países con poca infraestructura médica y/o de comunicaciones terrestres. Básicamente consiste en tener un detector donde el paciente y luego los resultados del análisis son enviados por fibra al médico que trata y evalúa los datos recibidos. Finalmente, puede dar el diagnóstico y el tratamiento al paciente a través de la red. Están apareciendo equipos médicos de telecirugía. Son máquinas con el instrumental adecuado que, asistidas por un médico en el lugar de la operación, permiten a otro médico a distancia dirigir la máquina para realizar cortes, incisiones y demás. Las ventajas de este sistema es la posibilidad de realizar operaciones por parte del especialista en cualquier lugar del mundo y que, además, la máquina es capaz de corregir errores de pulso o de presión. 55 OTRAS APLICACIONES • • La fibra óptica ha permitido que el láser sea un medio útil y flexible a la hora aplicarlo a diversas técnicas médicas. Por citar algunas: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Medición del nivel de oxigenación de la sangre. Liposucciones por destrucción de las células lipídicas. Detección de células tumorales. Acupuntura láser. Calentamiento para reactivar circulación local y/o aliviar tensiones musculares. Reducción de inflamaciones. Ortopedia. Odontología. Así pues la fibra ha sido el avance necesario para abrir las puertas al láser para todo tipo de aplicaciones en medicina que, de otra manera, no se podrían haber construido por espacio o por costes. 56 4CONCLUSIONES 57 Conclusiones (1): Debido a lo antes expuesto necesitamos sistemas de visión que tengan las siguientes características: – – – – – – – Globales: es decir, que sean capaces de tomar imágenes de todo el cuerpo debido a que el cáncer es una enfermedad no localizada. Resolución elevada (tamaño): debido a que puede formar metástasis o “colonias” de unas pocas células en cualquier parte del cuerpo. Resolución elevada (estructural y funcional): se debe poder distinguir un tumor benigno (ej: nódulo lipídico) de un tumor maligno (celular). Resolución temporal elevada: para poder detectar enfermedades en tiempo real (en directo). Tridimensionales: para evitar que el cáncer se pueda “ocultar” o “enmascarar” tras cualquier tejido. No dañino o venenoso: ecografía, endoscopia, RMN y PET frente a los rayos X, el scanner o gammagrafías. Cómodo: que evite pre-operatorios y post-operatorios. Ejemplo: ecografía es inocuo e inmediato mientras que el endoscopio requiere anestesia local o incomodidades en las aberturas empleadas. 58 Conclusiones (2): - Desgraciadamente, aún no existe ninguna técnica única que nos permita tener una imagen con las características citadas. - Afortunadamente, hoy en día existen multitud de sistemas con sus ventajas e inconvenientes que combinándolos entre unos y otros, podemos obtener la información necesaria para poder obtener un diagnóstico y crear un protocolo de actuación frente al cáncer u otra enfermedad. - Prueba de ello son las técnicas combinadas para obtener una imagen 3D que combine la información anatómica como la funcional del sujeto sin necesidad explícita de abrir o diseccionar los órganos dañados. - Esto es especialmente importante en órganos poco accesibles o frágiles como puede ser el corazón, la próstata o el cerebro. - La combinación de técnicas como el TAC/SPECT; TAC/PET; RMN/PET… permiten obtener imágenes tridimensionales estructurales y funcionales en menos de 1 hora pudiendo atajar la enfermedad de un modo precoz y aumentando drásticamente el índice de supervivencia del paciente. 59 Dedicado a Lolo con todo el cariño del mundo 60