El primer PET argentino: desarrollo y valor nacional

Por María Laura Guevara. En U-238 # 13. Septiembre 2014

Investigadores del Laboratorio de Instrumentación y Control del Centro Atómico Ezeiza (CAE), lograron construir el primer Tomógrafo por Emisión de Positrones (PET) de manufactura y diseño íntegramente argentino. A fines de 2014, se espera que el tomógrafo esté instalado y funcionado en el Hospital de Clínicas.

El proyecto, a cargo de la División de Sistemas Digitales y Robótica del Laboratorio de Instrumentación y Control, comenzó en 2005, a través de la gerencia de radioisótopos y radiaciones de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), que dirigía el ingeniero Alberto Mancini.

“Era una gerencia que tenía muchos proyectos transversales y, entre ellos, existía un proyecto para desarrollar una serie de equipos que incluían un ciclotrón, un irradiador y el PET”, relató el ingeniero Cluadio Verrastro, director del grupo de investigación que lleva a cabo el proyecto.

Este Tomógrafo por Emisión de Positrones (PET) constituye un logro en varios aspectos. No sólo es el primer PET de fabricación nacional, sino que además, constituye una opción más económica frente a los que existen actualmente en el mercado. Como tal, el positrón o antielectrón es una partícula elemental, antipartícula del electrón. Posee la misma cantidad de masa y carga eléctrica; sin embargo, esta es positiva. En la actualidad, los positrones son rutinariamente producidos en la Tomografía por emisión de positrones usados en las instalaciones hospitalarias.

Para su concreción, se hizo un convenio de colaboración técnica con la Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA). “En 2006 empezamos a recibir los primeros componentes, nos contactamos con el Central Institute for Engineering, Electronics and Analytics (ZEA) del ForschungszentrumJuelich (FZJ), (Centro de Invesitigaciones de Jülich), que nos ayudó en la etapa inicial, y la IAEA proveyó los primeros dos cristales y los primeros fotomultiplicadores”, contó Verrastro.

Este nuevo equipo de origen nacional desarrollado en el Centro Atómico Ezeiza (CAE) surgió inicialmente como un desarrollo de la parte mecánica y, posteriormente, se extendió a la electrónica y a la instalación.

El ingeniero Verrastro explicó: “En función de ese proyecto, se hizo una prueba de principio de tomógrafo y, a partir de ahí, se generó un BAPIN (Banco de Proyectos de Inversión Pública, dependiente del Ministerio de Economía) en la Comisión Nacional de Energía Atómica, para concretar la construcción del equipo. Ese BAPIM se inició en 2007, se fue concretando y ya nos encontramos cerca de finalizar la construcción del equipo”.

El laboratorio de Instrumentación y Control, que a fines de los años 90 estuvo a punto de desaparecer, tiene como línea principal de investigación y desarrollo la instrumentación nuclear tanto para reactores como para centrales de experimentación.

La línea de medicina nuclear comenzó a desarrollarse a partir de 1990. Actualmente, todo el laboratorio —que además se encuentra trabajando en el primer sistema de protección para el reactor CAREM 25 — cuenta con un plantel de cincuenta personas, pero sólo cinco están involucrados en el proyecto PET.

“Para el desarrollo del proyecto, en su inicio teníamos un problema de recursos humanos. Entonces realizamos un convenio de colaboración con la Universidad Tecnológica Nacional, regional Buenos Aires. Ellos proveyeron estudiantes y becarios que se incorporaron al proyecto. Algunos de ellos pudieron ser incorporados al staff de la Comisión Nacional de Energía Atómica”, agregó el ingeniero.

Gracias a esto, la CNEA comenzó un exitoso plan de formación de recursos humanos que, como resultado, culminó con dos becarios trabajando en el Instituto Internacional de Física, CERN, luego de ganar dos becas mediante concurso.

La innovación al servicio de la medicina

“El diseño del tomógrafo por emisión de positrones realizado por los investigadores del CAE es tan innovador que, en el transcurso del proyecto, se lograron realizar dos patentes de invención a nombre de la CNEA”, contó, orgulloso, Claudio Verrastro, quien forma parte de la Comisión Nacional de Energía Atómica desde desde hace más de 40 años.

Una de las innovaciones para resaltar es el hecho de que los detectores utilizados son “autocontenidos”. Además, poseen un esquema de procesamiento distribuido con el uso de dispositivos programables en campo, lo cual lo hace mucho más práctico.

Uno de los puntos más destacables es el hecho de que los detectores utilizados en este tomógrafo son de giro continuo. Esto se logra porque, según Verrastro, “cada fotomultiplicador del equipo tiene su propia ‘pequeña computadora’ dedicada al procesamiento de datos”, lo cual permite que el equipo esté totalmente sellado y toda la información que proviene de él, lo haga de manera inalámbrica y pre-procesada.

Verrastro afirmó que “no hay ningún equipo en el mundo que trabaje de esa manera. Esto también nos permite que sea más transportable y fácil de instalar, además de operar con 12 VOLTS”. Todas estas ventajas, al mismo tiempo, logran que los requerimientos ambientales de las salas donde se instale el tomógrafo PET no sean tan exigentes como las actuales.

Otro rasgo distintivo de este novedoso equipo es que puede funcionar solamente con dos de los seis cabezales que conforman el escáner (construidos con cristales centelladores rectangulares de 30 por 40 centímetros dispuestos en forma hexagonal, que permiten obtener un campo de visión amplio), que se pueden sacar, reparar y reponer sin que el escáner salga de servicio.

El diseño y construcción del tomógrafo, que se espera esté terminado e instalado a fines de 2014 en el Hospital de Clínicas José de San Martín, constó de tres instancias: la primera, en la que se realizó la prueba de principios junta a la AIEA. La segunda, en la que se mejoró el diseño, y la tercera, en la que se modificó y simplificó el cableado y armado del equipo.

Uno de los objetivos de los investigadores durante el desarrollo del tomógrafo fue sólo importar los componentes que consideraban imprescindibles, como los cristales centelladores, fotomultiplicadores y microchips electrónicos. El precio de un equipo similar de fabricación extranjera supera el millón de dólares. Por el contrario, el PET de desarrollo nacional tiene un valor estimado de 300.000 dólares, además de que la mecánica y la electrónica fueron diseñadas y patentadas de manera local.

“Nuestra idea original era que fuera un 50% más económico que los equipos importados, con el importante adicional de que el mantenimiento puede realizarse en el país. Los equipos importados tienen un costo de manutención, por año, que equivale al 10% del precio del equipo. Por lo tanto, los costos de mantenimiento de la maquinaria se reducen en un 30%”, se explayó el ingeniero Claudio Verrastro quien, además, ejerce como profesor de inteligencia artificial en la Universidad Tecnológica Nacional.

Argentina, valor agregado

En el transcurso del diseño y la puesta en marcha de este tomógrafo de emisión de positrones nacional, se desarrollaron una serie de diversas tecnologías que, al poder ser utilizadas en diferentes actividades, terminan dándole a la máquina PET, un valor agregado inigualable.

“Los detectores que utiliza este PET son, en sí mismos, cámaras gamma. Una cámara gamma tiene una configuración exagonal, con seis detectores y cada detector es una cámara gamma. Esto se puede usar para otros estudios de este tipo, para estudios spec o de fotón único y también para analizar tambores de residuos radiactivos”, explicó Verrastro.

Esto lleva a que, al mismo tiempo que se desarrolla el tomógrafo PET, la división de sistemas digitales y robótica del CAE, participe en la producción de tomógrafos para residuos radiactivos para el Programa Nacional de Residuos Radiactivos, que lleva adelante la CNEA.

Esa suerte de “mini computadora” que tiene cada sensor, puede producir un multi-canal. Es decir, que los detectores pueden ser usados para hacer un equipo de espectrometría gamma. Verrastro agregó: “Estamos construyendo espectrómetros gamma para prospección geológica para el departamento de geología, también sobre la base de la tecnología desarrollada para el PET”.

Otra de las grandes innovaciones que trae como consecuencia el desarrollo de esta máquina nacional es la posibilidad de realizar tomografías a los silos secos de centrales nucleares como Embalse. “Esto se puede hacer gracias a los algoritmos de reconstrucción tomográfica que se desarrollaron para el PET”, afirmó Verrastro y agregó: “Esto no existía hasta el momento”.

Por otra parte, el tomógrafo tiene un diseño mecánico que le permite girar 360 grados de manera helicoidal, lo que evita las zonas muertas y mejora la uniformidad y la resolución espacial de los resultados. Además, tiene una arquitectura digital con capacidad de procesamiento distribuido, lo que hace posible la aplicación de algoritmos avanzados sin introducción de tiempos muertos en el sistema.

Aunque todavía no se llegó a la instancia de realización de las pruebas de aceptación médica, los estudios preliminares marcaron que la calidad de las imágenes y la performance del equipo son totalmente competitivas con los equipos actuales.

Producción en serie

El Laboratorio de Instrumentación y Control del CAE cuenta con certificación ISO 9001 para el desarrollo de equipos de medicina nuclear. Eso significa que todo lo que se hizo hasta ahora está documentado y esta experiencia puede replicarse.

Es decir, que esta nueva máquina PET también constituye una posibilidad para abastecer hospitales públicos a un menor costo que el actual, pero con la misma calidad. “Hicimos un análisis de costo y un plan de negocios del equipo, para ver si realmente podía ser rentable su fabricación. Y, efectivamente, representa un negocio rentable si una empresa quisiera fabricarlo. Si la CNEA decide transferir la construcción a una empresa para que se produzca a ‘gran escala’, puede hacerlo”, concluyó Claudio Verrastro.