ES2313986T3 - Aparato para el diagnostico de cancer de prostata. - Google Patents

Aparato para el diagnostico de cancer de prostata. Download PDF

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Abstract

Un aparato para la detección in vivo de un elemento químico (7) en la próstata de un sujeto, que consta de lo siguiente: (a) una sonda (1) adaptada para su inserción en por lo menos el recto o la uretra del sujeto, constando dicha sonda de: (i) una fuente de radiación (3) capaz de excitar el elemento químico para emitir radiación de rayos X fluorescentes para formar radiación emitida (5); (ii) un detector de radiaciones (6) capaz de detectar dicha radiación emitida y adecuado para cartografiarla, y (iii) un sistema de colimación de radiación (28); y el aparato, que consta de: (b) métodos para cartografiar la concentración del elemento químico en la próstata, basándose en la mencionada cartografía de dicha radiación emitida.

Description

Aparato para el diagnóstico de cáncer de próstata.
El presente invento hace referencia a un aparato para la detección de elementos químicos en la próstata mediante el empleo de un método de fluorescencia de rayos X, concretamente, un aparato para la detección y la estadificación del cáncer de próstata mediante la determinación in vivo y la cartografía de Zn en la próstata.
Para describir el estado de la técnica en el ámbito del invento, se mencionan las siguientes referencias:
1. Catalona, W.J., Clinical utility of measurements of free and total prostate-specific antigen (PSA): A review, Prostate 7:64, (1996).
2. Catalona, W.J., Paitin, A.W., Finlay, J.A., eChan, D.W., Rittenhouse, HJG., Wolfert, R.L. y Woodrum, D.L., Use of percentage of free prostate specific antigen to identify men at high risk of prostate cancer when PSA levels are 2.51 to 4 ng/ml and digital examination is not suspicious for prostate cancer: An alternative model, Urology, 54:220-224, (1999).
3. Cotran RS., Kumar V. y Collins T., Robbins Pathologic Basis of Disease, W.B. Sounders Co., Sexta edición, 1029, (1999).
4. Gyorkey, F., Min K. W., Huff, J.A. y Gyorkey, P., Zinc and magnesium in human prostate gland: normal hyperplastic and neoplastic, Cancer, 27:1348, (1967).
5. Lahtonen, R, Zinc and cadmium concentrations in whole tissue and separated epithelium and stroma from human benign prostatic hypertrophic glands. Prostate, 6:177, (1985).
6. Gonic, P., Oberleas D., Knechtges T. y Prasad, A.S., Atomic absorption determination of zinc in the prostate. Invest. Urol., 6:345, (1969).
7. Dhar, N.K., Goel, T.C., Dube, P.C., Chowdury, A.R. y Kar, A.B., Distribution and concentration of zinc in the subcellular fractions of benign hyperplastic and malignant neoplastic human prostate, Exp. Mol. Pathol., 19:139, (1973).
8. Habib, F.K., Mason, M.K., Smith, P.H. y Stitch, S.R., Cancer of the prostate: early diagnosis by zinc and hormone analysis, Br. J. Cancer 39:700, (1979).
9. Ogunlewe, J.O. y Osegbe, DN., Zinc and cadmium concentrations in indigenous blacks with normal, hypertrophic and malignant prostate, Cancer, 63:1388, (1989).
10. Feustel, A., Wennrich, R., Steiniger, D. y Klauss, P., Zinc and cadmium concentration in prostatic carcinoma of different histological grading in comparison to normal prostate tissue and adenofibromyomatosis (BPH), Urol. Res. 10:301, 1982).
11. Zaichick, V.Y, Sviridova, T.V. y Zaichick, S.V., Zinc in the human prostate gland, normal, hyperplastic and cancerous, Int. Urol. Nephrol., 29:687-694, (1997).
El carcinoma de próstata es el tipo de cáncer más común en los hombres. Los métodos habitualmente utilizados hoy en día para la detección de cáncer de próstata son el examen rectal digital (DRE), el ultrasonido transrectal (TRUS) y el análisis del antígeno específico de la próstata (PSA). Existen grandes incertidumbres en cada uno de ellos, por lo que el diagnóstico a menudo se basa en una combinación de dichos exámenes.
El análisis de PSA es el ensayo utilizado más habitualmente en el diagnóstico de cáncer de próstata, especialmente en el cribado. En el suero de los hombres sanos, sólo circulan cantidades mínimas de PSA. Los niveles de PSA elevados en la sangre se encuentran asociados al cáncer de próstata, tanto en casos localizados como avanzados. En la mayoría de laboratorios se utiliza un nivel de suero de 4 ng/ml como límite entre normal y anormal. Sin embargo, el aumento del PSA no sólo se produce en los casos de cáncer, sino también en algunas dolencias no neoplásticas como, por ejemplo, la hiperplasia y la prostatitis. Existe una coincidencia considerable entre los niveles de suero PSA encontrados en dichas dolencias y los encontrados en pacientes de cáncer de próstata. Por ejemplo, entre un 25 y un 30% de los hombres con hiperplasia nodular y un 80% con cáncer documentado histológicamente poseen un nivel de suero PSA superior a 4 ng/ml.
En vista de esta gran coincidencia, se han propuesto diversas mejoras en la estimación e interpretación de los valores PSA, como por ejemplo, la densidad de PSA (proporción entre el nivel PSA y el volumen de la glándula próstata), la velocidad PSA (tasa de cambio del nivel PSA a lo largo del tiempo), valores de referencia específicos de la edad y la proporción de PSA libre y total en el suero (porcentaje libre de PSA; %FPSA). A pesar de que parece que el %FPSA es valioso para discriminar entre enfermedad benigna y maligna en casos donde el PSA total se encuentra en la "zona gris" de 4 a 10 ng/ml, hasta que el valor de las mejoras anteriormente mencionadas no esté más establecido, el suero PSA por sí solo no puede emplearse para la detección de cáncer precoz y debe combinarse con otros indicadores de diagnóstico.
Además de las deficiencias anteriormente mencionadas, los métodos existentes no proporcionan la suficiente información acerca del estado de la enfermedad, a saber, las dimensiones del tumor y el nivel de proliferación del cáncer. Además, cuando existe sospecha de cáncer, normalmente se realiza un proceso de biopsia. La falta de información precisa para la localización del tumor hace que el proceso de biopsia resulte ineficaz.
Es un hecho bien conocido que una glándula próstata humana normal contiene niveles elevados de zinc (Zn). A pesar de que los valores indicados varían considerablemente, todas las preparaciones de próstata contienen concentraciones de Zn de unos 150 \mug/g de peso húmedo, aproximadamente de 2 a 5 veces mayor que el contenido en Zn de la mayoría de tejidos del cuerpo. El zinc no se encuentra distribuido uniformemente por toda la próstata y, tal como fue demostrado por Gyorkey et al., 1967, el contenido en Zn más alto (211 \mu/g de peso húmedo) se encuentra en el lóbulo lateral de la zona periférica. Numerosos estudios in vitro (Gyorkey et al. 1967, Lahtonen, 1985, Gonic et al., 1969, Dhar et al., 1973; Habib et al., 1979; Ogunlewe y Osegbe, 1989; Feustel et al., 1982; y Zaichick et al., 1997) indican que la concentración de Zn en la próstata es sustancialmente inferior en el tejido canceroso en comparación con la hiperplasia de próstata benigna (BPH) y el tejido de próstata normal. Zaichick et al., (1997) indicó concentraciones de Zn en peso seco de 1.018 \pm 124, 1.142 \pm 77 y 146 \pm 10 \mug/g para próstata normal, BPH y cancerosa, respectivamente. Además, se descubrió que la reducción de los niveles de Zn en el cáncer se inicia en estadios muy tempranos de la enfermedad, y existe una falta de dependencia del nivel de Zn en los estadios de la enfermedad y en la gradación histológica del cáncer. Los niveles de zinc sólo se modifican en el tejido canceroso. El tejido que no se halla implicado en el proceso tumoral permanece inalterado y los niveles de zinc en los tejidos intactos visualmente y morfológicamente se encuentran dentro de los niveles normales.
Es importante destacar que los niveles de Zn en el cáncer de próstata se aproximan a los niveles típicos asociados normalmente al tejido que no es de próstata, lo cual podría indicar que las células epiteliales malignas de la próstata han perdido la habilidad de acumular zinc. Basándose en este descubrimiento, Habib et al., 1979, sugirió que la reducción del zinc era un paso prematuro de malignidad y que podría emplearse para el diagnóstico precoz del cáncer de próstata. Se ha sugerido que la reducción de la acumulación de zinc se produce en la población de células antes que su identificación histopatológica como células malignas y que esto representa cambios bioquímicos tempranos en el proceso maligno, posiblemente como estadio premaligno (Cotran et al., 1999).
En vista de los descubrimientos anteriormente mencionados y debido al hecho de que en la mayoría de casos, el carcinoma de próstata se origina en la zona periférica de la glándula, tradicionalmente en una ubicación posterior accesible a través del recto, parece verosímil que la medición in vivo del Zn en la próstata sea factible y pueda ayudar a una diferenciación más fiable entre tejido canceroso y tejido normal o una hiperplasia de próstata benigna. Así pues, podría reducir la tasa de falsos negativos en el diagnóstico, y con ello el número requerido de biopsias, conllevando como consecuencia importante una reducción de los costes sanitarios. Además, podría reducir la tasa de falsos negativos en el diagnóstico, por lo tanto, minimizar la mortalidad por cáncer de próstata no detectado.
La importante observación realizada por Zaichick et al., 1997, respecto a que la concentración de zinc se modifica sólo en el tejido afectado, podría permitir la estadificación del cáncer cartografiando la distribución del Zn en la próstata. Este aspecto resulta especialmente importante en un estadio preoperatorio. Constituye la base de las decisiones respecto al tratamiento recomendado, ya sea una cirugía parcial o radical, o bien otro tipo de tratamiento.
De conformidad con el invento, se presenta un aparato que permite una detección eficaz del Zn y otros elementos en el tejido de próstata humana in vivo, de utilidad para el diagnóstico y la estadificación del cáncer de próstata.
El aparato del presente invento se define en la reivindicación 1.
De acuerdo con el presente invento, la técnica de fluorescencia de rayos X (XRF) se emplea para la detección del Zn y otros elementos in vivo en la próstata humana. En la XRF, el tejido analizado se expone a una dosis de radiación de rayos X baja, o bien a rayos gamma de baja energía procedentes de un tubo de rayos X o una fuente radioactiva isotópica. Esta radiación provoca la excitación de los átomos presentes en el tejido, los cuales a su vez se desintegran emitiendo rayos X fluorescentes característicos. Los rayos X característicos emitidos desde el área irradiada son detectados y contados por un detector de resolución de alta energía. La intensidad de estos rayos X es directamente proporcional a la concentración de los elementos dentro del tejido. En el caso del Zn, las energías de rayos X característicos son 8,6 y 9,6 keV.
En lo sucesivo, el término "determinar" o "determinación" en algunas ocasiones se empleará para indicar una o ambas determinaciones: la determinación cualitativa, a saber, detectar la presencia de un determinado elemento en el tejido de la próstata, o la determinación cuantitativa, a saber, la determinación de la cantidad o el nivel de un elemento en el tejido.
El presente invento hace referencia a un aparato para la detección in vivo de elementos químicos en la próstata.
En una forma de realización preferente, el elemento químico que debe detectarse es Zn.
En otras formas de realización, el elemento podría ser cualquier otro elemento normalmente presente en el tejido de la glándula próstata, como Fe, Ca o Br. Estos elementos podrían determinarse simultáneamente con el Zn mediante la técnica XRF y pueden resultar útiles a efectos de normalización.
En otra forma de realización, los elementos que deben determinarse son elementos que se introducen en la próstata para un proceso médico específico, por ejemplo, para fines terapéuticos. Un ejemplo de ello puede ser el paladio (Pd), en forma de compuestos de porfirina de Pd empleados en la terapia fotodinámica (PDT).
La fuente de radiación es una fuente que genera radiación de energía de tal manera que puede excitar los elementos para que emitan una radiación de rayos X fluorescentes. La fuente de radiación puede seleccionarse de entre una fuente radioactiva, un tubo de rayos X, una fuente de luz sincrotrónica, una guía de haz de rayos X conectada a una fuente externa de rayos X, un generador de rayos X de plasma en miniatura, etc. Una fuente radioactiva podría ser, por ejemplo, ^{109}Cd. Un tubo de rayos X podría ser, por ejemplo, un tubo de rayos X en miniatura, como por ejemplo, una fuente de rayos X de plasma. Cuando se utiliza como cartografía de tejido, dicha fuente de radiación suele ser una fuente de exploración.
Como detector de radiaciones puede seleccionarse un detector de estado sólido de resolución de alta energía, como por ejemplo, detectores basados en silicona (Si), activados por silicona-litio (Si (Li)), yoduro de mercurio (HgI_{2}) o telururo de cadmio-zinc (CdZnTe), que pueden enfriarse mediante un pequeño dispositivo termoeléctrico; cualquier otro detector sensible a los rayos X, o bien varios de dichos detectores. Cuando se utiliza para la cartografía, dicho detector de radiaciones suele ser un detector de exploración o un detector sensible a la posición. En el caso de un detector de exploración, su exploración está sincronizada básicamente con la exploración de la fuente de radiación.
El sistema de colimación, que ya es generalmente conocido por sí mismo, debería evitar que el mencionado detector de radiaciones reciba directamente cualquier radiación emitida por la fuente de radiación mencionada, y procurar que reciba sólo la radiación emitida por los elementos del tejido de la próstata sujeto a investigación. El sistema de colimación debería fabricarse con materiales cuyos rayos X característicos no interfieran en la determinación de los elementos del tejido, en particular, el Zn.
Se sabe que en la mayoría de los casos (70-60%), el carcinoma de próstata se origina en la zona periférica del lóbulo posterior, que puede diagnosticarse accediendo a través del recto. Para diagnosticar otras partes (centrales) de la próstata, es preferible el acceso a través de la uretra. Por lo tanto, la sonda de conformidad con el invento está adaptada para por lo menos uno de los exámenes transrectales y transuretrales.
En una forma de realización, la sonda transrectal podría combinarse o podría incluir una sonda de ultrasonido transrectal (TRUS).
En otra forma de realización, la sonda transrectal o transuretral incluye un dispositivo de biopsia.
En otra forma de realización, la sonda transrectal o transuretral incluye un dispositivo para la inyección de un fármaco, en cuyo caso la sonda se encarga tanto de localizar las zonas cancerígenas de la próstata como de inyectarles el fármaco, que puede ser un fármaco terapéutico o un fármaco para la formación de imágenes del tejido, por ejemplo, un agente de contraste.
En una forma de realización adicional, la sonda incluye un dispositivo para la iluminación de un área cancerosa identificada mediante un haz de luz. El haz de luz suele poseer una longitud de onda terapéutica seleccionada para terapia fotodinámica.
En otra forma de realización, la muestra puede emplearse como detector de sustancias radioactivas introducidas en la próstata con fines de diagnóstico, por ejemplo, I o Zn radioactivo. En este modo de funcionamiento, la radiación de excitación que emana de la sonda suele estar apagada. Esto puede llevarse a cabo mediante un periférico o mediante un conmutador de CONEXIÓN/DESCONEXIÓN incorporado a la sonda.
En otra forma de realización, la sonda del invento podría utilizarse como sonda intraoperatoria.
En otro aspecto, el presente invento está relacionado con un aparato para la detección in vivo de elementos químicos en la próstata por fluorescencia de rayos X y que consta de una sonda conforme al presente invento, una unidad de amplificación de señal y un sistema de registro, procesamiento y visualización.
Con el aparato del presente invento puede aplicarse un método para la detección in vivo de uno o más elementos químicos en la próstata, el cual comprende lo siguiente:
(a)
introducción transrectal de una sonda del invento, muy cerca del lóbulo posterior de la próstata de dicho individuo, o bien transuretral, muy cerca del lóbulo medio de la próstata de dicho individuo;
(b)
irradiación de la próstata mediante la fuente de radiación a la vez que se mide la radiación de rayos X fluorescente característica de los elementos presentes en la próstata.
Para determinar el nivel del elemento medido en la próstata, podría medirse la intensidad de la radiación de rayos X fluorescentes, siendo dicha intensidad correlativa con dicho nivel. Por lo tanto, para determinar dicho nivel, el método también comprende:
(c)
determinación de la intensidad de la radiación de rayos X fluorescentes característicos, y
(d)
cálculo del nivel de cada uno de los elementos mencionados en la próstata, en base a la intensidad medida de dicha radiación.
El nivel de un elemento podría determinarse mediante niveles absolutos de radiación fluorescente, a pesar de que esto podría añadir inexactitud, puesto que la radiación fluorescente absoluta medida podría depender de varios factores como, por ejemplo, la posición de la sonda, la distancia entre la sonda y el tejido, la sensibilidad de la sonda, etc. Así pues, para una determinación cuantitativa, podría realizarse una medición normalizadora de un elemento de referencia cuyo nivel es relativamente constante en comparación con el elemento de referencia, por ejemplo, un elemento de referencia es Fe, Ca o Br.
Con el aparato del presente invento, puede aplicarse un método para el diagnóstico del cáncer de próstata en un individuo, el cual comprende lo siguiente:
(a)
introducción transrectal de una sonda del invento, muy cerca del lóbulo posterior de la próstata de dicho individuo, o bien transuretral, muy cerca del lóbulo medio de la próstata de dicho individuo;
(b)
irradiación de la próstata mediante la fuente de radiación a la vez que se mide la radiación de rayos X fluorescente característica del Zn presente en la próstata;
(c)
determinación de la intensidad de la radiación de rayos X fluorescentes, y
(d)
cálculo del nivel de Zn en la próstata basado en la intensidad medida de dicha radiación, de modo que un nivel de Zn por debajo del nivel umbral indica una elevada probabilidad de una condición patológica cancerosa de la próstata.
El método llevado a cabo con el aparato del presente invento podría implicar también la medición del nivel de elementos radioactivos introducidos en la próstata vía administración sistémica o local (en la próstata o proximal a ésta). Esto podría ser útil para la estadificación de la enfermedad.
En una forma de realización preferente, el elemento radioactivo introducido es ^{125}I, y una modificación de los niveles de concentración de ^{125}I en la próstata indica una condición patológica cancerosa de la próstata.
De conformidad con el presente invento, se han llevado a cabo experimentos que demuestran que el zinc puede medirse con precisión en la próstata mediante el método XRF sin interferencias de otros elementos. También se ha descubierto de conformidad con el presente invento que la energía óptima de la fuente de radiación incidente para la detección de Zn se encuentra en la gama de 15 a 20 keV.
La medición se realiza introduciendo la sonda a través del recto, muy cerca de la zona periférica de la próstata, o a través de la uretra, cerca de la región central de la glándula próstata. El tejido de la próstata es irradiado mediante la fuente de radiación incidente, y los rayos X característicos del elemento existentes debido a dicho elemento (por ejemplo, Zn) que se hallan presentes en el tejido son emitidos desde el tejido y medidos por el detector de radiaciones. La intensidad de estos rayos X es proporcional a la concentración de dicho elemento (por ejemplo, Zn) en el tejido de la próstata.
Al explorar la próstata con la sonda, es posible obtener la distribución de Zn en la región examinada y localizar así zonas donde la concentración de Zn varía, un procedimiento que puede ser de importancia para estadificar el cáncer de próstata y elegir así el enfoque terapéutico y los procesos que sean más convenientes.
Una combinación del método propuesto con otros métodos de cartografía, como la TRUS, aporta una mejora en cuanto a precisión para multitud de fines médicos, como por ejemplo, procesos de biopsia.
A continuación se describen algunas formas de realización específicas del invento en referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 muestra un diagrama de una sonda de elementos (p. ej., Zn) transrectal o transuretral in vivo de conformidad con el invento;
La figura 2 muestra una vista esquemática de un sistema empleado para la determinación in vitro de Zn en el fantoma de próstata;
La figura 3 es un espectro XRF obtenido de un vial de fantoma de próstata que contiene 1.000 \mug/g de Zn en solución acuosa, conforme al sistema de la figura 2;
La figura 4 es un espectro de XRF (escala vertical logarítmica) obtenido a partir de una muestra de próstata diagnosticada como ademona;
La figura 5 es un espectro de XRF (escala vertical logarítmica) obtenido a partir de una muestra de próstata diagnosticada como cáncer;
La figura 6 es la ilustración del procedimiento de exploración de próstata transrectal empleando la sonda del presente invento.
El invento hace referencia a un aparato para la determinación in vivo de elementos, concretamente Zn, en la próstata humana.
Un método realizado con el aparato del presente invento resulta útil como herramienta de diagnóstico para el cáncer de próstata, en particular, para el cáncer de próstata precoz y la estadificación del cáncer.
En una forma de realización preferente, el instrumento empleado para el diagnóstico se compone de un sistema de fluorescencia de rayos X (XRF) que incluye una sonda rectal, la cual se desplaza muy cerca de la región trasera (posterior) de la próstata, conocida como el área donde la mayoría de casos de cáncer inician su desarrollo. La sonda contiene una pequeña fuente de rayos X de intensidad moderada que irradia la próstata y un detector que registra y a veces también cartografía los rayos X característicos reemitidos desde la próstata. Por medio de esta técnica es posible evaluar la concentración de Zn en la próstata con una buena precisión y obtener la información requerida sobre su distribución.
Como las concentraciones de Zn en la próstata son aproximadamente 5 veces inferiores en el tejido canceroso en comparación con la hiperplasia de próstata benigna (BPH) y el tejido normal, una cartografía in vivo exacta de la concentración de Zn tendrá un impacto significativo en la fiabilidad del diagnóstico y en la estadificación preoperatoria. Asimismo se espera que la cartografía del contenido en Zn en el tejido proporcione un contorno claro de la región cancerosa que podría ayudar a la terapia del cáncer de próstata.
La fluorescencia de rayos X (XRF) es un método analítico ampliamente utilizado para el análisis de elementos traza en varias matrices. Las muestras biológicas tales como los tejidos pueden analizarse de forma intacta mediante XFR sin requerir procesamiento de muestras. En la XRF, el tejido analizado se expone a una dosis de radiación de rayos X baja, o bien a rayos gamma de baja energía procedente de un tubo de rayos X o de una fuente radioactiva isotópica. Esta radiación provoca la excitación de los átomos presentes en el tejido, los cuales a su vez se desintegran emitiendo rayos X fluorescentes característicos. Los rayos X característicos emitidos desde la muestra son detectados y contados por un detector de resolución de alta energía. La intensidad de estos rayos X es directamente proporcional a la concentración de los elementos dentro del tejido. En el caso del Zn, las energías de rayos X fluorescentes característicos son 8,6 y 9,6 keV. La sensibilidad del método XFR depende del elemento en cuestión y de las condiciones experimentales. Los límites de la detección suelen estar por debajo de \mug/g, por ejemplo, 1 parte por millón.
El método llevado a cabo por el aparato del presente invento se explica con más detalle tomando como referencia la figura 1. Tal como se muestra en la figura, se sitúa una sonda (1) muy cerca de la próstata (2), que podría contener un tumor (8). Una fuente de radiación (3) emite rayos X (4) con la energía y el flujo deseados, a fin de afectar al tejido de la próstata. Esta radiación provoca la excitación de los átomos de Zn (7) presentes en el tejido, los cuales a su vez se desintegran emitiendo rayos X fluorescentes característicos (5). Dichos rayos X característicos emitidos desde el tejido son detectados y contados por un detector de resolución de alta energía (6) conectado eléctricamente a una grabadora fuera de la sonda.
La fuente (3) puede seleccionarse de entre una fuente radioactiva, un tubo de rayos X, una fuente de luz sincrotrónica, una guía de haz de rayos X conectada a una fuente externa de rayos X o un generador de rayos X de plasma en miniatura. La energía de los fotones incidentes excitados se establece según el comportamiento de la energía de la sección transversal para la excitación de un elemento dado y el fondo generado por la dispersión de la radiación incidente sobre la gran masa de tejido circundante. A fin de reducir este fondo, la energía de la radiación incidente debería encontrarse muy por encima de los rayos X de Zn característicos (8,6 y 9,6 keV). Por otro lado, la sección transversal de la excitación del Zn se reduce para las energías por encima de 9,66 keV (la energía del borde K del Zn).
La determinación de la energía óptima de la radiación incidente y la viabilidad de la determinación de Zn in vivo se demostró en el laboratorio empleando un fantoma de próstata en forma de vial de polietileno con solución acuosa de Zn. La disposición del experimento se muestra en la figura 2. La fuente de radiación fue un haz de rayos X (20) filtrado procedente de un tubo de rayos X de ánodo de tungsteno (22). El tubo (22) se puso en funcionamiento a 36 kV, y el filtro (24) era una combinación de láminas de Cu y Mo. El diámetro del haz de la muestra (26) era de aproximadamente 10 mm. Se incluyó un colimador ferroso (28) en la trayectoria del haz. Las muestras irradiadas consistían en viales de polietileno de 30 cc, 34 mm de diámetro y 1 mm de grosor de pared, y contenían soluciones acuosas de Zn. Los rayos X característicos de Zn fueron emitidos desde la muestra, detectados por el detector de Si(Li) (30) (5 mm^{2} de área) y refrigerados por una disposición (32) de nitrógeno líquido (LN_{2}).
La figura 3 muestra un espectro obtenido de la irradiación de un vial que contiene 1.000 \mug/g de solución acuosa de Zn. Tal como puede observarse, la cresta de Zn está muy bien definida y se encuentra ubicada en un fondo plano. La cresta pequeña de la izquierda se debe al Cu, probablemente presente en su mayoría en la estructura o el armazón del detector. A partir de este estudio preliminar, puede concluirse que la fuente óptima de energía de rayos X para la detección de Zn se encuentra en la gama de 15-20 keV.
La complejidad del espectro de rayos X detectado se comprobó in vitro mediante el método XRF en muestras de próstata e indicó que el Zn en la próstata puede medirse con precisión sin interferencias de otros elementos. Las muestras fueron expuestas a los rayos X emitidos desde un tubo de rayos X con un ánodo de Mo. El tubo funcionó a 27 keV y la línea de rayos X de Mo característicos de 17,44 keV se filtró empleando un monocromador de cristal. La radiación característica emitida desde la muestra se midió empleando un detector de Si(Li) con una resolución de energía de 160 eV a 6,4 keV. Las figuras 4 y 5 muestran los espectros de XRF obtenidos de muestras de próstata incrustadas en parafina, preparadas para el examen histológico. Tal como puede observarse en los espectros, la concentración de Zn en el tejido canceroso es muy inferior a la existente en la próstata con adenoma. Otros elementos tales como Ca y Fe también puede medirse y emplearse a efectos de normalización. Por ejemplo, la proporción de Zn/Fe en el tejido era aproximadamente 7 veces inferior en el caso del cáncer de próstata.
El detector de rayos X (6) puede ser un detector de resolución de alta energía, como por ejemplo, Si refrigerada, Si(Li), HgI_{2}, CdZnTe u otros detectores sensibles a los rayos X de 8-10 keV, o bien varios de dichos detectores. El detector se designa para medir las líneas de rayos X características (8,6 y 9,6 keV) emitidas desde el tejido examinado bajo la irradiación de rayos X. Debe ponerse cuidado en evitar el Cu o el bronce en la construcción de la sonda, debido a la presencia de Zn en el bronce y a la proximidad de las líneas características del Cu (8,04 y 8,904 keV) a las del Zn.
La figura 6 muestra esquemáticamente el proceso de medición. La medición se realizará introduciendo la sonda por el recto, muy cerca de la zona periférica de la próstata. Al irradiar una pequeña zona de la próstata, es posible determinar la distribución del Zn en la zona periférica con tan sólo desplazar la sonda en diferentes posiciones. Esto es importante para la estadificación del cáncer de próstata. El empleo de varios detectores o de un detector sensible a la posición eliminará la necesidad de exploración y proporcionará una cartografía de la concentración de zinc en una sola medición.
La cartografía elemental (p. ej., Zn) también es importante para la terapia del cáncer, ya que puede orientar el tratamiento en las regiones cancerosas. Así pues, la PDT de reciente propuesta puede beneficiarse de la información sobre la localización y las dimensiones del tumor.
Una combinación de la sonda transrectal o transuretral propuesta con otros métodos de cartografía tales como la TRUS podría aportar una precisión mejorada para el proceso de biopsia. La biopsia guiada por ultrasonido actual resulta poco satisfactoria. Debido a la baja fiabilidad de las imágenes de la TRUS, se requieren repetidas biopsias que entrañan riesgo de infecciones y gastos adicionales.
Se estima que se requiere una dosis de radiación de unos 5 mSv sobre el tejido periférico de la próstata para detectar la concentración de Zn con una precisión estadística de alrededor del 5%.

Claims (27)

1. Un aparato para la detección in vivo de un elemento químico (7) en la próstata de un sujeto, que consta de lo siguiente: (a) una sonda (1) adaptada para su inserción en por lo menos el recto o la uretra del sujeto, constando dicha sonda de: (i) una fuente de radiación (3) capaz de excitar el elemento químico para emitir radiación de rayos X fluorescentes para formar radiación emitida (5); (ii) un detector de radiaciones (6) capaz de detectar dicha radiación emitida y adecuado para cartografiarla, y (iii) un sistema de colimación de radiación (28); y el aparato, que consta de: (b) métodos para cartografiar la concentración del elemento químico en la próstata, basándose en la mencionada cartografía de dicha radiación emitida.
2. Aparato conforme a la reivindicación 1, donde dicho detector de radiaciones se selecciona del grupo compuesto por un detector de exploración, un detector sensible a la posición, varios detectores sensibles a los rayos X y un detector de estado sólido de resolución de alta energía.
3. Aparato conforme a la reivindicación 2, donde dicho detector de estado sólido comprende uno detector basado en silicona (Si), activado por silicona-litio (Si(Li)), de yoduro de mercurio(HgI_{2}) o de telururo de cadmio-zinc (CdZnTe).
4. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde dicha fuente de radiación comprende una fuente de radiación de exploración.
5. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde en dichos modos de cartografía, la concentración del elemento químico en la próstata proporciona un contorno de la posible región cancerosa de la próstata.
6. Aparato conforme a la reivindicación 5, donde dichos métodos para cartografiar la concentración del elemento químico en la próstata proporcionan dicho contorno según una distribución del elemento químico en por lo menos una región de la próstata examinada.
7. Aparato conforme a la reivindicación 6, donde dicho contorno es determinado por lo menos parcialmente según una distribución de diferentes concentraciones del elemento químico dentro de por lo menos la mencionada
zona.
8. Aparato conforme a la reivindicación 7, donde la mencionada distribución de dichas concentraciones diferentes del elemento químico también se emplea para estadificar el cáncer.
9. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende asimismo métodos de cartografía adicionales para combinar la información procedente de dichos métodos para cartografiar la concentración del elemento químico en la próstata y determinar dicho contorno.
10. Aparato conforme a la reivindicación 9, donde dicha cartografía adicional incluye la TRUS (sonda de ultrasonido transrectal).
11. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el elemento químico incluye el zinc y el detector de radiaciones y la fuente de radiación mencionados son adecuados para la medición de la concentración de zinc, y donde dichos medios de cartografiado de la concentración del elemento químico en la próstata cartografían la concentración de zinc para detectar un posible cáncer en por lo menos una parte de la próstata.
12. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde el elemento químico incluye un elemento químico introducido en la próstata para un proceso médico específico, y donde la concentración del elemento químico se cartografía para realizar el proceso médico específico en por lo menos una parte de la próstata.
13. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que incluye métodos de detección del nivel del elemento químico en el tejido de la próstata, basándose en dicha radiación emitida.
14. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde dicho detector de radiaciones detecta la fluorescencia de rayos X.
15. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, donde el elemento químico que debe detectarse incluye uno o más de los siguientes: Zn, Fe, Ca, Br o Pd.
16. Aparato conforme a la reivindicación 15, donde el elemento químico que debe detectarse incluye el Zn.
17. Aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, donde el elemento químico que debe detectarse emite los rayos X fluorescentes característicos de acuerdo con una identidad del elemento químico, y donde una intensidad de dichos rayos X fluorescentes característicos coincide con una concentración del elemento químico tal que el mencionado detector de radiaciones se adapta para detectar por lo menos un elemento químico de acuerdo con los mencionados rayos X fluorescentes característicos y para medir la intensidad mencionada.
18. Aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-17, donde dicha fuente de radiación comprende por lo menos una de entre lo siguiente: una fuente radioactiva, un tubo de rayos X, una fuente de luz sincrotrónica, una guía de haz de rayos X conectada a una fuente externa de rayos X o un generador de rayos X de plasma en miniatura.
19. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, donde dicha sonda incluye un dispositivo de biopsia.
20. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, donde dicha sonda incluye un dispositivo para la inyección de un fármaco.
21. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde dicha sonda incluye un dispositivo para iluminar el tumor con luz.
22. Aparato conforme a la reivindicación 13, donde dicho nivel de elementos químicos se detecta mediante la medición de normalización de dicha radiación emitida de acuerdo con una medición de normalización de un elemento de referencia.
23. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, donde el aparato sirve para localizar áreas cancerosas de la próstata del sujeto.
24. Aparato conforme a cualquier de las reivindicaciones 1 a 23, donde dicho sistema de colimación se configura para evitar que el mencionado detector de radiaciones reciba directamente la radiación emitida por la fuente de radiación mencionada.
25. Aparato conforme a la reivindicación 24, donde el mencionado sistema de radiación-colimación hace que el detector de radiaciones reciba tan sólo la radiación emitida por los elementos del tejido de la próstata sujetos a la investigación.
26. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 25, donde dicho detector de radiaciones es capaz de detectar la radiación emitida por un elemento químico radioactivo introducido en la próstata del sujeto.
27. Aparato conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 26, donde el aparato puede desactivar la radiación que emana de dicha sonda.
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