La investigadora del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València) Paola Ferrario acaba de recibir una de las Starting Grants que concede el European Research Council (ERC) para jóvenes investigadores. El proyecto, que supone una inversión de 1,5 millones de euros durante 5 años, busca desarrollar un nuevo sistema de tomografía por emisión de positrones (PET) basado en xenón líquido, en lugar de la actual tecnología de cristales centelleadores. Este nuevo dispositivo mejoraría sensiblemente la medición del ‘tiempo de vuelo’ de las partículas emitidas por el paciente aumentando la sensibilidad del sistema, además de permitir dispositivos más pequeños y económicos.

El proyecto PETALO (aparato de emisión de positrones basado en xenón líquido con aplicaciones de tiempo de vuelo) se basa en la tecnología desarrollada para NEXT, un proyecto internacional que lidera el investigador del IFIC Juan José Gómez Cadenas en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc. NEXT es un detector de xenón, un gas noble a alta presión, que pretende detectar uno de los procesos más raros que, en teoría, ocurren en la naturaleza: la desintegración doble beta sin neutrinos.

De conseguirlo, demostraría que el neutrino, una de las partículas elementales más abundantes del Universo, es su propia antipartícula. Se resolvería así el enigma de por qué nuestro mundo está hecho de materia y no de antimateria cuando se debieron crear idénticas cantidades en el Big Bang. De haber sido así, partículas y antipartículas se hubieran anulado entre ellas impidiendo la formación de átomos y, con ellos, de todo lo que vemos en el cosmos.

Esta investigación, que se remonta al origen del tiempo, tiene consecuencias más inmediatas. Al igual que NEXT pretende detectar una enrevesada colisión entre partículas y antipartículas, PETALO hará lo propio con los positrones emitidos en pruebas de diagnóstico médico con escáneres PET. Este sistema consiste en inocular una sustancia radiactiva en el paciente para que los positrones choquen con su antipartícula, los electrones del cuerpo, y emitan dos fotones, que se detectan con cristales que se iluminan (centellean) a su paso. Después se reconstruye la señal, obteniendo una imagen en tiempo real del interior del paciente.

PETALO sustituye la tecnología de cristales centelleadores por xenón líquido, que es extremadamente sensible a radiaciones ionizantes. Esta reacción o centelleo “es muy rápido e intenso, por lo que es posible construir un PET con buena resolución energética y espacial y excelente resolución temporal”, asegura Paola Ferrario, investigadora del IFIC en el equipo de NEXT y responsable del proyecto financiado por el ERC. Este nuevo sistema mejoraría la medición del ‘tiempo de vuelo’ de las partículas, aspecto crucial para determinar dónde se ha producido la colisión en el cuerpo del paciente y reconstruir así la imagen de su interior.

Según los cálculos publicados por el equipo de Ferrario, PETALO podría reducir esta medición por debajo del umbral de los 100 picosegundos, “una revolución en la tecnología PET que incrementaría la sensibilidad del sistema”. Además, “el menor coste del xenón comparado con los cristales centelleadores” permitirá, según la investigadora, por un lado reducir el precio y mejorar los resultados de los escáneres PET para todo el cuerpo, y, por otro, desarrollar escáneres más pequeños para estudiar órganos como el cerebro.

Entre los retos que supone adaptar esta tecnología a la clínica, Paola Ferrario destaca las consecuencias de trabajar con escáneres PET criogénicos, puesto que se necesita refrigerar el sistema a -100 °C para conseguir xenón líquido. “A nuestro favor juega el hecho de que ya hay técnicas de diagnóstico que trabajan a bajas temperaturas como la resonancia magnética, cuyos imanes necesitan helio líquido, ¡mucho más frío que el xenón!”, remarca.

El objetivo de esta primera fase de PETALO financiada por el ERC es demostrar el funcionamiento de la tecnología mediante una serie de prototipos con dos detectores de xenón líquido. La señal se obtendrá mediante sensores basados en silicio llamados SiPM, una tecnología nueva y en continua evolución muy utilizada en experimentos de física de partículas. Se probarán dos tipos: los sensibles a la luz azul y un nuevo tipo de SiPM sensible a la luz ultravioleta del xenón cuando reacciona a la radiación gamma que llega del cuerpo. La siguiente fase del proyecto desarrollará la construcción de un anillo entero de detectores y de los algoritmos de reconstrucción de imágenes, aplicados a un escáner cerebral.