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TED-Ed, Why do hospitals have particle accelerators? - Pedro Brugarolas

Why do hospitals have particle accelerators? - Pedro Brugarolas

This syringe contains a radioactive form of glucose known as FDG.

The doctor will soon inject its contents into her patient's arm,

whom she's testing for cancer using a PET scanner.

The FDG will quickly circulate through his body.

If he has a tumor,

cancer cells within it will take up a significant portion of the FDG,

which will act as a beacon for the scanner.

PET tracers such as FDG

are among the most remarkable tools in medical diagnostics,

and their life begins in a particle accelerator,

just hours earlier.

The particle accelerator in question is called a cyclotron,

and it's often housed in a bunker within hospitals.

It uses electromagnetic fields to propel charged particles

like protons faster and faster along a spiraling path.

When the protons reach their maximum speed,

they shoot out onto a target that contains a few milliliters of a type of water

with a heavy form of oxygen called oxygen-18.

When a proton slams into one of these heavier oxygen atoms,

it kicks out another subatomic particle called a neutron.

This impact turns oxygen-18 into fluorine-18,

a radioactive isotope that can be detected on a PET scan.

In a little under two hours,

about half the fluorine will be gone due to radioactive decay,

so the clock is ticking to get the scan done.

So how can fluorine-18 be used to detect diseases?

Radiochemists at the hospital can use a series of chemical reactions

to attach the radioactive fluorine to different molecules,

creating radiotracers.

The identity of the tracer depends on what doctors want to observe.

FDG is a common one because the rate at which cells consume glucose

can signal the presence of cancer;

the location of an infection;

or the slowing brain function of dementia.

The FDG is now ready for the patient's scan.

When a radiolabeled tracer enters the body,

it travels through the circulatory system and gets taken up by its target—

whether that's a protein in the brain, cancer cells, or otherwise.

Within a few minutes,

a significant amount of the tracer has found its way to the target area

and the rest has cleared from circulation.

Now the doctors can see their target using a PET,

or positron emission tomography, scanner.

The radiation that the tracer emits is what makes this possible.

The isotopes used in PET decay by positron emission.

Positrons are essentially electrons with positive charge.

When emitted, a positron collides with an electron

from another molecule in its surroundings.

This causes a tiny nuclear reaction

in which the mass of the two particles is converted into two high-energy photons,

similar to X-rays,

that shoot out in opposite directions.

These photons will then impact an array

of paired radiation detectors in the scanner walls.

The software in the scanner uses those detectors

to estimate where inside the body the collision occurred

and create a 3D map of the tracer's distribution.

PET scans can detect the spread of cancer

before it can be spotted with other types of imaging.

They're also revolutionizing the diagnosis of Alzheimer's disease

by allowing doctors to see amyloid,

the telltale protein buildup that otherwise couldn't be confirmed

without an autopsy.

Meanwhile, researchers are actively working to develop new tracers

and expand the possibilities of what PET scans can be used for.

But with all this talk of radiation and nuclear reactions inside the body,

are these scans safe?

Even though no amount of ionizing radiation is completely safe,

the amount of radiation the body receives during a PET scan is actually quite low.

One scan is comparable to what you're exposed to over two or three years

from natural radioactive sources, like radon gas;

or the amount a pilot would rack up

from cosmic radiation after 20 to 30 transatlantic flights.

Most patients feel that those risks are acceptable

for the chance to diagnose and treat their illnesses.

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Why do hospitals have particle accelerators? - Pedro Brugarolas |||||Beschleuniger|Pedro| Warum haben Krankenhäuser Teilchenbeschleuniger? - Pedro Brugarolas ¿Por qué los hospitales tienen aceleradores de partículas? - Pedro Brugarolas Perché gli ospedali hanno acceleratori di particelle? - Pedro Brugarolas なぜ病院には粒子加速器があるのか? 병원에 입자가속기가 있는 이유는 무엇인가요? - 페드로 브루가롤라스 Kodėl ligoninėse yra dalelių greitintuvai? - Pedro Brugarolas Dlaczego szpitale mają akceleratory cząstek? - Pedro Brugarolas Porque é que os hospitais têm aceleradores de partículas? - Pedro Brugarolas Почему в больницах есть ускорители частиц? - Педро Бругаролас Hastanelerde neden parçacık hızlandırıcıları var? - Pedro Brugarolas Навіщо лікарням прискорювачі частинок? - Педро Бругаролас 为什么医院有粒子加速器? - Pedro Brugarolas 為什麼醫院有粒子加速器? - 佩德羅·布魯加羅拉斯

This syringe contains a radioactive form of glucose known as FDG. |Spritze||||||||| Esta jeringa contiene una forma radioactiva de glucosa conocida como FDG. Цей шприц містить радіоактивну форму глюкози, відому як ФДГ.

The doctor will soon inject its contents into her patient's arm, ||||注射する|||||| La doctora pronto inyectará su contenido en el brazo de su paciente,

whom she's testing for cancer using a PET scanner. a quien examina por cáncer usando un tomógrafo.

The FDG will quickly circulate through his body. La FDG pronto circulará por su cuerpo.

If he has a tumor, Si tiene un tumor,

cancer cells within it will take up a significant portion of the FDG, las células cancerígenas tomarán una porción importante de la FDG,

which will act as a beacon for the scanner. |||||Leuchtfeuer||| que actuará como modelo para el escáner.

PET tracers such as FDG Positronen-Emissions-Tomographie|||| Los rastreadores TEP como la FDG ПЕТ-індикатори, такі як ФДГ

are among the most remarkable tools in medical diagnostics, están entre las herramientas más extraordinarias en diagnósticos médicos,

and their life begins in a particle accelerator, y su vida comienza en un acelerador de partículas,

just hours earlier. solo horas antes.

The particle accelerator in question is called a cyclotron, El acelerador de partículas en cuestión se llama ciclotrón, De deeltjesversneller in kwestie wordt een cyclotron genoemd, Упомянутый ускоритель частиц называется циклотрон,

and it's often housed in a bunker within hospitals. ||||||バンカー|| y por lo general se almacena en un búnker dentro de los hospitales. и его часто размещают в бункере в госпиталях.

It uses electromagnetic fields to propel charged particles Usa campos electromagnéticos para propulsar partículas cargadas Он использует электромагнитные поля для ускорения заряженных частиц Він використовує електромагнітні поля для руху заряджених частинок

like protons faster and faster along a spiraling path. como protones más y más rápido por un camino en espiral.

When the protons reach their maximum speed, Cuando los protones alcanzan su velocidad máxima,

they shoot out onto a target that contains a few milliliters of a type of water sobresalen en un blanco que contiene unos milímetros de un tipo de agua

with a heavy form of oxygen called oxygen-18. con una forma pesada de oxígeno llamada oxígeno-18.

When a proton slams into one of these heavier oxygen atoms, Cuando un protón se estrella con uno de estos átomos de oxígeno más pesados, Коли протон врізається в один із цих важчих атомів кисню,

it kicks out another subatomic particle called a neutron. expulsa otra partícula subatómica llamada neutrón.

This impact turns oxygen-18 into fluorine-18, Este impacto convierte al oxígeno-18 en flúor 18,

a radioactive isotope that can be detected on a PET scan. ||同位体|||||||| un isótopo radioactivo que puede ser detectado en una tomografía.

In a little under two hours, En poco menos de dos horas, Трохи менше ніж за дві години

about half the fluorine will be gone due to radioactive decay, cerca de la mitad del flúor desaparecerá por descomposición radioactiva, приблизно половина фтору зникне через радіоактивний розпад,

so the clock is ticking to get the scan done. así que el reloj corre para realizar la tomografía.

So how can fluorine-18 be used to detect diseases? ¿Cómo puede usarse el flúor 18 para detectar enfermedades?

Radiochemists at the hospital can use a series of chemical reactions Radiochemiker|||||||||| Los radioquímicos en el hospital pueden usar una serie

to attach the radioactive fluorine to different molecules, para fijar el flúor radioactivo a distintas moléculas,

creating radiotracers. creando marcadores radioactivos. het maken van radiotracers.

The identity of the tracer depends on what doctors want to observe. La identidad del marcador depende de qué es lo que los médicos quieren observar.

FDG is a common one because the rate at which cells consume glucose La FDG es común porque el ritmo al que las células consumen glucosa

can signal the presence of cancer; puede indicar la presencia de cáncer;

the location of an infection; la ubicación de una infección;

or the slowing brain function of dementia. o la función cerebral en disminución de la demencia.

The FDG is now ready for the patient's scan. La FDG está lista para la tomografía del paciente.

When a radiolabeled tracer enters the body, Cuando un marcador isotópico entra al cuerpo, Wanneer een radioactief gelabelde tracer het lichaam binnendringt, Коли радіоактивно мічений індикатор потрапляє в організм,

it travels through the circulatory system and gets taken up by its target— viaja por el sistema circulatorio y lo absorbe su objetivo,

whether that's a protein in the brain, cancer cells, or otherwise. ya sea una proteína en el cerebro, células cancerígenas u otra cosa.

Within a few minutes, En pocos minutos, За кілька хвилин

a significant amount of the tracer has found its way to the target area una cantidad significativa del marcador encuentra su camino al área meta

and the rest has cleared from circulation. y el resto se elimina de la circulación.

Now the doctors can see their target using a PET, Ahora los médicos pueden ver su objetivo usando un TEP,

or positron emission tomography, scanner. o tomografía por emisión de positrones.

The radiation that the tracer emits is what makes this possible. La radiación que emite el marcador es lo que lo hace posible. Випромінювання, яке випромінює індикатор, робить це можливим.

The isotopes used in PET decay by positron emission. Los isótopos usados en TEP se descomponen por emisión de positrones. Ізотопи, які використовуються в ПЕТ, розпадаються за допомогою випромінювання позитронів.

Positrons are essentially electrons with positive charge. Los positrones son electrones con carga positiva. Позитрони - це, по суті, електрони з позитивним зарядом.

When emitted, a positron collides with an electron Cuando se emite, un positrón choca con un electrón

from another molecule in its surroundings. de otra molécula a su alrededor.

This causes a tiny nuclear reaction Esto provoca una pequeña reacción nuclear donde la masa

in which the mass of the two particles is converted into two high-energy photons, de las dos partículas se convierte en dos fotones de alta energía,

similar to X-rays, similares a los rayos X,

that shoot out in opposite directions. que salen disparados en direcciones opuestas.

These photons will then impact an array Estos fotones impactarán un despliegue Потім ці фотони впливатимуть на масив

of paired radiation detectors in the scanner walls. de detectores de radiación emparejados en las paredes del escáner.

The software in the scanner uses those detectors El software del escáner usa esos detectores

to estimate where inside the body the collision occurred para estimar en qué parte del cuerpo ocurrió la colisión

and create a 3D map of the tracer's distribution. y crea un mapa 3D de la distribución del marcador. en maak een 3D-kaart van de distributie van de tracer.

PET scans can detect the spread of cancer Las TEP pueden detectar la propagación del cáncer

before it can be spotted with other types of imaging. antes de que pueda ser detectado con otro tipo de imágenes.

They're also revolutionizing the diagnosis of Alzheimer's disease También están revolucionando el diagnóstico del Alzheimer

by allowing doctors to see amyloid, |||||Amyloidablagerungen permitiendo a los médicos ver amiloide, door artsen amyloïde te laten zien, дозволяючи лікарям побачити амілоїд,

the telltale protein buildup that otherwise couldn't be confirmed |verräterisch||||||| la acumulación de proteína indicadora que de otra manera no podría confirmarse o acúmulo de proteína revelador que de outra forma não poderia ser confirmado показове накопичення білка, яке інакше не можна підтвердити

without an autopsy. sin una autopsia. без розтину.

Meanwhile, researchers are actively working to develop new tracers Mientras tanto, los investigadores trabajan activamente para desarrollar

and expand the possibilities of what PET scans can be used for. y expandir las posibilidades para el uso de las TEP.

But with all this talk of radiation and nuclear reactions inside the body, Con toda esta charla de radiación y reacciones nucleares en el cuerpo,

are these scans safe? ¿son seguras estas tomografías?

Even though no amount of ionizing radiation is completely safe, Aunque ninguna cantidad de radiación ionizante es completamente segura,

the amount of radiation the body receives during a PET scan is actually quite low. la cantidad de radiación que recibe el cuerpo durante una TEP es baja.

One scan is comparable to what you're exposed to over two or three years Una tomografía es comparable a lo que te expones en dos o tres años

from natural radioactive sources, like radon gas; a fuentes radioactivas naturales, como el gas radón;

or the amount a pilot would rack up o la cantidad que un piloto puede acumular або суму, яку міг би назбирати пілот

from cosmic radiation after 20 to 30 transatlantic flights. de radiación cósmica luego de 20 o 30 viajes transatlánticos.

Most patients feel that those risks are acceptable

for the chance to diagnose and treat their illnesses. por la posibilidad de diagnosticar y tratar sus enfermedades.