medicina nuclear - Universidade do Minho
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Laboratório de Análise e Processamento de Imagens Médicas e Odontológicas. MEDICINA NUCLEAR SEL 5705 – FUNDAMENTOS FÍSICOS DOS PROCESSOS DE FORMAÇÃO DE IMAGENS (Sub-área de Imagens Médicas) PROF. DR. HOMERO SCHIABEL ALUNA: LUCIANA DE TORO G. GUIMARÃES Engenharia Elétrica - EESC - São Carlos Universidade de São Paulo - USP MEDICINA NUCLEAR Histórico Conceito O Exame Como se realiza o exame Em quais casos é indicado Radiação Gama Radiofármacos Comportamento Biológico Formação da Imagem Cíclotron 2 MEDICINA NUCLEAR Câmara Gama Colimadores SPECT / PET Principais Aplicações; Vantagens e Desvantagens Cintilografia Tipos de Exames Controle de Qualidade Imagem/Equipamento Aplicações Médicas Conclusão Referências Bibliográficas 3 MEDICINA NUCLEAR Histórico 4 MEDICINA NUCLEAR Antonie-Henri Becquerel Físico francês; 1896: observou a existência de “raios” emitidos pelo urânio capazes de impregnar um filme fotográfico; “Pai da radioatividade”. 1859 - 1906 5 MEDICINA NUCLEAR Hans Wilhelm Geiger Físico alemão; Contador Geiger; Tubo Geiger Muller (capaz de medir pequenas quantidades de radioatividade. 6 MEDICINA NUCLEAR Pierre Curie Físico e químico francês; Co-autor da descoberta do Po-210 e Ra-226. 1859 - 1906 7 MEDICINA NUCLEAR Marie Curie Matemática e química polonesa; Co-autora do isolamento do Po-210 e Ra-226; Nomeou os “misteriosos” raios de radioatividade. 1867 - 1934 8 MEDICINA NUCLEAR George Charles de Hevesy Físico-Químico húngaro; 1943: Prêmio desenvolvimento radiotraçadores; Nobel pelo dos Estudou o chumbo e fósforo no metabolismo de plantas e ratos; “Pai dos radiotraçadores”. 1859 - 1906 9 MEDICINA NUCLEAR Hermann Blumgart 1926: pioneiro no uso de radiotraçador no homem; Bismuto 214: avaliou a velocidade do fluxo sanguíneo de um braço a outro; “Pai do uso diagnóstico dos radiotraçadores”. 10 MEDICINA NUCLEAR Frèdrèric Joliot Curie e Irène Curie Descobriram a radioatividade artificial; 1934: Direcionaram um feixe de partículas alfa de uma fonte de rádio num alvo de alumínio. 11 MEDICINA NUCLEAR Ernest Lawrence Físico americano; 1939: Prêmio Nobel de física pela invenção do Cíclotron; 1901 - 1958 12 MEDICINA NUCLEAR John H. Lawrence 1937: empregou P-32 no tratamento de pacientes com leucemia; “Pai da terapia com radioisótopos”. 13 MEDICINA NUCLEAR Emílio Segre Físico italiano; 1936/37: descobriu o Tc-99m; * palavra (artificial) grega techetos 1905 - 1989 14 MEDICINA NUCLEAR Sam Seidlin 1949: Demonstrou a erradicação de metástase de CDT pelo Iodo-131; “Pai da radioterapia”. 15 MEDICINA NUCLEAR Benedict Cassen Inventor do cintilógrafo retilíneo (1950); “Pai da imagem na Medicina Nuclear”. 16 MEDICINA NUCLEAR Marshall Brucer Convenceu a Comissão de Energia Atômica americana sobre o benefício do uso de RF pelos médicos; Preconizou cursos de formação médica ; 1º presidente do SMN; “Pai da estruturação da MN”. 1913 - 1994 17 MEDICINA NUCLEAR Hal Anger 1957: câmara de cintilação; Estudos dinâmicos e de corpo inteiro; “Pai da imagem dinâmica”. 1905 - 1989 18 MEDICINA NUCLEAR Conceito Utiliza pequenas quantidades de substâncias radioativas ou "traçadores" para o diagnóstico ou tratamento de doenças. mostra a causa da doença; função dos órgãos e tecidos. 19 MEDICINA NUCLEAR Conceito Câmara: câmara gama ou câmara de cintilação; transformação das emissões em imagens; informações de como se encontra a função do órgão em estudo. O médico nuclear: interpreta estes estudos (ou cintilografias); determina qual a causa da doença. 20 MEDICINA NUCLEAR Conceito Utiliza técnicas seguras e indolores para formar imagens do corpo e tratar doenças. Única por revelar dados sobre a anatomia e a função dos órgãos. 21 MEDICINA NUCLEAR Conceito É uma maneira de coletar informações de diagnóstico médico que, de outra forma, não estariam disponíveis. requereriam cirurgia; exames de diagnóstico mais caros. A avaliação funcional realizada pela medicina nuclear traz, muitas vezes, informações diagnósticas de forma precoce em diferentes patologias. 22 MEDICINA NUCLEAR Como se realiza um exame de MN 3 passos principais: administração do traçador; aquisição de imagens; análise das imagens. Uma pequena quantidade de material radioativo é absorvida pelo corpo. A aquisição das imagens, que pode variar de poucas horas a alguns dias, dependendo do tipo de exame a ser realizado. 23 MEDICINA NUCLEAR Como se realiza um exame de MN Uma câmera especial é utilizada para tirar fotografias de seu corpo. Possui detectores especiais que podem captar a imagem dos materiais radioativos localizados dentro do corpo. A imagem, gravada em filme ou em um computador, é, então, avaliada por seu médico. 24 MEDICINA NUCLEAR Em quais casos é indicado Danos fisiológicos ao coração; Restrição do fluxo sangüíneo ao cérebro; Tireóide, rins, fígado e pulmões; Tratamento do hipertireoidismo; Alívio da dor para certos tipos de câncer dos ossos. 25 MEDICINA NUCLEAR Radiação Gama Surgem a partir de reações nucleares e têm energias associadas com níveis de excitação nuclear, tipicamente na faixa de 30 KeV a 3 Mev. Devem possuir energias suficientes para que não sejam indevidamente absorvidos pelo corpo. 26 MEDICINA NUCLEAR Radiação Gama O limite superior é determinado pela diminuição da eficiência dos detectores. Vai a qualquer profundidade, embora a intensidade decresça com a espessura atravessada. 27 MEDICINA NUCLEAR Radiação Gama 28 MEDICINA NUCLEAR Radiofármacos Esses agentes, conhecidos como radiofármacos, têm a função de mostrar a função fisiológica de órgãos ou sistemas. A distribuição desses agentes no corpo é determinada pela forma como eles são administrados e por processos metabólicos. Cloreto deTálio (Tl-201) músculo cardíaco. Iodeto de Sódio (I-131) Tireóide. MDP (Tc-99M) Osso. 29 MEDICINA NUCLEAR Radiofármacos Todos, exceto testes in vitro, requerem a administração de elementos radiofarmacêuticos para o paciente. 30 MEDICINA NUCLEAR Radiofármacos Utilizados na Avaliação da Função e Morfologia da Glândula Tireóide 31 MEDICINA NUCLEAR Tecnécio-99m Decai pela emissão de radiação gama de 140 KeV; Não emite radiação beta e tem meia vida de apenas 6 h, é possível que se administrem atividades radioativas mais elevadas do que aquelas utilizadas com I-131 e I-123, o que contribui para a qualidade da imagem obtida. 32 MEDICINA NUCLEAR Radiofármacos umaa substância com um isótopo radioativo Dependendo radiofármaco utilizado, um éouadministrado mais radiaçãodoemitida é utilizada para localizar a órgãos específicos do corpo radioativos. no paciente por viatornar-se-ão oral ou intravenosa. quantidade de substância recolhida pelo tecido. 33 MEDICINA NUCLEAR Tecnécio-99m 140 keV Tc-99m Radiação Gama 34 MEDICINA NUCLEAR Gerador de Tecnécio-99m Exemplo de um gerador de 99mTc 35 MEDICINA NUCLEAR Comportamento Biológico Quantidade e tempo de permanência do elemento radioativo no corpo (meia vida). Fatores que devem ser considerados na seleção de um radionuclídeo: são os tipos de radiação emitida; a energia e abundância de raios gama; e a sua meia vida. 36 MEDICINA NUCLEAR Formação da Imagem 37 MEDICINA NUCLEAR Formação da Imagem Distribuição predominante do órgão que se deseja estudar; Resolução baixa comparada com CT ou ressonância; Valor diagnóstico muito alto fornece informações funcionais; 38 MEDICINA NUCLEAR Cíclotron Equipamento capaz de produzir radioisótopos (elementos químicos radioativos) necessárias para se obterem as imagens funcionais. É possível produzir substâncias como: carbono-11; oxigênio-15; flúor-18. Um ciclotron para a síntese de radiofármacos 39 MEDICINA NUCLEAR Cíclotron Canhão circular; Formado por dois eletrodos ocos em forma de D, separados por um espaço intermediário; Um acelerador de partículas nucleares subatômicas. 40 MEDICINA NUCLEAR Cíclotron 41 MEDICINA NUCLEAR Cíclotron 42 MEDICINA NUCLEAR Aplicações dos Radioisótopos 43 MEDICINA NUCLEAR Câmara Gama Desenvolvida por HAL ANGER década de 60; É um equipamento usado na Medicina Nuclear: PET e SPECT, para detectar e localizar a origem espacial de raios gama emitidos pelos radiofármacos. 44 MEDICINA NUCLEAR Câmara Gama Imagens em vários planos; Cristal de cintilação (NaI) de 25 à 40 cm; Fotomultiplicadores com informações sobre as coordenadas (x,y); Colimadores; Saída: Filme ou monitor; Possibilita imagens dinâmicas. 45 MEDICINA NUCLEAR Protótipo da câmara para radiação gama Técnica uma substância com um isótopo radioativo é administrado no paciente; a radiação emitida é utilizada para localizar a quantidade de substância recolhida pelo tecido. 46 MEDICINA Colimadores utilizados NUCLEAR em Medicina Nuclear Orifícios Paralelos Convergente Imagem Imagem Objecto Objecto Obturador (pinhole) Divergente Imagem Imagem 47 Objecto Objecto MEDICINA NUCLEAR Colimador de Alta Resolução 48 Cintilografia da tiróide utilizando colimador de alta resolução. MEDICINA NUCLEAR Colimador Pinhole Cintilografia da tiróide utilizando colimador "pin-hole". 49 MEDICINA NUCLEAR Colimador Pinhole Imagem fica invertida; Imagem pode ficar ampliada ou reduzida; Alta resolução de pequenos órgãos a pequenas distâncias; Tamanho da imagem depende da distância entre o objeto e o colimador b. 50 MEDICINA NUCLEAR Colimadores utilizados em Medicina Nuclear Material de elevado número atômico (Pb ou W); Colocado o mais próximo possível do detector e do paciente para melhorar a resolução espacial; Septa e furos definidos para cada aplicação: alta resolução; elevada eficiência; grande campo de visão. 51 MEDICINA NUCLEAR Colimadores utilizados em Medicina Nuclear 52 Princípio do Funcionamento Câmara Gama MEDICINA NUCLEAR A partícula, ao atravessar o material cintilador, com superior electrões atômicos Após um curtoéperíodo de tempo o electrão orbital acima decai O electrão promovido para um nívelcolide deda energia Cristal cintilador através dodeixando Foto Eléctrico ou de Compton para oEfeito estado de energia inferior emitindo radiação uma vaga no seuEspalhamento estado natural colimador * 0º 53 Princípio do Funcionamento Câmara Gama MEDICINA NUCLEAR Cristal cintilador colimador * 0º 54 MEDICINA NUCLEAR SPECT – Single Photon Emission Computed Tomography 55 MEDICINA NUCLEAR SPECT – Single Photon Emission Computed Tomography Principal área de utilização ONCOLOGIA Utiliza 1 ou 2 sensores ou ainda anel em torno do paciente; Tipicamente 2 imagens em planos diferentes; Imagens de cérebro, coração, pulmão, fígado, ossos. 56 MEDICINA NUCLEAR SPECT – Single Photon Emission Computed Tomography VANTAGENS: Emprega-se radiofármacos convencionais; Custo acessível; Seu princípio é o uso de um radiofármaco. 57 MEDICINA NUCLEAR SPECT – Single Photon Emission Computed Tomography 1 Detector 2 Detectores à 180º 2 Detectores com ângulo variável 58 MEDICINA NUCLEAR SPECT – Single Photon Emission Computed Tomography Conventional SPECT Colimador Paralelo; Reconstrução 2D (slice-by-slice). 59 MEDICINA NUCLEAR SPECT Ideal Atividade detectada deve ser a mesma em todas as projeções. Problemas encontrados na prática: Angulação do detector ou colimador; Variação da atividade com o tempo; Atenuação não uniforme; Movimento do paciente. 60 MEDICINA NUCLEAR SPECT Cardíaco - Posicionamento Posicionar bem centralizado com os braços o mais confortável; Informar o paciente para não movimentar; Aproximar o máximo o detector do paciente; Ajustar a angulação do detector. 61 MEDICINA NUCLEAR PET (Positron Emissor Tomography) Detecta com precisão quando determinada parte do corpo apresenta alteração de metabolismo. A máquina obtém uma série de imagens e as agrupa, criando uma figura tridimensional na tela do computador. 62 MEDICINA NUCLEAR PET (Positron Emissor Tomography) Seu princípio é o uso de um radiofármaco chamado FDG, ou fluoro-deoxi-glicose, marcado com o flúor-18 (FDG-18F), que é semelhante à glicose. O FDG-18F é captado por células que têm grande consumo de glicose por ter maior atividade metabólica. 63 MEDICINA NUCLEAR PET (Positron Emissor Tomography) 64 MEDICINA NUCLEAR PET (Positron Emissor Tomography) Como a radiação gama emitida dentro do cérebro é simétrica, o par de detectores posicionados a 180 graus um do outro simultaneamente poderão sentir os raios. 65 MEDICINA NUCLEAR PET (Positron Emissor Tomography) Um seção do cérebro obtida pelo PET Orientação da fatia 66 MEDICINA NUCLEAR PET (Positron Emissor Tomography) A atividade dos receptores de DOPA no cérebro Uma reconstrução 3d das imagens do PET 67 MEDICINA NUCLEAR PET (Positron Emissor Tomography) Imagens cerebrais utilizando o 18F-FDG obtidas com o PET. 68 MEDICINA NUCLEAR PET (Positron Emissor Tomography) 69 MEDICINA NUCLEAR PET (Positron Emissor Tomography) 70 MEDICINA NUCLEAR O que o PET pode fazer 71 MEDICINA NUCLEAR O que o PET pode fazer 72 MEDICINA NUCLEAR O que o PET pode fazer 73 MEDICINA NUCLEAR Principais Aplicações SPECT/PET Neurologia – demências, epilepsias, parkinson... Farmacologia – testes de novos fármacos Cardiologia - obstruções Oncologia – desenvolvimento de tumores Nefrologia – distúrbios renais Angiologia – doenças vasculares 74 MEDICINA NUCLEAR Vantagens SPECT/PET Vantagens Não necessita de intervenção cirúrgica; Resultado rápido; Confiabilidade; Pode identificar problemas futuros (análise metabólica). Minimamente invasivo. 75 MEDICINA NUCLEAR Desvantagens SPECT/PET Desvantagens Ingestão ou inalação de radiofármacos; Custo dos exames; Preço do equipamento; Infra estrutura necessária. 76 MEDICINA NUCLEAR Cintilografia É um procedimento que permite assinalar num tecido ou órgão interno a presença de um radiofármaco e acompanhar seu percurso graças à emissão de radiações gama que fazem aparecer na tela uma série de pontos brilhantes (cintilação). Os elementos radioativos utilizados são de baixa energia, não expondo o paciente a grandes doses de radiação. 77 MEDICINA NUCLEAR Cintilografia Cintilografia da Tiróide 78 MEDICINA NUCLEAR Cintilografia 79 MEDICINA NUCLEAR Cintilografia Cintilografias da tiróide realizadas utilizando o I-131, o I-123 e o Tc-99m 80 MEDICINA NUCLEAR Tipos de Exames 81 Cintilografia de perfusão miocárdica MEDICINA NUCLEAR Tipos de Exames Cintilografia Óssea 82 MEDICINA NUCLEAR Tipos de Exames 83 Cintilografia de perfusão cerebral MEDICINA NUCLEAR Tipos de Exames Cintilografia renal estática 84 Cintilografia renal dinâmica com diurético MEDICINA NUCLEAR Tipos de Exames Cintilografia para pesquisa de Refluxo gastroesofágico Cintilografia pulmonar (inalação/perfusão) 85 MEDICINA NUCLEAR Qualidade da Imagem Afetada por existirem diferentes graus de absorção entre os tecidos; Comparação entre tecido normal e patológico; Contraste prejudicado por sobreposição de estruturas; Dependente do equipamento utilizado. Resolução é função do cristal (NaI) e dos colimadores; 86 MEDICINA NUCLEAR Controle de Qualidade – Câmaras de Cintilação Para obter imagens cintilográficas precisas e verdadeiras; Para corrigir problemas nas imagens antes que alterem as imagens clínicas; Para aceitação de uma câmera nova: Comparar parâmentros obtidos com as especificações do fabricante através da norma NEMA ( National Electrical manufacture’s Association) Para determinar a frequência e a necessidade de uma manutenção 87 preventiva. MEDICINA NUCLEAR Controle de Qualidade – Artefatos 88 MEDICINA NUCLEAR Controle de Qualidade – Artefatos 89 MEDICINA NUCLEAR Aplicações Médicas Imagem da glândula tireóideo com 123I melhor resolução espacial; muito adaptado a exames pediátricos; melhor uso das instalações existentes para adultos; Cintimamografia com 99mTc-MIBI detecção precoce de tumores com imagem funcional de alta resolução; melhor capacidade de diagnóstico que a mamografia 90 convencional ou digital. MEDICINA NUCLEAR Aplicações Médicas Tratamento de Hipertiroidismo: Dose elevadas de Iodo radioativo 131I; Radiação Beta; Via oral e exame realizado após 2 e 24 horas para efeito de comparação; Morte de células e redução da multiplicação das restantes; 91 MEDICINA NUCLEAR Fins Terapêuticos O 131I sendo um beta-emissor é um potente agente terapêutico capaz de destruir tecidos que captam iodo. No tratamento da síndrome de Graves (Hipertireoidismo). 92 MEDICINA NUCLEAR Fins Terapêuticos No tratamento da doença de Plummer (multi nódulos) causando aumento da glândula da tireóide. 93 MEDICINA NUCLEAR Conclusão Fornece informações que outros métodos não apresentam; Sensibilidade elevada em detectar alterações na função de um determinado órgão; Os exames são mais sensíveis para detecção de doenças do que a maioria dos outros exames de diagnóstico; Identifica as alterações muito antes do problema se tornar aparente por outros exames. 94 MEDICINA NUCLEAR Conclusão Exames de medicina nuclear hoje disponíveis, incluem: estudos cerebrais, diagnóstico e tratamento de tumores; avaliação das condições dos pulmões e coração; análise funcional dos rins e de todos os sistemas dos principais órgãos do corpo. Preço; PET-Scan - US$ 2,5 milhões. pode reduzir os gastos de reinternação do paciente; gastos de um hospital. 95 A MEDICINA medicina nuclear no contexto mundial NUCLEAR Discurso de Eisenhower Átomos para a paz” 08/12/1953 em NY: “Não é suficiente retirar arma das mãos dos soldados. Deve ser colocada nas mãos daqueles que conhecem como adaptá-la na arte da paz”. Criação da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA) 96 MEDICINA NUCLEAR Evolução do símbolo da radiação 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 MEDICINA NUCLEAR Vídeo 117 Laboratório de Análise e Processamento de Imagens Médicas e Odontológicas. MEDICINA NUCLEAR Muito Obrigada! LUCIANA DE TORO G. GUIMARÃES [email protected] Engenharia Elétrica - EESC - São Carlos Universidade de São Paulo - USP 118 MEDICINA NUCLEAR Referências Bibliográficas Rocha, A. F. G. “Medicina Nuclear”. Editora: Guanabara Koogan, 1976. 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