Introdução à Medicina Nuclear

Detectores de Radiação
Tecnologia em Medicina Nuclear
Prof. Leonardo
 DETECTOR DE RADIAÇÃO
 Conceito
o Dispositivo que indica a presença da radiação.
 Constituição
o Material sensível à radiação;
o Sistema eletrônico → transforma os efeitos da radiação
sobre o material sensível do detector em um sinal.
 IMPORTÂNCIA DOS DETECTORES DE RADIAÇÃO EM
MEDICINA NUCLEAR
 Calibração da dose do radiofármaco a ser injetada no paciente;
 Geração de imagens;
 Dosimetria pessoal;
 Monitorização do ambiente.
 TIPOS DE DETECTORES DE RADIAÇÃO DE MAIOR
INTERESSE EM MEDICINA NUCLEAR
 Detectores à Gás;
 Detectores à Cintilação ou Cintiladores.
 DETECTORES À GÁS
 DETECTORES À GÁS
 Material sensível à radiação → GÁS.
 Gases mais utilizados → hélio ou argônio.
o Gases nobres → estáveis → não se ionizam facilmente, a menos que
algo provoque essa ionização, como a radiação.
 Interação da radiação com o gás → ionização.
o São formados pares elétron - íon positivo.
 Aplicação de um campo elétrico:
o Íons positivos → catodo;
o Elétrons → anodo (corrente elétrica).
 Sistema eletrônico:
o Transforma a corrente elétrica em um sinal relacionado com a
intensidade e a energia da radiação incidente.
 DETECTORES À GÁS
 Regiões de operação para detectores à gás
 DETECTORES À GÁS
 Regiões de operação para detectores à gás
REGIÃO DE SATURAÇÃO IÔNICA
o Campo elétrico aplicado é suficiente para promover a
migração de todos os elétrons e íons positivos, gerados pela
radiação, para os eletrodos (anodo e catodo).
o Sinal gerado é proporcional a intensidade/energia da radiação
incidente, permanecendo o mesmo para um intervalo de
variação do campo elétrico.
o Um detector à gás que opera nessa região de tensão é
chamado de câmara de ionização.
 DETECTORES À GÁS
 Regiões de operação para detectores à gás
REGIÃO DE SATURAÇÃO IÔNICA
o Câmara de ionização de importância em medicina nuclear:
• Calibrador de Dose ou Curiômetro (câmara de ionização tipo poço)
 DETECTORES À GÁS
 Regiões de operação para detectores à gás
REGIÃO DE SATURAÇÃO IÔNICA
o Câmara de ionização de importância em medicina nuclear:
• Calibrador de Dose ou Curiômetro (câmara de ionização tipo poço)
 Montado de forma que a fonte radioativa a ser medida possa ser
introduzida no “poço”, criando uma condição de praticamente
100% de eficiência.
 Muito utilizado na medição da atividade das fontes radioativas e no
ajuste das doses dos radiofármacos a serem administradas aos
pacientes.
 DETECTORES À GÁS
 Regiões de operação para detectores à gás
REGIÃO GEIGER-MÜLLER
o Campo elétrico aplicado é muito elevado:
• Ionizações 2ª, 3ª, etc → multiplicação;
• Carga espacial criada pelos íons positivos é tão grande que perturba
o campo elétrico, interrompendo o processo de multiplicação;
• Número de pares elétron - íon positivo criados passa a ser sempre
da mesma ordem, independente do número de pares iniciais.
o Sinal gerado é independente da intensidade/energia da
radiação incidente.
o Um detector à gás que opera nessa região de tensão é
chamado de detector geiger-müller.
 DETECTORES À GÁS
 Regiões de operação para detectores à gás
REGIÃO GEIGER-MÜLLER
o Detector geiger-müller de importância em medicina nuclear:
• Detector de superfície tipo geiger-müller
 Muito utilizado no monitoramento de
superfícies,
como
superfície corporal.
bancada,
chão
e
 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES
 Material sensível à radiação → CRISTAL (sólido).
 Cristais mais utilizados:
o iodeto de sódio ativado com tálio - NaI(Tl);
o iodeto de césio ativado com tálio ou com sódio - CsI(Tl) ou CsI(Na);
o sulfeto de zinco ativado com prata - ZnS(Ag).
 Princípio base:
fótons gama
↓
fótons de luz
 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES
 Bandas de energia em um cristal ativado
Ocupada por elétrons que têm
energia suficiente para migrar
livremente através do cristal.
Elétrons nunca são
encontrados.
↓
Quando substâncias
ativadoras são
introduzidas no cristal,
ainda que em quantidades
muito pequenas, são
criados sítios especiais na
rede cristalina, dentro da
Banda Proibida.
Ocupada por elétrons que estão
ligados aos sítios da rede cristalina.
 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES
 O fóton gama transfere sua energia para o cristal,
promovendo a ionização de seus átomos.
 Os elétrons removidos dos átomos do cristal distribuem suas
energias excitando os elétrons que não foram removidos.
 Ao retornar para seus estados originais, os elétrons excitados
liberam a energia excedente na forma de fótons de luz, que se
propagam pela estrutura cristalina.
 A produção dos fótons de luz é
intensidade/energia da radiação incidente.
proporcional
à
 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES
Válvula Fotomultiplicadora
↓
Transforma os sinais
luminosos produzidos pela
radiação, usualmente muito
fracos, em sinais elétricos com
intensidade conveniente para
serem processados.
 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES
 Válvula Fotomultiplicadora
o Fotocatodo → transforma os fótons de luz, originados pela
interação da radiação com o cristal, em elétrons.
• São produzidos apenas algumas centenas de fótons de
luz no cristal.
• Assim, o número de elétrons removidos do fotocatodo
também é muito pequeno.
• Consequentemente, o sinal gerado é muito pequeno
para ser convenientemente processado.
 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES
 Válvula Fotomultiplicadora
o Conjunto de Dinodos → multiplica o número de elétrons
originalmente removidos do fotocatodo pelos fótons de luz.
• O elétron que sai de um dinodo é acelerado (ganha energia).
• Ao colidir com a superfície do dinodo seguinte, o elétron remove
mais elétrons que, por sua vez, são acelerados e colidem com o
próximo dinodo, removendo mais elétrons e, assim,
sucessivamente.
• Esse processo é conhecido como fenômeno da multiplicação de
elétrons ou emissão secundária, e produz carga suficiente para
gerar um pulso de tensão ao ser coletada no anodo da válvula
fotomultiplicadora.
 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES
 Detectores à cintilação de importância em medicina nuclear
o Gama-Câmara
• Utilizada para a geração de imagens cintilográficas.
 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES
 Detectores à cintilação de importância em medicina nuclear
o Câmara PET
• Utilizada para a geração de imagens PET.
 DETECTORES À CINTILAÇÃO OU CINTILADORES
 Detectores à cintilação de importância em medicina nuclear
o Cintilômetro
• Utilizado em atividades de triagem e localização de
fontes emissoras de radiação gama.
Controle de Qualidade dos
Detectores de Radiação
Tecnologia em Medicina Nuclear
Prof. Leonardo
 PROGRAMA DE CONTROLE DE QUALIDADE
 Verificação de aparelhos e monitoração de trabalhadores:
o Segurança dos pacientes e qualidade das imagens!
CNEN
“São obrigatórios testes de controle de qualidade da
gama-câmara e demais verificações pertinentes para a
diminuição de incidências de artefatos de imagem.”
 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO
Protetor para
o poço
Blindagem
externa
 Testes a serem realizados:
o Precisão e Exatidão;
o Linearidade.
 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO
 Precisão e Exatidão
Exatidão
X X X
o Fontes seladas e certificadas
(incerteza ≤ ±5%)
X X
X
• Bário-133
• Césio-137
• Cobalto-57
Precisão
 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO
 Precisão e Exatidão → procedimento
1. Selecionar as condições operacionais apropriadas para o radionuclídeo
em questão.
2. Colocar a fonte no suporte e introduzir o suporte no instrumento.
3. Aguardar um tempo suficiente para que a leitura se estabilize.
4. Registrar a atividade.
5. Remover o suporte do instrumento.
6. Repetir os passos 2-5 para um total de 10 mensurações sucessivas.
7. Remover o suporte do instrumento e retirar a fonte.
8. Repetir todos os passos para as outras 2 fontes.
 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO
 Precisão - exemplo
Ai 133Ba
(MBq)
Desvio 133Ba
(%)
Ai 137Cs
(MBq)
Desvio 137Cs
(%)
Ai 57Co
(MBq)
Desvio 57Co
(%)
7,88
7,88
7,88
7,88
7,92
7,88
7,88
7,88
7,88
7,88
0
0
0
0
0,51
0
0
0
0
0
8,73
8,77
8,73
8,73
8,70
8,73
8,73
8,77
8,73
8,77
-0,11
0,34
-0,11
-0,11
-0,46
-0,11
-0,11
0,34
-0,11
0,34
41,03
41,07
41,03
41,11
41,03
41,11
40,92
40,03
41,00
41,07
0,22
0,32
0,22
0,42
0,22
0,42
-0,05
-2,22
0,15
0,32
Amédia = 7,88
Amédia = 8,74
Amédia = 40,94
Amédia ---- 100
Desvio = X – 100
Ai ---- X
(< 5%)
 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO
 Exatidão - exemplo
Amédia
Areal
Desvio
(MBq)
(MBq)
(%)
133Ba
7,88
7,88
0,00
137Cs
8,74
8,70
0,46
57Co
40,94
40,81
0,32
Areal ---- 100
Amédia ---- X
Desvio = X – 100
(< 5%)
 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO
 Linearidade
o Acompanhamento do decaimento radioativo de uma
amostra de um radionuclídeo de T1/2 curta com atividade
maior ou igual à maior atividade usualmente medida pelo
equipamento.
o Radionuclídeo mais comumente utilizado → 99mTc.
 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO
 Linearidade → procedimento
1. Selecionar as condições operacionais apropriadas para o radionuclídeo
em questão (99mTc).
2. Colocar a fonte no suporte e introduzir o suporte no instrumento.
3. Aguardar um tempo suficiente para que a leitura se estabilize.
4. Registrar a atividade.
5. Remover o suporte do instrumento e retirar a fonte.
6. Repetir os passos 2-5 periodicamente, por um período de tempo várias
vezes maior do que a T1/2 do radionuclídeo, para que a fonte decaia a
uma atividade menor ou igual àquela mais baixa usada.
• Para o 99mTc → medir a atividade da fonte a cada 2 horas durante 4
dias de trabalho.
 CALIBRADOR DE DOSE ou CURIÔMETRO
 Linearidade → exemplo
Limite de variação de cada leitura: 10%
 GAMA-CÂMARA
Console
Válvula
Fotomultiplicadora
Gantry
Detectores
Cristal
Colimador
 GAMA-CÂMARA
 Há 2 tipos de testes:
o Testes Intrínsecos → avaliação do sistema sem o colimador.
o Testes Extrínsecos → avaliação do sistema com o colimador.
 Testes a serem realizados:
o Testes diários → I - Uniformidade de Campo ou “Flood”
II - Fotopico
o Testes semanais → I - Resolução Espacial
II - Linearidade
o Teste mensal → Centro de Rotação
 GAMA-CÂMARA
 Uniformidade de Campo ou “Flood”
o Para gerar um campo de radiação uniforme através do
cristal do detector, uma fonte radioativa pontual (pequeno
volume) do radionuclídeo escolhido deve ser posicionada
à uma distância de aproximadamente 5 vezes o diâmetro
ou a diagonal do campo de visão útil do detector.
o A imagem da uniformidade de campo obtida deve ser
minuciosamente inspecionada.
o Geralmente é feito de forma intrínseca (sem o colimador).
 GAMA-CÂMARA
 Uniformidade de Campo ou “Flood” → exemplo
Imagem com aparência uniforme
Imagem com várias áreas “frias”
↓
↓
Gama-Câmara bem ajustada quanto
Descalibração ou mesmo falência de
à uniformidade de campo!
todas as válvulas fotomultiplicadoras!
 GAMA-CÂMARA
 Fotopico
o É um espectro de energia corresponde à energia
principal do fóton gama de um determinado
radionuclídeo.
o Tem o objetivo de verificar se o sistema de aquisição
reconhece a energia da radiação do radionuclídeo em
questão.
o Para isso, é utilizada uma fonte pontual, contendo
apenas o radionuclídeo em questão, e é verificado se o
histograma criado corresponde ao esperado.
o Geralmente é feito de forma intrínseca (sem o colimador).
 GAMA-CÂMARA
 Fotopico → exemplo
 = LMMA
(Largura Máxima a Meia Altura)
99mTc
 = 14 keV
→
Resolução = 14 keV x 100 = 10%
140 keV
Resolução → habilidade do sistema em distinguir radiações gama com
energias muito próximas umas das outras.
 GAMA-CÂMARA
 Resolução Espacial
o É a distância mínima entre 2 pequenas fontes pontuais para que as
mesmas sejam distinguidas na imagem obtida.
o Uma gama-câmara com uma resolução espacial adequada é capaz de
gerar imagens mais refinadas, possibilitando a detecção de pequenas
lesões.
 Linearidade
o É a habilidade da gama-câmara de gerar uma imagem linear de uma
fonte linear.
o Uma gama-câmara com uma linearidade adequada é capaz de gerar
imagens menos distorcidas.
 GAMA-CÂMARA
 Resolução Espacial e Linearidade → exemplo
No exemplo acima, foi utilizado um fantoma de barras.
A gama-câmara conseguiu distinguir até as barras de 2,5 mm, o que significa
uma ótima resolução espacial. Pode-se notar também uma boa linearidade.
 GAMA-CÂMARA
 Centro de Rotação
o A acurácia das imagens depende do desempenho do
detector e da precisão com que ele gira ao redor do
paciente.
o O desvio no centro de rotação pode ocorrer quando os
septos do colimador não estão paralelos entre si ou
quando a gravidade influi em determinadas posições do
detector, produzindo falta de paralelismo entre o detector e
a mesa.
o Como resultado da falha no centro de rotação, pode haver
problemas na reconstrução da imagem, como falsas
regiões de hipocaptação.
 GAMA-CÂMARA
 Centro de Rotação → exemplo
Fonte de 99mTc
Deve-se verificar alguma vibração dos detectores quando os
mesmos deveriam estar parados.