medicina nuclear

MEDICINA NUCLEAR
APRESENTAÇÃO
Professor: Augusto Sampaio
Conceitos Básicos Sobre Medicina
Nuclear.
O que é Medicina Nuclear?
Medicina Nuclear é uma especialidade
que emprega fontes abertas de materiais
radioativos com finalidade diagnóstica e
terapêutica. Habitualmente os materiais
radioativos são administrados in vivo e
apresentam distribuição para
determinados órgãos ou tipos celulares.
Esta distribuição pode ser ditada por
características do próprio elemento
radioativo, como no caso das formas
radioativas do iodo, que, a
semelhança deste com a do não
radioativo , faz com que ele seja
captado pela tireóide que o emprega
na síntese hormonal.
Outras vezes o elemento radioativo é
ligado a um outro grupo químico,
formando um radiofármaco com
afinidade por determinados tecidos,
como no caso dos compostos a base de
fostato ligados ao tecnécio-Tc99m que
são captados pelos ossos.
Nas aplicações diagnósticas a distribuição do
radiofármaco no corpo do paciente é
conhecida a partir de imagens bidimensionais
(planares) ou tomográficas (Spect), geradas
em um equipamento denominado câmara de
cintilação computadorizada, câmara
cintilográfica ou gama-câmara.
Imagem Bidimensional (Planar)
Imagem Tomográfica (Spect)
Câmara de Cintilação
Câmara de Cintilação
A maior ou menor captação dos
compostos permite avaliar a função dos
orgãos ao contrário da maioria dos
métodos radiológicos que dão maior
ênfase na avaliação anatômica . A
avaliação funcional realizada pela
medicina nuclear traz, muitas vezes,
informações diagnósticas de forma
precoce em diferentes patologias.
A radioatividade da maioria dos
elementos empregados em medicina
nuclear cai para a metade (tempo
denominado de meia vida) em questão
de horas ou dias e a radiação emitida é
do tipo gama, similar aos raios X.
O tempo de permanência dos materiais
radioativos no corpo do paciente é ainda
mais reduzido considerando-se que
muitas vezes ocorre eliminação deste
pela urina.
Tomando como exemplo o tecnécio-99m,
isótopo empregado para a marcação da
maioria dos radiofármacos, verificamos
que sua meia-vida é de apenas 6 horas e
emite radiação gama com energia de 140
keV.
A baixa dose de radiação dos
procedimentos diagnósticos é, de forma
geral, similar ou inferior à de outros
métodos diagnósticos que empreguem
raios X.
Alguns radioisótopos emitem radiação
beta, com muito maior poder de
ionização dos tecidos que a radiação
gama. Estes materiais também têm sua
captação dirigida para certos tecidos,
como no já citado exemplo do iodo-131
que é captado pela tireóide.
Cintilografia da Tireóide
Quando administrados em altas
atividades, estes isótopos podem ser
empregados com finalidade terapêutica
(no exemplo citado, o iodo-131 permite a
redução seletiva do parênquima glandular
em casos de hipertireoidismo ou mesmo
o tratamento de metástases do carcinoma
bem diferenciado da tireóide).
Pesquisa
de Corpo
Inteiro
com Iodo
I131
A descoberta do raios-X, os princípios básicos;
O físico alemão Roentgen observou que saíam
raios misteriosos de uma ampola de Crookes (físico
inglês), capazes de atravessar folhas de papelão.
Por isso, ele os chamou de raios “X”.
A ampola de Edison, que ficou conhecida como
lâmpada incandescente, depois de aperfeiçoada, deu
origem à ampola de Crookes, usada por Roentgen.
Atualmente, a ampola de raios-X mais famosa é o
tubo de televisão.
A descoberta do raios-X, os princípios básicos;
O físico alemão Roentgen observou que saíam
raios misteriosos de uma ampola de Crookes (físico
inglês), capazes de atravessar folhas de papelão.
Por isso, ele os chamou de raios “X”.
A ampola de Edison, que ficou conhecida como
lâmpada incandescente, depois de aperfeiçoada, deu
origem à ampola de Crookes, usada por Roentgen.
Atualmente, a ampola de raios-X mais famosa é o
tubo de televisão.
A descoberta de Roentgen permitiu “fotografar” o
interior de muitos objetos e o corpo humano,
opacos à luz mas transparentes aos raios-X.
Quando se eleva a voltagem de alimenteção da
ampola ou “tubo de raios-X, eles se tornam mais
penetrantes.
A descoberta da radioatividade, os princípios
básicos;
O fenômeno da radioatividade foi descoberto no
fim do século dezenove, quando Henri Becquerel
em 1896 verificou que sais de urânio emitiam
radiações capazes de impressionar chapas
fotográficas. Em 1898, Pierre e Marie Curie deram
ao fenômeno o nome de radioatividade e
demonstraram que era característico de cada
elemento, constataram no radium, polônio, tório e
urânio.
Só alguns anos após, Ernest Rutherford (1903) pode
explicar o fenômeno da radioatividade e verificar
que os átomos radioativos não são estáveis, e que
ao emitirem radiações transformavam-se em outro
elemento radioativo. Os radionuclídeos encontrados
na natureza são chamados de naturais com número
atômico maior que 92 e possuem meia-vida longa.
Ao sofrerem alterações laboratoriais, em ciclotrons
(bombardeamento com partículas carregadas de alta
energia) ou em reatores nucleares (onde o
bombardeamento é feito com neutrons), dão origem
a centenas de outros radionuclídeos secundários.
Histórico
• 1934 descoberta da radiação artificial.
• 1946 primeiro reator para radionuclídeos
•
•
•
•
disponibilizado.
1940 P-32 primeiro radioisótopo que se concentra
em tumores.
1946 I- 131 é usado em patologias de tireóide.
1960 iniciado os primeiros geradores de Tecnécio.
1965 iniciada a comercialização desses geradores.
• Primeiros detectores simples de radiação foram
•
•
•
•
utilizados para captação de Iodo pela tiróide
1950 mapeadores retilíneos.
1960-70 câmaras de cintilação
1970 - 80 câmaras tomográficas.
1980 tecnologia PET; PET/CT.
História da Medicina Nuclear
O primeiro mapeador retilíneo surgiu em 1950
(Benedict Cassen). O primeiro scanner de corpo
inteiro foi desenvolvidos em 1951 (H. Anger). As
primeiras câmaras de cintilação surgiram apenas em
1960, com baixa qualidade de imagem e baixa
definição de detalhes. A partir de 1970 houve uma
melhora significativa nos cristais de cintilação.
Um passo fundamental no desenvolvimento das
Câmaras de Cintilação, foi a criação de tubos
fotomultiplicadores capazes de detectarem sinais
luminosos muito fracos (um número pequeno de
fótons) e de os converterem em sinais elétricos.
A Estrutura da Matéria e o Átomo
Todas as coisas existentes na natureza são
constituídas de átomos ou suas combinações.
Atualmente, sabemos que o átomo é a menor
estrutura da matéria que apresenta as propriedades
de um elemento químico.
A estrutura de um átomo é semelhante à do Sistema
Solar, consistindo em um núcleo, onde fica
concentrada a massa, como o Sol, e em partículas
girando em seu redor, denominadas elétrons,
equivalentes aos planetas.
Estrutura do Núcleo
O núcleo do átomo é formado, basicamente, por
partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de
partículas de mesmo tamanho mas sem carga,
denominadas nêutrons.
O número de prótons (ou número atômico)
identifica um elemento químico, comandando seu
comportamento em relação aos outros elementos.
Esquematização de um Átomo
Os Isótopos
O número de nêutrons no núcleo pode ser variável,
pois eles não têm carga elétrica. Com isso, um
mesmo elemento químico pode ter massas
diferentes. Átomos de um mesmo elemento químico
com massas diferentes são denominados isótopos.
O hidrogênio tem 3 isótopos: o hidrogênio, o
deutério e o trício (ou trítio).
Hidrogênio Trício (Trítio)
Deutério
1 próton
1 próton
1 próton
2 nêutrons
1 nêutron
Radiação: é a propagação de energia através do
espaço, podendo ocorrer através de partículas ou de
ondas eletromagnéticas.
Radiação eletromagnética – Quando a energia é
carregada por um campo elétrico e magnético,
temos radiação eletromagnética. As radiações
eletromagnéticas se propagam em linha reta, sendo
sua velocidade, no vácuo, igual à velocidade da luz.
Os fótons de raios X, de origem atômica, são
gerados pela interação de um elétron acelerado com
os elétrons dos átomos.
Os fótons gama são em geral oriundos do núcleo
dos átomos. Ambas as radiações são capazes de
ionizar a matéria, pois apresentam energia
suficiente para remover elétrons do meio com que
interagem e deixá-lo carregado positivamente.
Radiação Corpuscular – Quando partículas com
massa e velocidade formam um feixe, dizemos que
a energia é carregada na forma de radiação
corpuscular.
MODOS DE DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA
INTRODUÇÃO
Cada modo de desintegração radioativa dá origem a
um tipo de radiação nuclear. Os núcleos dos
átomos podem ser modelados com estrutura
semelhante à da eletrosfera, isto é, como se os
núcleos (prótons e nêutrons) estivessem
distribuídos em níveis de energia. Há configurações
do núcleo que produzem instabilidade nuclear, em
outras palavras, o átomo acumula quantidade de
energia no núcleo suficiente para romper as forças
nucleares de ligação (fraca e forte).
Como resultado ocorre o processo de busca de
estabilidade através da eliminação do excesso de
energia. Este processo pode englobar desde a
simples emissão de um fóton de alta energia (raio
gama) até a quebra do núcleo com emissão de
partículas associadas, ou não, com emissão de
fótons. Este processo pode ter várias etapas com
emissão de radiações de diferentes tipos em cada
uma delas.
DESINTEGRAÇÃO ALFA
Partículas alfa são núcleos de átomos de hélio,
portanto constituídas por dois prótons e dois
nêutrons, sem os elétrons, possuindo carga líquida
positiva. A desintegração alfa é característica de
núcleos pesados (número atômico maior que 82),
existindo exceções. A maioria dos nuclídeos
emissores alfa são naturais.
DESINTEGRAÇÃO BETA
A desintegração Beta corresponde a uma
reestruturação do núcleo com conseqüente emissão
de partícula. Esta partícula pode ser um elétron ou
um pósitron.
DESINTREGRAÇÃO BETA MENOS
Quando o núcleo está com uma relação entre o
número de prótons e nêutrons desfavorável, porém
com mais nêutrons que o desejável para sua
estabilidade, ocorre a Desintegração Beta Menos,
onde um nêutron é convertido em um próton e uma
partícula beta negativa.
A partícula beta negativa possui as mesmas
características dos elétrons atômicos, com a
diferença que têm origem nuclear e são emitidas
com energias definidas pela estrutura nuclear. Estas
partículas são emitidas com uma faixa de energia
possíveis variando desde zero até um valor
máximo. Este valor máximo vai de 0,05 a 3,5 MeV
para os nuclídeos mais comuns.
DESINTEGRAÇÃO BETA MAIS
Quando o núcleo está com uma relação entre o
número de prótons e nêutrons desfavorável, porém
com mais prótons que o desejável para sua
estabilidade, ocorre a Desintegração Beta Mais,
onde um próton é convertido em um nêutron e uma
partícula beta positiva.
A partícula beta positiva possui a mesma massa do
elétron, carga com valor absoluto igual à do elétron,
porém com sinal positivo (o pósitron). Assim como a
partícula beta negativa, a beta positiva é emitida em
uma faixa contínua de energia. Com energia máxima
compreendida entre 0,3 a 1,4 MeV, para os nuclídeos
comuns.
O pósitron possui tempo de vida extremamente curto
e, portanto seu deslocamento espacial é muito
pequeno. Por ser muito leve comparado às outras
partículas nucleares, rapidamente reage com outro
elétron, produzindo dois raios gama de 511 KeV cada
um, que viajam na mesma direção, porém em sentidos
DESINTEGRAÇÃO POR CAPTURA ELETRÔNICA
Este é um processo que compete com a
desintegração beta mais, ocorrendo quando o
núcleo possui um excesso de prótons. Em certos
casos, o mesmo núcleo pode possuir probabilidades
comparáveis de se desintegrar por qualquer um dos
dois processos. No processo de captura eletrônica, o
núcleo captura um dos elétrons de seu próprio
átomo. O elétron capturado combina-se com um
próton convertendo-se em um nêutron e liberando
um neutrino, o qual carrega a energia disponível no
processo.
O elétron mais provável de ser capturado é o da
camada K, em razão da sua maior proximidade ao
núcleo. Deste processo pode ocorrer que elétrons de
camadas mais externas ocupem a vacância deixada
na camada K, dando origem à emissão de raios-X
característico.
EMISSÃO DE RADIAÇÃO GAMA
Muitas vezes, após ocorrer Desintegração por um
dos processos descritos anteriormente, o núcleo
ainda não encontra-se estável do ponto de vista
energético, e pode ocorrer a emissão de radiação
eletromagnética, o “raio-gama”. Os raios-gama são
radiação eletromagnética como qualquer outra, mas
assim são denominados por serem gerados no
núcleo. Por corresponderem a transições entre
camadas, possuem energia bem definida.
MEIA-VIDA
A meia-vida de um elemento radioativo
corresponde ao tempo que leva para metade dos
átomos da amostra decaírem. Também é uma
grandeza física característica de cada radionuclídeo.
Como exemplos de radionuclídeos tem-se o 99mTc
com meia-vida de 6 horas, 131I com meia-vida de
oito dias, 137Cs com meia-vida de 32 anos, entre
outros. A meia-vida de um radionuclídeo no interior
de um organismo também deve levar em conta a
eliminação biológica, de modo que a meia-vida
total é uma composição das duas meia-vidas (física
e biológica).
CONSTANTE DE DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA
A constante de desintegração radioativa,
representada pela letra(l), é característica do
radionuclídeo e representa a probabilidade de
ocorrer o decaimento radioativo em um intervalo
de tempo determinado. É através dela que podemos
quantificar o número de átomos radioativos (que
ainda irão passar pelo decaimento) em função do
tempo.
ATIVIDADE ESPECÍFICA
A atividade específica corresponde à atividade da
amostra dividida pela massa da amostra.
VIDA MÉDIA
A vida média de um isótopo radioativo corresponde
ao tempo médio que leva a desintegração. É como
se medisse o tempo que cada átomo leva para
desintegrar e depois se determinasse o tempo
médio.
ATIVIDADE RADIOATIVA
Atividade radioativa corresponde à quantidade de
átomos que decaem por unidade de tempo, em
outras palavras, é como se fosse a velocidade
instantânea de decaimento.