aula 1 medicina nuclear

MEDICINA NUCLEAR MEDICINA NUCLEAR

PROFª : CAROLINA FARIAS DE CASTRO TOZO

AULA 1: BASES FÍSICAS APLICADO A MEDICINA AULA 1: BASES FÍSICAS APLICADO A MEDICINA NUCLEARNUCLEAR

TÉCNICO EM RADIOLOGIATÉCNICO EM RADIOLOGIA

MEDICINA NUCLEAR MEDICINA NUCLEAR 1.0 BASES FÍSICAS APLICADA A MEDICINA NUCLEAR (AULA 1)

1.1 TABELA PERIÓDICA1.2 RADIOATIVIDADE1.3 ELEMENTOS ESTÁVEIS E RADIOATIVOS1.4 DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA1.5 TIPOS DE DECAIMENTOS RADIOATIVOS1.6 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA1.7 FÓTONS1.8 PODER DE PENETRAÇÃO DA RADIAÇÃO1.9 RADIOBIOLOGIA1.10 GRANDEZAS E UNIDADES RADIOLÓGICAS1.11 DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA1.12 MEIA VIDA DE UM RADIONUCLÍDEO1.13 MEDICINA NUCLEAR1.14 RADIOFÁRMACO1.15 PRODUÇÃO DE RADIONUCLÍDEO1.16 INTERAÇÃO DOS FÓTONS COM A MATÉRIA

2.0 EQUIPAMENTOS DE MEDICINA NUCLEAR (AULA 2 E 3)2.1 DETECTORES2.2 COLIMADORES2.3 FOTOMULTIPLICADORAS2.4 FORMAÇÃO DA IMAGEM2.5 EQUIPAMENTOS2.6 EXAMES

3.0 NORMAS DE RADIOPROTEÇÃO EM MEDICINA NUCLEAR (AULA 4)

.

BASES FÍSICAS APLICADA A MEDICINA NUCLEAR


Onde queremos chegar?Exames de Raios-X Convencional.

X

Exames de Medicina Nuclear

* TABELA PERIÓDICA

BASES FÍSICAS APLICADA A MEDICINA NUCLEAR MEDICINA NUCLEAR MEDICINA NUCLEAR

* RADIOATIVIDADE.



É a capacidade que certos átomos possuem de emitir radiações eletromagnéticas

e/ou partículas de seus núcleos instáveis com o objetivo de

adquirir estabilidade.

Os nuclídeos com mesmo número atômico Z e diferentes números de nêutrons são chamados isotopos.

Exemplo: O elemento Ouro possui 32 isótopos, desde o 173Au até 204Au. Apenas um destes nuclídeos é estável.



*ISÓTOPOS.

IMPORTANTETodos os isótopos de um elemento possuem o mesmo número de elétrons, as mesmas propriedades químicas e ocupam a mesma

posição na tabela periódica. As propriedades nucleares dos isotopos podem ser muito diferentes.

Por que alguns elementos são radioativos?



* ISÓTOPOS.

* ELEMENTOS ESTÁVEIS E RADIOATIVOS





* ELEMENTOS ESTÁVEIS E RADIOATIVOS ➢ São Suscetíveis a Estabilidade os elementos que tem Z≈N ou Z=N, estes elementos estão agrupados em torno da linha de estabilidade. ➢ São Suscetíveis a Instabilidade os elementos com excesso de prótons ou de nêutrons. ➢ Um bom indício da instabilidade é quando o elemento tem N≈1,5Z.“Em geral, há uma tendência para a instabilidade os sistemas compostos por um grande número de partículas idênticas confinadas em um pequeno

volume.”

* DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA.* DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA.



➢Para atingir a estabilidade, o núcleo radioativo emite partículas nucleares e/ou radiação eletromagnética se tornando menos instável.

* TIPOS DE DECAIMENTO RADIOATIVO* TIPOS DE DECAIMENTO RADIOATIVO


➢Quando um núcleo decai por emissão α ou β, geralmente ainda não atinge a estabilidade; assim, emite também a energia excedente em forma de radiação eletromagnética, a radiação γ.

* TIPOS DE DECAIMENTO RADIOATIVO* TIPOS DE DECAIMENTO RADIOATIVO



*RADIAÇÃO ELETROMAGNETICA.*RADIAÇÃO ELETROMAGNETICA.


Radiação que não possuem massa e se propagam com a velocidade de 300.000 km/s,

para qualquer valor de sua energia. São da mesma natureza da luz e das ondas de transmissão de rádio e TV.

A radiação eletromagnética tem

uma natureza complexa. É composta de um

campo elétrico e de um campo magnético

oscilantes e perpendiculares entre si.

*FÓTONS.*FÓTONS.


➢ A radiação eletromagnética é quantizada, o que significa que ela é formada por unidades individuais denominadas fótons. Portanto, um fóton é a menor porção de radiação eletromagnética, o que pode ser chamada

de um “único raio”. ➢Os fótons se comportam como partículas, mas não tem massa. Portanto, a

radiação eletromagnética apresenta comportamento típico de onda quando se propaga e comportamento típico de partícula quando

interage com a matéria

* PODER DE PENETRAÇÃO DA RADIAÇÃO.* PODER DE PENETRAÇÃO DA RADIAÇÃO.



O poder de penetração das radiações é definido como a distancia média

percorrida pelas partículas em um dado material. Depende da energia das partículas e da composição do

meio material com que interage, entre outros fatores. As radiações β e α têm

carga elétrica e perdem energia ao passar pelo meio material, por que

interagem com outras cargas elétricas presentes no átomo. Por outro lado a

radiação γ não tem carga elétrica interagindo, principalmente por

colisão com os elétrons atômicos.

* RADIOBILOGIA.* RADIOBILOGIA.



O efeito biológico da radiação pode ser entendido em termos de transferência de energia da radiação (fótons e partículas) para o tecido. Quando a energia de radiação é depositado no corpo, pode romper as ligações químicas e alterar o tecido. A interação da radiação no tecido é governada pela energia e massa da radiação

incidente (partículas alfa e beta, raios gama, ou raios-X) e as propriedades do tecido.

* RADIOBILOGIA (RADIÓLISE DA ÁGUA).* RADIOBILOGIA (RADIÓLISE DA ÁGUA).



O corpo humano é aproximadamente 75% água. A água participa

praticamente de todas as reações metabólicas em nosso organismo. Na espécie humana, são cerca de 2 x 1025 moléculas de água por quilograma, o que reflete a composição química da célula e permite afirmar que, em caso de exposição às radiações, as

moléculas atingidas em maior número serão moléculas de água.

Moléculas de água irradiadas sofrem radiólise.

* RADIOBILOGIA (RADICAIS LIVRE).* RADIOBILOGIA (RADICAIS LIVRE).



Um radical livre é um átomo ou molécula que não tem carga elétrica, mas é altamente reativa, porque tem um elétron desemparelhado na sua

face exterior. Os radicais livres tendem a recombinar rapidamente

para formar configurações eletrônicas estáveis.

* RADIOBILOGIA (RADICAIS LIVRE).* RADIOBILOGIA (RADICAIS LIVRE).



Danos indiretos no DNA são causados por radicais livres. Quando a radiação de partículas ou fótons interage com a água um par de íons é

formado (H2O+, e-).

O elétron vai se combinar com a água para formar H

2O-. Esses radicais de íons são muito

instáveis e rapidamente se dissociam H2O+ torna-

se H+ e OH●, e H2O- torna-se H● e OH- . Sendo

formas altamente reativas, os radicais livres, interagem quimicamente entre si ou com

moléculas próximas a eles. Comoconsequência, novas moléculas podem ser

danificadas, passando a disputar elétrons com o meio

* GRANDEZAS E UNIDADES RADIOLOGICAS.* GRANDEZAS E UNIDADES RADIOLOGICAS.



Exposição X (raios-X ou gama): é a soma de todas as cargas elétricas produzidos no ar, quando todos os elétrons liberados pelos fótons em um elemento de massa de ar são completamente absorvidos.Unidade: R (Roentgen) 1R=2,58 . 10-4 C/kg

Dose Absorvida (D): é a relação entre a energia cedida pelos elétron ao meio, em um elemento de volume.Unidade: Gy (Gray) 1Gy=1J/kg Dose Equivalente (H) : é a unidade de energia absorvida, que leva em conta o efeito biológico estimado do tipo de radiação que transmite a energia para o tecido. H = D * FQUnidade: Sv (Sievert)

* LEI DA DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA.* LEI DA DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA..



➢A desintegração radioativa é um processo espontâneo e totalmente aleatório.➢ Entretanto, para uma amostra conhecida de material radioativo sabe-se que uma certa fração se desintegra a cada intervalo de tempo, e a essa taxa de desintegração é dado o nome de Atividade.

* LEI DA DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA.* LEI DA DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA..



No SI, a atividade é

expressa em becqueréis

(Bq), e 1 Bq é igual a uma

desintegração por segundo e

um curie (Ci) equivale a

transformações por

segundo.

A (t)=A (0)e−λ t

3,7 x 1010

* MEIA-VIDA * MEIA-VIDA TT1/21/2 DE UM RADIONUCLÍDEO.DE UM RADIONUCLÍDEO.



É o tempo necessário para que A(0) ou N(0) seja reduzido a metade.

* MEIA-VIDA * MEIA-VIDA TT1/21/2 DE UM RADIONUCLÍDEO.DE UM RADIONUCLÍDEO.



A meia-vida de um radionuclídeo é uma das características mais importantes.

* OBJETIVO DA MEDICINA NUCLEAR. * OBJETIVO DA MEDICINA NUCLEAR.



Utiliza pequenas quantidades de substâncias radioativas ou "traçadores" para o diagnóstico ou tratamento de doenças de

forma segura.

Utilizado para tratar e diagnosticar câncer, tratamentos cirúrgicos, nódulos da tireoide, exames

cardíaco, neurológicos e psiquiátricos.

* COMO OBTER FUNÇOES FISIOLOGICAS E * COMO OBTER FUNÇOES FISIOLOGICAS E METABOLICAS EM MEDICINA NUCLEAR . METABOLICAS EM MEDICINA NUCLEAR .



Todos os isótopos de um elemento possuem o mesmo número de elétrons, as mesmas

propriedades químicas e ocupam a mesma posição na tabela periódica. As propriedades

nucleares dos isotopos podem ser muito diferentes.

* RADIOFÁRMACO* RADIOFÁRMACO



Radiofármaco

Fármaco

Composto Radioativo

DiagnósticoDiagnóstico TerapiaTerapia

+Radiofármacos sãomoléculas ligadas a

elementos radioativos.

* RADIOFÁRMACO.* RADIOFÁRMACO.



Os radiofármacos podem ser administrados por:

Via intravenosa;

Via oral;

Inalação.

* RADIOFÁRMACO.* RADIOFÁRMACO.



Os radiofármacos devem:1)Ter localização rápida no órgão-alvo;2)Metabolização e excreção eficiente;3)Aumentar o contraste da imagem;4)Reduzir a dose de radiação absorvida pelo paciente;5)Fácil produção;6)Fácil acesso aos centro de Medicina Nuclear;7)Distância geográfica→limitação: meia vida curta.

* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS.* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS.



Os nuclídeos que usamos em medicina nuclear são feitas tanto pelo bombardeio de átomos estáveis ou por decaimento de átomo

radioativos. Existem três tipos básicos de equipamento que são usados para fazer nuclídeos médicos: Geradores, Ciclotrões, e de Reatores Nucleares.

* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS POR GERADORES.* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS POR GERADORES.



Geradores são unidades que contém um nuclídeo radioativo “Pai” com meia

vida relativamente longa que decai em um nuclídeo “filho” de meia vida

curta.O gerador mais comum é o de Tecnécio

(99mTc), que consiste de uma coluna fortemente protegido com molibdénio

(99Mo) ligado à uma coluna de alumina. O 99mTc é eluído por uma solução

salina estéril através da coluna para dentro do frasco de vácuo, assim, o

99Mo permanece preso na coluna de alumina, mas o 99mTc é lavado em

solução salina.

* TECNÉCIO * TECNÉCIO 99m 99m Tc.Tc.



O tecnécio-99m é um radionuclídeo que apresenta características físicas ideais para utilização em Medicina Nuclear Diagnóstica: é mono-emissor gama de baixa energia (140 keV), possui tempo

de meia-vida físico relativamente curto 6,02 h e não emite radiação do tipo particulada (α ou β–). Essas características

físicas, em conjunto, possibilitam a aquisição de imagens cintilográficas com excelente resolução, utilizando-se os

equipamentos de detecção de radiação atualmente disponíveis, sem comprometimento dosimétrico para o paciente.

Assim, a grande maioria dos radiofármacos utilizados atualmente são preparados a partir desse radionuclídeo.

* PRODUÇÃO DE TECNÉCIO.* PRODUÇÃO DE TECNÉCIO.



* GERADOR DE TECNÉCIO.* GERADOR DE TECNÉCIO.



* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS POR CÍCLOTRONS.* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS POR CÍCLOTRONS.



Ciclotrões são dispositivos circulares, no qual as partículas carregadas, tais como prótons e

partículas alfa são acelerados num caminho em espiral dentro de um

vácuo. A fonte de alimentação fornece uma tensão alternada

rapidamente através das dees (as duas metades do círculo). Isto

produz um campo eléctrico alternado entre os dees que acelera

rapidamente as partículas, que adquirem rapidamente elevadas

energias cinéticas.

* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS POR CÍCLOTRONS.* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS POR CÍCLOTRONS.



Um defletor é utilizado para dirigir as partículas para fora através de uma janela do ciclotron em um

alvo.Algumas das partículas com alta energia cinética são incorporadas aos núcleos dos átomos do alvo. Estes núcleos (excitados) torna-se

instáveis produzindo um radionuclídeo

111Cd (p,n)111In121Sb (α,2n)123I68Zn (p,2n)67Ga

10B (d,n)11C

* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS POR REATORES.* PRODUÇÃO DE RADIONUCLIDEOS POR REATORES.



É composto de barras de combustível que contêm átomos pesados (Urânio-235, Urânio-238 ou Plutônio-239) que são

intrinsecamente instável. Esses átomos de forma lenta e

espontaneamente dividi-se (sofrer fissão) em dois átomos menores chamados fragmentos

de fissão.




Duas a três neutrões e aproximadamente 200Mev de energia são emitidos durante este processo. Estes nêutrons deixam o núcleo com alta

energia cinética e são chamados nêutrons rápidos. Os nêutrons são desacelerados com

um moderador, tais como grafite, água ou água pesada sendo chamados de nêutrons

térmicos




Estes nêutrons térmicos, e, em menor medida, os neutrões rápidos, colide com outros átomos cindíveis causando a sua

fissão, e assim por diante.Se essa reação em cadeia crescer sem

controle, a massa ira explodir. Para manter o controlo, as hastes de controle de

cádmio são inseridos para absorver os neutrões no reator. Eles podem ainda ser

inserida ou retirada para controlar a velocidade da reação

Nuclídeos médicos são feitos em reatores pelos processos de fissão, captura de

nêutrons, ou transmutação.




FISSÃONeste processo, os radionuclídeos desejados são um dos fragmentos de

fissão de um elemento pesado (Z> 92), por meio do átomo de combustível em si ou pelos átomos de um alvo colocado no interior do reator. O

subproduto é quimicamente separado dos outros fragmentos de fissão.235U(n,f)131I

235U(n,f)99Mo




CAPTURA DE NEUTRONS.Em capturar de nêutrons o átomo alvo captura um

nêutron lento e emite um raio gama para produzir um

nuclídeo filho .98Mo (n,γ)99Mo




TRANSMUTAÇÃOO processo de transmutação é semelhante ao de captura de nêutrons, excepto que o alvo é

bombardeado com nêutrons rápidos (em vez de nêutrons lentos). O átomo-alvo capta o

nêutron rápido e emite um próton.

32S (n,p)32P

*INTERAÇÃO DOS FOTONS COM A MATERIA.*INTERAÇÃO DOS FOTONS COM A MATERIA.



Quando eles passam através da matéria, os fótons interagem com os átomos. O tipo de interação depende da energia dos fótons e do

número atômico (Z) dos elementos que compõem a matéria.Na prática da medicina nuclear, onde os raios gama tem energias entre

50 keV e 550 keV, Espalhamento Compton é o tipo dominante de interação em materiais com baixos números atômico, tais como o

tecido humano (Z = 7,5). O Efeito Fotoelétrico é o tipo dominante de interação em materiais com alto número atômico, como o chumbo (Z

= 82). Um terceiro tipo de interação de fótons com a matéria, a Produção de Par, ocorre apenas com energias muito elevadas do

fótons (maior do que 1020 keV) e, portanto, não é importante na medicina nuclear clínica.

*INTERAÇÃO DOS FOTONS COM A MATERIA.*INTERAÇÃO DOS FOTONS COM A MATERIA.



*ESPALHAMENTO COMPTON.*ESPALHAMENTO COMPTON.



No espalhamento Compton o fóton incidente transfere parte de sua energia para um elétron orbital ejetando-o a partir do

átomo. Após a ejeção o elétron é chamado Elétron Compton. O

fóton é dispersado num ângulo que depende da quantidade de

energia transferida do fóton para o elétron. O ângulo de dispersão pode variar entre perto de 0 ° a

180 °.

*EFEITO FOTOELÉTRICO.*EFEITO FOTOELÉTRICO.BASES FÍSICAS APLICADA A MEDICINA NUCLEAR


Um raio gama de baixa energia, ou que tenha perdido a maior parte de sua energia por meio de interações Compton, pode transferir toda a sua

energia restante para um (geralmente de camada internal) elétron orbital. Este processo é chamado de Efeito Fotoelétrico e o elétron ejectado é chamado um fotoelétrons. Este elétron deixa o átomo com uma energia

igual à energia do raio gama incidente diminuída pela energia de ligação da elétron. Um elétron da camada externa, em seguida, preencherá a vaga liberada pelo fotoelétron e excesso de energia é emitida como um raio-X.

* RESUMO.* RESUMO.



1) Isotopos instáveis, com excesso de energia nuclear, emitem radiação para reduzir seu estado de energia.2) Átomos de moléculas e fármacos de interesse biológico são substituídos pelos seus isotopos radioativos para funcionar como traçadores.3) Radiofármacos são administrados aos pacientes e emitem radiação que são captadas externamente ao paciente para formar imagens.

* BIBLIOGRAFIA:* BIBLIOGRAFIA:



1. Essentials of Nuclear Medicine Physics/Rachel A. Powsner, Edward R. Powsner 1998.2. Physics in Nuclear Medicine/James A. Sorenson, Michael E. Phelps1987.3.Física e Tecnologia dos Equipamentos de Diagnóstico e de Radioterapia/ J. Conceição Mealha-Universitária Editora 2000.4.Física e Dosimetria das Radiações/ Thomaz Bitelli-Editora Atheneu 2006.5.Física Radioligica/ João Gilberto T. Junior-Guanabara Koogan 2010.

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