Medicina Nucleară

Itemi

1. Bazele fizicii nucleare. Structura atomului și nucleului. Natura și proprietățile radiației alfa, beta, gama.

2. Noțiune de radionuclid și preparat radiofarmaceutic (RFP), timpii de înjumătățire.

3. Diverse căi de obținere a radionuclizilor și preparatelor radiofarmaceutice.

4. Cerințe față de PRF.5. Principiul de înregistrare și obținere a informației în

diagnoticul cu radionuclizi: in vivo – radiometria, gamacronograma (radiograma), gamatopografia (scanogarfia și scintigafia).

Bazele fizicii nucleare. Structura atomului și nucleului. Natura și proprietățile radiației alfa, beta, gama.

1

Noțiune

• Fizica nucleară este disciplina din domeniul fizicii orientată spre studiul structurii şi proprietăţilor nucleelor atomice.

• In cadrul fizicii nucleare e partea teoretică şi practică care se ocupă cu studiul reacţiilor nucleare de dezintegrare radioactivă.

Proprietățile atomului

• Numărul atomic (Z) [Nr. Electroni]• Masa atomică relativă (Ar)• Sarcină electrică (q)• Dimensiuni • Spin (Momentul magnetic)• Izotopii • Timp de înjumătățire• Nivele energetice• Valență

Structura atomului

Structura atomului

Fisiunea nucleară

Fisiunea nucleară

Fisiunea nucleară

Dezintegrarea Alfa

Dezintegrarea Beta

Dezintegrarea Gamma

Radiația Alfa (α)

• Particulele α (Nuclee de He) 5 MeV

He2+

• Penetranță redusă• Radiaței ionizantă

Dezintegrarea Alfa

• Electroni sau Pozitroni (cu viteză și energie mare) Dezintegrare β− Emitere de electroni Dezintegrare β+ Emitere de pozitroni

• Radiație ionizantă

Radiația Beta (β)

Dezintegrarea Beta

• Raze γ• Frecvență : 1019 Hz • Lungime de undă: < 10 picometri

• Radiație electromagnetică de energie înaltă !– Obțienere:

- interacțiuni ale particulelor sub-atomice;• Fuziune • Fisiune• Anihilarea electron-pozitron• Dezintegrarea pionului neutru• Dezintegrarea radioactivă

Radiația Gamma (γ)

Dezintegrarea Gamma

Technetium-99m (99mTc)

Noțiune de radionuclid și preparat radiofarmaceutic (RFP),timpii de înjumătățire.

2

Radionuclid

• Izotopi radioactivi (Radioizotopi)• Atom cu nucleu instabil, care posedă exces de

energie ce urmează a fi cedat sau unei noi particule de radiație (α, β, γ) create în cadrul nucleului, sau unui electron al altui atom.

• În cadrul acestei interconvesii, radionuclidul suportă dezintegrarea radioactivă cu emiterea de raze gamma și/sau particule subatomice, care constituie radiația ionizantă.

• Radionuclizii: –Naturali–Artificiali

• Unitatea în SI: Becquerel (Bq)1Bq =1dps (dezintegrare per secundă)

• Unitatea veche: Curie (Ci ) 1Ci = 3.7 X1010 dps

• A(t) =Aoe –λt ; Dezintegrarea decurge

exponențial

Radionuclid

Tabelul nuclizilor

© J.Lepej, ONM BB Slovakia

153SmSamárium - 103 keV

46,7 h

186ReRénium

- 137 keV3,78 d

131 IJód

- 158 keV8,02 d

Ac

HB FC N O Ne

Na Mg Al ClSi P S ArGa BrGe As Se KrK Ca

Rb Sr In ISn Sb Te XeTl AtPb Bi Po RnCs Ba

Fr Ra

He

Cu ZnCo NiMn FeV CrSc TiAg CdRh PdTc RuNb MoY ZrAu HgIr PtRe OsTa WLa Hf

MtBh HsDb SgRf

Dy HoGd TbSm EuNd PmCe Pr Yb LuEr TmCf EsCm BkPu AmU NpTh Pa No LrFm Md

Li BePřirozené radioaktivní prvky ( )

Radionuclizi adecvați aplicării în medicina nucleară

99mTcTechnécium - 140 keV

6,0 h

18FFluór+

110 min

111InIndium

- 171, 245 keV2,8 d

67GaGálium

- 93, 184 keV3,26 d

201TlTálium

- 167, 135 keV3,04 d

Diagnostika

Terapie

Pozitronovézářiče

Preparat radiofarmaceutic (RFP)

• Compuși farmacologici radioactivi (radioizotopi + subs.medicamentoasă)

- proteine, compuși organici sau compuși anorganici

• Majoritatea RFP conțin 99mTc (Technetium) și sunt utilizați în studiul imagistic al creierului, miocardului, tiroidei, plămînilor, v.biliare, ficatului, rinichilor, scheletului, sîngelui și tumorilor.

• Livrați în forme: • Inerte• Ionice

Tipuri RFP

• RFP parenterale (Soluții sau suspenii coloide)• RFP perorale • RFP inhalatorii• RFP topice

1

http://en.wikipedia.org/wiki/Radiopharmacology

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Timpul de înjumătățire

• Intervalul de timp în care o substanță ce dezintegrează radioactiv se reduce cu ½.

• Măsură a dezintegrarii radioactive• Decurge:

Exponențial Non-exponențial

• Specific

Diverse căi de obținere a radionuclizilor și preparatelor radiofarmaceutice.

3

• Producere cu Ciclotronul (accelerator de particule) Reactorul nuclear Explozii termonucleare Generatorul de radionuclizi Spontan în natură

• Principii : Accelerarea particulelor cu sarcină către o energie înaltă Reacțiile nucleare au prag energetic -> Produsul va fi diferit decît cel inițial introdus

Obținerea radionuclizilor

Segment of an electron synchrotron at DESY

Obținerea preparatelor radiofarmaceutice

1. Selectarea organului țintă sau aportului său fiziologic

2. Radioizotopi + subs.medicamentoasă

proteine, compuși organici sau compuși anorganici

Cerințe față de PRF (Preparatele RadioFarmaceutice)

4

Proprietăți ale unui preparat radiofarmaceutic ideal

• Ușor disponibil, ieftin• Timp de înjumătățire efectiv

(1,5 x durata testului)• Emiterea particulelor

(de preferință : raze γ pure)• Ratio “Țintă – Non-țintă” mare (Specificitate)• Siguranța pacientului

!!!

• Un radionuclid este foarte aproape de proprietățile nuclidului γ-emițător ideal:Technetium-99m (99mTc)

T ½ = 6h Aproape exclusiv emite raze γ E = 140 KeV Manifestă specificitate înaltă și nu are nevoie de

cumplare cu alte substanțe (subs. carrier)

99mTc (Technetium-99m) este produsul de fisiune a 99Mo (Molybdenum-99)

99Mo → 99mTc + e− + νe

99mTc → 99Tc + γ

Factori de influențează proiectarea a noi radiofarmaceutice

• Compatibiliatatea incorporării radionuclidului în molecula de 111In-DTPA (Indium)

• Sarcina moleculei• Dimensiunile moleculei• Cuplarea cu proteinele• Solubilitatea• Stabilitate• Biodistribuția

Principiul de înregistrare și obținere a informației în diagnoticul cu radionuclizi: in vivo – radiometria, gamacronograma (radiograma), gamatopografia

(scanogarfia și scintigafia).

5

Scintigrafia

Principiu

• Detectarea radiației γ emisă în urma administrării unui produs radiofarmaceutic cu tropism selectiv.

• Convertirea fotonilor γ în semnale electrice cu ajutorul unui detector cu cristal de scintilație și transformarea semnalului analog în semnal digital cu ajutorul calculatorului realizează imaginea scintigrafică.

• Imaginea scintigrafică reprezintă distribuția spațială a radiofarmaceuticului și variația sa în timp, care oferă informații despre mofologia și funcția organului investigat.

Tipuri

• Statică (examinarea efectuată la un anumit interval de la administrarea radiofarmaceuticului)

• Secvențială (concomitent cu injectarea radiofarmaceuticului)