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
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)