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Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 1 FISICA delle APPARECCHIATURE per MEDICINA NUCLEARE (lezione V) Anno Accademico 2005-2006 Corso di.

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1 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 1 FISICA delle APPARECCHIATURE per MEDICINA NUCLEARE (lezione V) Anno Accademico Corso di Laurea in Tecniche Sanitarie di Radiologia Medica per Immagini e Radioterapia Marta Ruspa

2 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 2 Come aumentare la risoluzione spaziale del BGO? MA se le dimensioni sono troppo piccole non contengono piu il range dei positroni….

3 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 3 Range dei positroni

4 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 4 Risoluzione spaziale Tenendo conto di quanto detto e del fatto che i fotoni non sono emessi in modo perfettamente collineare… Risulta FWHM tra 2 e 3 mm

5 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 5 Che cosa porta complessivamente alla perdita di efficienza? I radionuclidi diffondono in tutto lorganismo, solo una parte si concentra nella zona sotto indagine L apertura angolare dei rivelatori consente la misura di solo una frazione dei fotoni collineari I fotoni si attenuano nel materiale biologico Il rivelatore non e pienamente efficiente

6 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 6 Profondita di interazione

7 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 7 Profondita di interazione

8 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 8 Profondita di interazione

9 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 9 La probabilità che il fotone 1 non venga assorbito dopo aver attraversato uno spessore x: Probabilità che il fotone 2 raggiunga il rivelatore: Probabilità di rivelare entrambi i fotoni: La correzione per attenuazione dipende solo dallo spessore del corpo lungo la linea congiungente i due rivelatori, ma non dalla coordinata x -> migliore ricostruzione tomografica Correzione per attenuazione

10 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 10 Differenze tra PET e SPECT PET: due fotoni emessi in direzione opposta SPECT: un solo fotone

11 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 11 La linea di volo dei fotoni è determinata dalla coincidenza di due rivelatori (collimazione elettronica) Rivelatore 1Rivelatore 2 Misura più precisa della direzione dei fotoni rispetto alla SPECT Lassenza di collimatori permette maggiore efficienza (frazione di decadimenti rivelati) e quindi minore esposizione alle radiazioni e misure più veloci Differenze tra PET e SPECT Lattenuazione dei fotoni non dipende dalla posizione x del radioisotopo

12 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 12 Scelta del radiofarmaco

13 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 13 Criteri di scelta Tempo di dimezzamento Modalita di decadimento Energia delle emissioni associate Trasformazione in un nuclide stabile Alta attivita specifica Alta purezza radionuclidica Selettivita rispetto allorgano di interesse Tempo di diffusione Danno da radiazione Pronta disponibilita Basso costo di produzione

14 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 14 Radiafarmaci in diagnostica Tempo di dimezzamento deve essere compatibile con la durata del fenomeno biologico o fisiologico interessato: - valutazione polmonare T 1/2 ~ s ( 81 mKr, T 1/2 = 13 s) - captazione tiroidea T 1/2 ~ qualche ora ( 123 I, T 1/2 = 13 h) - analisi di funzionalita cardiaca T 1/2 ~ qualche minuto (ammoniaca marcata con 13 N, T 1/2 ~ 10 m) Modalita di decadimento indicati radioisotopi che decadono senza emettere particelle cariche, per ridurre la dose rilasciata; lemissione associata preferibile e lemissione γ di alta intensita, poco convertita internamente, possibilmente singola Energia delle emissioni associate tra 100 e 300 KeV per sfruttare le piu alte efficienze di rivelazione che si ottengono in questo intervallo energetico ( 123 I, 159 KeV, 83%; 99 mTc, 140 KeV, 90%; 81 mKr, 190 KeV, 65%)

15 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V Ga, 111 In 123 I Si lega facilmente a proteine e farmaci (ma prodotto con ciclotroni) Possibilità di legarsi ad anticorpi 67 Ga usato per localizzare tumori 201 Tl Usato per analisi del muscolo cardiaco 99 Tc m assenza di decadimenti β, prodotto facilmente Il radioisotopo più comunemente usato è Con il 99 Tc m si marcano molti radiofarmaci Radiofarmaci in diagnostica

16 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 16 Per mezzo di immagini della distribuzione dei traccianti sono possibili valutazioni non invasive di svariati processi metabolici, di neurotrasmissione e di binding recettoriale, cosi come misure di processi fisiologici come il flusso sanguigno e studi selettivi e non invasivi della distribuzione regionale e della cinetica di svariati processi biochimici. Isotopi di bio-elementi! Non esistono isotopi dellidrogeno emittenti positroni ma il 18 F puo esserne un sostituto Radiafarmaci in diagnostica β + emettitori

17 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 17 Radiofarmaci in terapia Tempo di dimezzamento piu lungo rispetto alla diagnostica, dellordine dei giorni ( 89 Sr, T 1/2 = 50d; 131 I, T 1/2 = 8d) Modalita di decadimento per particella carica, di idonea energia per il rilascio locale di dose ( 89 Sr, 99.9% β) Energia delle emissioni associate lemissione elettromagnetica associata dovrebbe essere possibilmente assente per ridurre la dose ai tessuti circostanti e al personale ( 89 Sr, no γ)

18 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 18 Fisica nella medicina nucleare terapeutica

19 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 19 Somministrazione di radiofarmaci (diffusibili o non diffusibili) a scopo curativo o palliativo. Radioterapia metabolica: Si possono sfruttare la proprieta di alcuni tessuti di metabolizzare particolari elementi per far si che isotopi radioattivi di tali elementi si concentrino in modo selettivo nella zona da trattare. Brachiterapia Impianto di semi radioattivi (ad es. per tumore della prostata) Terapie con irraggiamento interno

20 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 20 Radioterapia metabolica

21 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 21 Ruolo della dosimetria nelle terapie con radionuclidi

22 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 22 Parametri biologici

23 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 23 Parametri biologici: clearance del sangue

24 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 24 Parametri biologici: eliminazione della radioattivita

25 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 25 Nella camera a ionizzazione si misurano le cariche elettriche prodotte dalla ionizzazione del gas di riempimento e raccolte dagli elettrodi, tra i quali e stabilita una opportuna differenza di potenziale. Nel tubo Geiger Mueller il passaggio di radiazione corpuscolare o gamma viene rivelato dalla variazione di potenziale sullelettrodo positivo. Tale contatore non distingue i vari tipi di variazione e energia e possiede un tempo morto durante il quale non e grado di percepire alcuna radiazione.

26 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 26 Esercizio 12: valutare il volume di sangue di un paziente in cui sono stati somministrati 5 cc di albumina marcata con 131 I avente una frequenza di conteggi (emissioni rivelate da un contatore di radiazione) di 10 5 conteggi al secondo. La frequenza di conteggio misurata 15 minuti dopo da un campione di 5 cc di sangue e stata di 10 2 conteggi al secondo. Esercizio 13: il 59 Fe viene somministrato ai pazienti per diagnosticare le anomalie del sangue. Determinare il tempo di dimezzamento effettivo, essendo il periodo di dimezzamento del radionuclide di 46.3 giorni e il periodo di dimezzamento biologico di 65 giorni.

27 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 27 Esercizio 14: tessuti viventi esposti a rad sono completamente distrutti. Valutare laumento di temperatura nei tessuti causato da questa dose assorbita in assenza di dispersione di calore. Esercizio 15: che potenza libera una sorgente di 1 Ci che emetta particelle di energia media pari a 1 MeV?

28 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 28 Fondamenti di radioprotezione in un reparto di medicina nucleare

29 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 29 Esposizione Il rischio legato allimpiego di sostanze radioattive non sigillate e dovuto sostanzialmente allesposizione esterna dosimetri individuali portati al petto dosimetri portati al dito o al polso N.B.: impiego terapeutico di radiofarmaci piu rischioso per i tempi di dimezzamento piu lunghi Il rischio di contaminazione interna e minimo a patto di rispettare regole basilari - progettazione strutture (es. impianto ventilazione) - modalita operative e pulizia periodica Un discorso a parte va fatto per lo 131 I per le le caratteristiche di volatilita del farmaco misure di contaminazione delle urine e dellattivita presente in tiroide 2-5 μSv-persona per esame 3-4 mSv/anno per operatore

30 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 30 Categorie di rischio Dal punto di vista radioprotezionistico le strutture in cui vengono svolte attivita medico nucleari in vivo rientrano nella categoria a medio rischio, a meno di rilevanti attivita a base di 131 I per le quali gli ambienti possono sconfinare nella categoria ad alto rischio. Categoria di rischio bassomedioalto pavimentolavabileimpermebile facilmente lavabile senza soluzione di continuita e saldato alle pareti superficilavabili cappa (nei laboratori) nosi ventilazionenormalebuonaestrazione forzata dotazioni di primo intervento mezzi per il lavaggio mezzi per il lavaggio e la decontaminazione

31 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 31 Caratteristiche strutturali per attivita diagnostiche Zona non controllata: - accettazione pazienti - sala attesa pazienti non portatori radioattivita e accompagnatori - studi medici - servizi igienici per il personale e per i pazienti non portatori di radioattivita - archivio, deposito materiale,… Zona controllata (accessibile a pazienti e personale del reparto) - sala somministrazione radiofarmaci - sala attesa pazienti portatori di radioattivita barellati e non - sale diagnostiche - servizi igienici per i pazienti portatori di radioattivita Zona controllata (accessibile solo al personale del reparto) - locali di deposito e manipolazione delle sostanze radioattive (camera calda) - laboratorio di radiochimica - locale per decontaminazione e lavaggio materiale laboratorio - spogliatoi e relativa zona filtro tra larea controllata e larea fredda per leventuale decontaminazione del personale

32 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 32 Percorsi dei pazienti e del personale Percorsi dei pazienti tali da evitare il ritorno dei pazienti portatori di radioattivita verso lingresso del reparto Spogliatoi per il personale dove possano essere tenuti abiti da lavoro e di ricambio in caso di contaminazione Accesso alla zona calda direttamente dallo spogliatoio freddo, uscita dalla zona calda attraverso locale filtro - punto controllato per la verifica della contaminazione delle mani, dei piedi, degli abiti (monitor mani-piedi-vesti) - lavabo per il lavaggio delle mani e per piccole decontaminazioni - doccia di decontaminazione

33 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 33 Locale di deposito e manipolazione delle sostanze radioattive (camera calda) Opportune schermature Sostanze conservate nei contenitori originali di trasporto Rateo di dose in aria non deve superare i 100 μGy/h a 5 cm dalla parete esterna dei contenitori e non deve superare i 5 μGy/h in ogni zona del locale Celle di manipolazioni con pannelli, schermati in Pb, in parte scorrevoli, con visori di vetro piombifero per il contenimento delle sorgenti radioattive Telemanipolatori e pinze Superfici di lavoro non porose e lavabili (acciaio inossidabile) Rubinetti azionabili senza far uso delle mani Sistema di ventilazione: aria dallarea a minore attivita a quella a maggiore attivita ; locale in depressione rispetto agli ambienti circostanti Pavimenti lavabili, facilmente decontaminabili e senza soluzione di continuita con le pareti: - pareti ricoperte da vernici lavabili - pavimento ricoperto di fogli di materiale plastico con risvolto alle pareti per circa 20 cm

34 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 34 In particolare lavorando con 131 I Impiegare capsule o in ogni caso soluzioni non volatili Operare sotto cappa Evitare lesposizione allaria del materiale radioattivo Ridurre al minimo il tempo di permanenza nelle camere di degenza Usare materiale a perdere Far indossare eventualmente maschere protettive ai pazienti

35 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 35

36 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 36 Sale di diagnostica Pareti in mattone pieno Nelle installazioni PET possono essere necessarie schermature dellordine di cm di calcestruzzo o 6-12 cm di piombo Operatori protetti da una barriera, 2 mm Pb equivalente nel caso di 99 mTc Nel caso di apparecchiature diagnostiche mobili locale dedicato allesecuzione dellesame: - deposito schermato temporaneo - locale a scarico contenuto - spogliatoi con zona filtro - schermature fisse se necessarie

37 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 37 Rifiuti radioattivi Zone di deposito dei rifiuti radioattivi solidi e vasche di raccolta, controllo e smaltimento degli effluenti liquidi radioattivi Predisposizione di contropendenze del pavimento rispetto alla zona di ingresso/uscita o altri sistemi atti a impedire la dispersione di liquidi contaminati allesterno Predisposizione di contropendenze per la veicolazione di liquidi radiocontaminati verso una pila di scarico

38 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 38 Esercizio 16: una sorgente di 60 Co da 3 kCi e immersa in un contenitore di piombo (densita g/cm 3 ). Determinare quale spessore devono avere le pareti affinche la dose esterna, assorbita da un operatore, non superi 50mrem/ora ad 1 m di distanza.

39 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 39

40 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 40 Testi consigliati Medicina nucleare nella pratica clinica Patron Editore, Bologna La fisica in medicina nucleare Patron Editore, Bologna Borsa Scannicchio, Fisica con applicazioni in biologia e medicina Edizioni Unicopli


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