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LA FISICA MEDICA RADIOTERAPIA DIAGNOSTICA Radiodiagnostica convenzionale (RX) Risonanza Magnetica Ecografia MEDICINA NUCLEARE Terapia di neoplasie effettuata.

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Presentazione sul tema: "LA FISICA MEDICA RADIOTERAPIA DIAGNOSTICA Radiodiagnostica convenzionale (RX) Risonanza Magnetica Ecografia MEDICINA NUCLEARE Terapia di neoplasie effettuata."— Transcript della presentazione:

1 LA FISICA MEDICA RADIOTERAPIA DIAGNOSTICA Radiodiagnostica convenzionale (RX) Risonanza Magnetica Ecografia MEDICINA NUCLEARE Terapia di neoplasie effettuata con radiazioni altamente energetiche. (X, elettroni, protoni) acceleratori lineari sincrotroni roentgen terapia Terapia o diagnostica con farmaci radioattivi

2 La MEDICINA NUCLEARE Specialità medica che prevede luso di Sostanze radioattive dette radiofarmaci in sorgente non sigillata somministrate a scopo DIAGNOSTICO scintigrafia SPECT, PET TERAPEUTICO Terapia radiometabolica ECT

3 Cosè una SOSTANZA RADIOATTIVA ? Una sostanza si definisce radioattiva se è costituita da atomi instabili che decadono emettendo radiazioni. Sfruttando linterazione di queste radiazioni con i diversi tessuti biologici è possibile ottenere informazioni diagnostiche o benefici terapeutici. Per comprendere limpiego di un radiofarmaco è dunque necessario conoscere meglio il fenomeno del decadimento radioattivo e quindi la struttura dellATOMO e del NUCLEO

4 L ATOMO NUCLEONI Protoni (p) e neutroni (n) (NUCLEONI) NUCLEO costituiscono il NUCLEO dellatomo, attorno al nucleo sono disposti su differenti orbite gli elettroni (e) X Z : NUMERO ATOMICO numero dei protoni e degli elettroni dellatomo X A: NUMERO DI MASSA numero dei protoni + neutroni presenti nellatomo

5 UNITA DI MISURA DELLA MASSA ATOMICA Usualmente si misurano le masse degli atomi in UNITA DI MASSA ATOMICA a.m.u. che è 1/12 della massa di 1 atomo di 12 C 1.66* g 1 a.m.u.=( 1.99* g) / 12 = 1.66* g m Il RAGGIO di un atomo è m

6 Energia potenziale in funzione della distanza di separazione nucleone-nucleone Raggio del nucleo m= 1fm LA FORZA DI LEGAME NUCLEARE r (fm) U(r) forza repulsivaforza attrattiva

7 ENERGIA DI LEGAME NUCLEARE Numero di massa A Energia di legame per nucleone (MeV) Regione di massima stabilità 100 Per A 100, la repulsione coulombiana ( Z 2 ) tende a prevalere sulla forza di legame nucleare lenergia di legame decresce

8 GLI ATOMI STABILI E INSTABILI per mantenere la stabilità il sistema reagisce arricchendo il nucleo di componenti neutre (neutroni) Per A elevati, la repulsione coulombiana tende a prevalere Per Z > 82 non esistono atomi stabili: Gli atomi decadono emettendo radiazioni

9 NEUTRONI n 2082 PROTONI p N=Z Per Z>82 non esistono nuclei stabili I nuclei instabili che si formano decadono in altri nuclei CURVA DI STABILITA DEL NUCLEO 3 POSSIBILITA di DECADIMENTO

10 PROCESSI DI DECADIMENTO per A molto elevati decadimento ALFA X A Z X A-4 Z-2 + He 4 2 nucleo in stato eccitato decadimento GAMMA X A Z * X A Z + per Z N decadimento BETA X A Z X A Z+1 + e - + X A Z X A Z-1 + e + +

11 Legge del DECADIMENTO RADIOATTIVO N(t): numero di nuclei non ancora decaduti al tempo t 1/2 N 0 N0N0 T1/2: tempo di dimezzamento Tempo t N=N 0 *e - t : costante di decadimento

12 DECADIMENTO RADIOATTIVO ATTIVITA ATTIVITA A di una sorgente: A(t)= N(t) velocità di diminuzione del numero di nuclei radioattivi presenti : A(t)= N(t) 1 Ci = 3.7*10 10 disintegrazioni /secondo 1 Ci = 3.7*10 10 disintegrazioni /secondo A si misura in Curie (Ci) o Bequerel (Bq) 1 disintegrazione /secondo = 1 Bq Gli elementi instabili sono utilizzati in MEDICINA NUCLEARE

13 Radionuclidi MODALITA di DECADIMENTO : emissione di radiazione ALFA: particella costituita da 2p+2n BETA (+/-) : elettrone (e-) o positrone (e+) GAMMA : radiazione elettromagnetica Le radiazioni emesse per decadimento dagli atomi instabili, attraversando i tessuti biologici cedono ad essi la loro energia e vengono assorbite : questo fenomeno viene sfruttato per ricavare immagini diagnostiche (SCINTIGRAFIA) o per distruggere parte di tessuti (TERAPIA RADIOMETABOLICA)

14 La MEDICINA NUCLEARE : DIAGNOSTICA La SCINTIGRAFIA Utilizza radionuclidi GAMMA emittenti Il radioisotopo viene somministrato al paziente e viene captato in modo selettivo dallorgano di cui si vuole ricavare limmagine Il fotone prodotto in un punto (P), si attenua attraversando i tessuti circostanti e viene rilevato da una Gamma-camera La Gamma-camera è costituita da una matrice planare di rivelatori. Si acquisiscono più viste: la Gamma-camera ruota attorno al paziente Attraverso misure di attenuazione si ricostruisce limmagine dellorgano sorgente

15 paziente organo P : fotone emesso Lorgano T (verde) ha captato il radiofarmaco emittente Il fotone emesso in P attraversa il tessuto e viene rilevato dalla Gamma-camera il segnale, diverso a seconda delle disomogeneità di tessuto incontrate viene trasmesso al calcolatore ed elaborato Gamma camera Elaboratore

16 Comè fatta una GAMMA-CAMERA? Schema dei componenti di una gamma camera: I fotoni, emessi dai radionuclidi, attraversano un collimatore e vengono rivelati da uno scintillatore solido (NaI). La luce emessa dallo scintillatore, attraverso guide di luce, incide su fotomoltiplicatori (PM) che la convertono in segnali elettrici. Mediante un calcolatore, i segnali, prelevati dai vari PM, vengono elaborati per ricostruire unimmagine sul monitor, che rappresenti la mappa della distribuzione dei radionuclidi -emittenti nellorgani in esame

17 La gammacamera ruota e acquisisce diverse immagini (viste): Dalle informazioni delle differenti viste si può ricostruire la densità e quindi la composizione dellorgano sorgente: L IMMAGINE DIAGNOSTICA In questo punto lattenuazione sarà minore perché il fotone ha attraversato una struttura meno densa come il polmone polmone

18 COME SI RICOSTRUISCE LIMMAGINE? Tecnica analoga per TAC, scintigrafia etc.. Dalle diverse viste ottengo matrici di numeri che rappresentano lattenuazione La radiazione prodotta allinterno dellorgano sorgente (sferette) viene emessa ed attraversa, prima di essere rivelata, diversi omogeneità di tessuto. Nelle differenti viste, a seconda della composizione e dellorgano attraversato, misurerò unattennuazione diversa.

19 LA SPECT: Single Photon Emission Computer Tomography Tomografia Computerizzata ad emissione di singolo fotone Utilizza radionuclidi emittenti come la scintigrafia. Differente è invece il sistema di rivelazione: i fotoni trasmessi vengono rilevati non più da una matrice planare di rivelatori (Gamma-camera) bensì da una serie di rivelatori disposti su una corona circolare che ruota assialmente attorno al paziente. rotazione

20 La PET Positron Emission Computer Tomography Tomografia Computerizzata ad emissione di due fotoni Utilizza radionuclidi emittenti: il positrone (e+) generato dal radionuclide emittente cattura un elettrone del tessuto in cui si trova e genera due fotoni (fenomeno di annichilazione) emessi in direzione opposta. PET: due fotoni emessi in direzione opposta SPECT: Un solo fotone

21 Fenomeno di annichilazione: e+ + e- 2 Il positrone (e+) emesso dal radionuclide si annichila con lelettrone del tessuto (e-) dando origine a due fotoni emessi i direzione opposta, cioè con un angolo di 180°. I due fotoni attraversano Percorsi diversi nel tessuto e vengono rivelati: Dalle due misure di diversa attenuazione si riesce a risalire al punto in cui il fotone è stato rivelato.

22 Bisogna rivelare contemporaneamente i due fotoni che, emessi in P giungono ai Rivelatori 1 e 8 eliminando tutti i segnali spuri non coincidenti. P Rivelatore Rivelatore UN ESEMPIO

23 Vista frontale (a) e dallalto (b) di un dispositivo PET. I gruppi di rivelatori in coincidenza sono disposti nel piano di una struttura esagonale intorno al paziente. Ciascun rivelatore può osservare un evento coincidente con ciascuno degli 11 rivelatori del lato opposto (sono possibili 3*11*11=363) coppie di linee coincidenti. Per garantire un campionamento angolare e spaziale completo, la disposizione esagonale viene ruotata per 60° con un passo di 5°. In (a) i fotoni non collineari, come nelle annichilazioni originate in Be C, non danno luogo a coincidenza e vengono trascurate dal dispositivo. I fotoni originati in A sono invece collineari.

24 RIASSUMENDO: SCINTIGRAFIA: radionuclide emittente Gamma-camera planare SPECT Single Photon Emission Computer Tomography: radionuclide emittente Rivelatori circolari PET Positron Emission Computer Tomography: Radionuclide + emittente (2 fotoni coincidenti emessi) Rivelatori circolari per misurare la coincidenza Più lenta Più veloce Più veloce e più precisa

25 SCINTIGRAFIA statica: Usata per studiare un organo nella sua morfologia (es. individuazione di un tumore) CARATTERISTICHE 1.Collimatori del rivelatore: calibrati con lenergia del rivelato 2.Tempo : deve essere calcolato il tempo tra cui si inietta il radiofarmaco e quello in cui si inizia lesame.Il radiofarmaco viene captato anche da altri organi dando luogo ad un rumore di fondo. 3.Durata della rivelazione: è un compromesso tra un numero sufficientemente alto di conteggi e la possibilità di non far muovere il paziente 4.N° di viste: per organi superficiali (es tiroide) basta una sola vista. Se lorgano è posto in profondità bisogna tener conto degli organi frapposti e fare almeno 2 viste contrapposte

26 SCINTIGRAFIA dinamica: Usata per studiare un organo nella sua funzionalità (es. funzionalità miocardica) CARATTERISTICHE 1.Collimatori: calibrati con lenergia del rivelato 2.Tempo : deve essere calcolato il tempo tra cui si inietta il radiofarmaco e quello in cui si inizia lesame.Il radiofarmaco viene captato anche da altri organi dando luogo ad un rumore di fondo. 3.Durata della rivelazione: è molto più breve. Si acquisiscono molti fotogrammi in un secondo, con un basso numero di conteggi. (tecnica multi gate) 4.In genere vengono utilizzate SPECT.

27 ALCUNE IMMAGINI SPECT…. SPECT di una sezione del fegato: (a) Vista frontale e laterale (b) SPECT di una sezione del polmone: (a) Vista frontale e laterale (b)

28 La MEDICINA NUCLEARE : TERAPIA RADIOMETABOLICA Attività somministrata quale radiofarmaco diffusibile o non diffusibile a scopo curativo o palliativo: terapie locali con colloidi (es. articolazioni) trattamento di iperfunzioni ghiandolari (ipertiroidismi) trattamento di neoplasie e loro mts con particolare attività metabolica (es. neoplasie secernenti della tiroide, tumori derivati da tessuto cromaffine) o con esposizione di particolari recettori o anticorpi palliazione del dolore osseo da mts osteocondensanti od osteolitiche

29 Il trattamento interessa la struttura che, per la sua natura, metabolizza e/o accumula il radiofarmaco il trattamento non ha nulla a che vedere con forma, localizzazione e dimensione della struttura, ma solo con il suo comportamento biologico il trattamento dipende dalle caratteristiche di emissione del radionuclide (tipo, energia, emivita effettiva nella struttura) Tutti questi parametri non sono relativi allanatomia, ma solo alla attività ed alla funzione della lesione

30 COME SCELGO IL RADIOISOTOPO giusto? Deve essere captato dall0organodi interesse Non deve essere tossico o dannoso per lorganismo Deve avere un tempo di dimezzamento conveniente: non troppo breve (deve durare per tutto lesame) ma non troppo lungo(per non irradiare a lungo) TEMPO di decadimento Biologico Lenergia del fotone emesso deve avere energia sufficiente per poter attraversare tutto il tessuto, senza essere assorbito completamente e venire così rivelato Facilmente reperibile e poco costoso

31 Ogni radiofarmaco ha la sua emivita: quella dei radiofarmaci viene chiamata emivita biologica per distinguerla dallemivita fisica (quella del radionuclide) quella che interessa è lemivita effettiva che dipende da entrambe in termini matematici, abbiamo: Il tempo di dimezzamento effettivo (T e ) tiene conto sia del tempo di decadimento biologico del farmaco (T b ) sia di quello fisico del radionuclide in esso contenuto (T f )

32 RADIOISOTOPI FREQUENTEMENTE USATI in Medicina Nucleare Diagnostica e Terapia RADIOISOTOPOTIPO DI ESAME Iodio 131 (I 131) Tecnezio 99m (Tc 99m) Gallio 67 (Ga 67) Sc. tiroidea Sc. Tiroide, polmone, ossee Sc. polmonare DIAGNOSTICA RADIOISOTOPOTIPO DI ESAME Iodio 131 (I 131) Stronzio 89 (Sr 89) Samario 153 (Sm 153) Tecnezio 99m (Tc 99m) Ca tiroideio, iper-ipo tiroidismi Trattamento palliativo metastasi ossee Ca. cerebrale TERAPIA

33 ° Tecnica non invasiva (con rare eccezioni) ° Lo specialista deve valutare la congruità dell indicazione (possibilità di altri esami più indicati: TAC, RM etc.) ° al temine dellesame il paziente può essere...radioattivo e può irradiare e contaminare: il pericolo è solitamente trascurabile, salvo che in pazienti sottoposti a radioterapia metabolica. MADICINA NUCLEARE: Osservazioni

34 Il rischio decresce con il diffondersi di radionuclidi con vita media sempre più breve: irraggiamento (solo se cè emissione fotonica) da parte del paziente o delle sue deiezioni contaminazione con sangue, fluidi o deiezioni del paziente rispettando le normali regole di igiene e di lavoro, il rischio è trascurabile in caso di indagini diagnostiche in alcuni casi occorre prestare particolare attenzione alle deiezioni del paziente (se non autosufficiente) in caso di radioterapia metabolica occorre informarsi di volta in volta, viste le numerose variabili, per quanto riguarda: –tipo di emissione del radionuclide (fotoni?) ed emivita –modalità di accumulo ed eventuale eliminazione Aspetti RADIOPROTEZIONISTICI: Rischi per gli operatori


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