FISICA delle APPARECCHIATURE per MEDICINA NUCLEARE (lezione V) Anno Accademico 2005-2006 Corso di Laurea in Tecniche Sanitarie di Radiologia Medica per Immagini e Radioterapia Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V FISICA delle APPARECCHIATURE per MEDICINA NUCLEARE (lezione V) Marta Ruspa

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

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

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

Che cosa porta complessivamente alla perdita di efficienza? I radionuclidi diffondono in tutto l’organismo, 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 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

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

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

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

Correzione per attenuazione La probabilità che il fotone 1 non venga assorbito dopo aver attraversato uno spessore x: Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 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

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

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

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

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 all’organo di interesse Tempo di diffusione Danno da radiazione Pronta disponibilita’ Basso costo di produzione Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

Radiafarmaci in diagnostica Tempo di dimezzamento deve essere compatibile con la durata del fenomeno biologico o fisiologico interessato: - valutazione polmonare  T1/2 ~ s (81mKr, T1/2 = 13 s) - captazione tiroidea  T1/2 ~ qualche ora (123I, T1/2 = 13 h) - analisi di funzionalita’ cardiaca  T1/2 ~ qualche minuto (ammoniaca marcata con 13N, T1/2 ~ 10 m) Modalita’ di decadimento indicati radioisotopi che decadono senza emettere particelle cariche, per ridurre la dose rilasciata; l’emissione associata preferibile e’ l’emissione 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 (123I, 159 KeV, 83%; 99mTc, 140 KeV, 90%; 81mKr, 190 KeV, 65%) Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

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

Radiafarmaci in diagnostica β+ emettitori Isotopi di bio-elementi! Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V Non esistono isotopi dell’idrogeno emittenti positroni ma il 18F puo’ esserne un sostituto 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.

Radiofarmaci in terapia Tempo di dimezzamento piu’ lungo rispetto alla diagnostica, dell’ordine dei giorni (89Sr, T1/2 = 50d; 131I, T1/2 = 8d) Modalita’ di decadimento per particella carica, di idonea energia per il rilascio locale di dose (89Sr, 99.9% β) Energia delle emissioni associate l’emissione elettromagnetica associata dovrebbe essere possibilmente assente per ridurre la dose ai tessuti circostanti e al personale (89Sr, no γ) Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

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

Terapie con irraggiamento interno Somministrazione di radiofarmaci (diffusibili o non diffusibili) a scopo curativo o palliativo. Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V 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. Radioterapia metabolica: Brachiterapia Impianto di semi radioattivi (ad es. per tumore della prostata)

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

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

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

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

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

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 sull’elettrodo 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. Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

Esercizio 12: valutare il volume di sangue di un paziente in cui sono stati somministrati 5 cc di albumina marcata con 131I avente una frequenza di conteggi (emissioni rivelate da un contatore di radiazione) di 105 conteggi al secondo. La frequenza di conteggio misurata 15 minuti dopo da un campione di 5 cc di sangue e’ stata di 102 conteggi al secondo. Esercizio 13: il 59Fe 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. Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

Esercizio 14: tessuti viventi esposti a 20000 rad sono completamente distrutti. Valutare l’aumento 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? Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

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

Esposizione Il rischio legato all’impiego di sostanze radioattive non sigillate e’ dovuto sostanzialmente all’esposizione 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 131I per le le caratteristiche di volatilita’ del farmaco  misure di contaminazione delle urine e dell’attivita’ presente in tiroide 2-5 μSv-persona per esame  3-4 mSv/anno per operatore Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

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 131I per le quali gli ambienti possono sconfinare nella categoria ad alto rischio. Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V Categoria di rischio basso medio alto pavimento lavabile impermebile facilmente lavabile senza soluzione di continuita’ e saldato alle pareti superfici lavabili cappa (nei laboratori) no si ventilazione normale buona estrazione forzata dotazioni di primo intervento mezzi per il lavaggio mezzi per il lavaggio e la decontaminazione

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 l’area controllata e l’area fredda per l’eventuale decontaminazione del personale Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

Percorsi dei pazienti e del personale Percorsi dei pazienti tali da evitare il ritorno dei pazienti portatori di radioattivita’ verso l’ingresso 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 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

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 dall’area 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 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

In particolare lavorando con 131I Impiegare capsule o in ogni caso soluzioni non volatili Operare sotto cappa Evitare l’esposizione all’aria 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 Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

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Sale di diagnostica Pareti in mattone pieno Nelle installazioni PET possono essere necessarie schermature dell’ordine di 10-25 cm di calcestruzzo o 6-12 cm di piombo Operatori protetti da una barriera, 2 mm Pb equivalente nel caso di 99mTc Nel caso di apparecchiature diagnostiche mobili locale dedicato all’esecuzione dell’esame: - deposito schermato temporaneo - locale a scarico contenuto - spogliatoi con zona filtro - schermature fisse se necessarie Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

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 all’esterno Predisposizione di contropendenze per la veicolazione di liquidi radiocontaminati verso una pila di scarico Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

Esercizio 16: una sorgente di 60Co da 3 kCi e’ immersa in un contenitore di piombo (densita’ 11.34 g/cm3). Determinare quale spessore devono avere le pareti affinche’ la dose esterna, assorbita da un operatore, non superi 50mrem/ora ad 1 m di distanza. Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V

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