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MEDICINA NUCLEAR
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DR. ESTEBAN LEÓN BUENOMEDICO NUCLEAR
BASES FÍSICAS DE LA MEDICINA NUCLEAR
ISOTOPOS RADIACTIVOS
Concepto de átomo Ernest Ruthrford 1911
Átomo: Partícula divisible compuesta de un núcleo y un conjunto de electrones,
La unidad más pequeña posible de un elemento que puede participar en una reacción química
Átomo:Constituido por:
1.-NúcleoProtones P (+)Neutrones N (neutros)
2-Corteza Electrones E(-)
ISOTOPOS RADIACTIVOS
núcleoCarga eléctrica positiva
es en donde se concentra la mayor masa del átomo
Neutrón y Protón
ÁTOMO
En conjunto es eléctricamente neutro.
La carga (+)núcleo esta dada por los protones y queda contrarrestada con la carga (-)de los electrones
ISOTOPOS RADIACTIVOS
Número atómico es: Numero de protones. R Z: 1H, 8O, 26Fe- Caracteriza elemento químico , independientemente del numero de neutrones
A los Neutrones se R N:
Numero másico : dada # protones mas neutrones R A: A= Z+N 1H, 8O, 26Fe
31H -----> Este átomo tiene Z = 1 y A = 3. Por tanto, tiene 1 protón, 3 - 1 =
2 neutrones y, como es neutro, tiene 1 electrón.
Isótopo Los isótopos: iso: igual, topos: lugar Son átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico,
pero distinto número másico
Es decir, tienen el mismo número de protones (Z) pero distinto número de neutrones. (A)
Z: Propiedades químicas son las mismas, su comportamiento biológico, mecanismos de captación y metabolismo
Variación del numero de neutrones puede Condicionar Cambios en la estabilidad nuclear
Ejemplo de Isótopo El elemento 1H, cuyo número atómico es 1 (es decir, que posee
un protón en el núcleo),
2H Deuterio : + 1 neutron, estébale 3H Tritio +2 neutrones : radiactivo
Electrones
1) El electrón : órbitas circulares "permitidas" (estables) en las que no emite energía.
El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo.
2) La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía.
El núcleo atómico es la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentra más del 99,9% de la masa total del átomo.
EL NUCLEO
Está formado por protones y neutrones (denominados nucleones) que se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte, la cual permite que el núcleo sea estable
Sin embargo, sabemos que los neutrones aislados y los núcleos con demasiados neutrones (o demasiados protones) son inestables.
EL NUCLEO
Estabilidad del núcleo
RADIACTIVIDAD
Núcleos son marcadamente inestables y tienden a transformarse en otros mas estable. mediante la desintegración del núcleo y la emisión del excedente energético de radiación.
Radiactividad: es la transformación del núcleo en busca de su estabilidad.
Isotopos radiactivos: radioisótopos, radionúclidos o
radionúclidos
TIPOS DE RADIACIONES
Radiación: resultado de la emisión de alguna forma de energía por parte del núcleo y son de 2 tipos:
1.- Radiaciones corpusculares: subatómicas que viajan a gran velocidad transmite energía cinética : alfa, (helio), beta- (electrones), beta+(positrones) y neutrónica (neutrones).
2.- Electromagnéticas unidades energía denominadas fotones o quantos.
Un fotón: cantidad mínima de energía que puede transmitirse
RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS
LONGUITUD DE ONDA: distancia mas corta entre dos ondas de misma fase FRECUENCIA : # oscilaciones ENERGIA: directamente proporcional a su frecuencia
- Energía de la radiación condiciona al poder de penetración tejidos (radiaciones electromagnéticas) (alta energía)
- Aplicaciones Dx medico : RX , TAC Y rayos gama en Medicina Nuclear
- UNIDAD MEDIDA: electronvoltio (eV)
TIPOS DE RADIACIONES
DESINTEGRACIÓN NUCLEAR
ERNEST RUTHEFORD Y FREDERICK SODDY : radiación emitida al desintegrarse el núcleo.
La radiactividad es la emisión de partículas por parte de un núcleo atómico:
alfa núcleo helio 42He
beta - - electrón negativo e-
beta + + electrón positivo e+
radiación ondas electromagnéticas
DESINTEGRACIÓN ALFA
La desintegración alfa (a) es corpuscular es llevada a cabo por nucleídos mas pesados que, para alcanzar la estabilidad, emiten partículas formadas por dos protones y dos neutrones.
Partícula alfa
Estas son altamente ionizantes y, consecuentemente, interaccionan con la materia en forma intensa quedando retenidas en los primeros milímetros de la misma.
DESINTEGRACIÓN BETA NEGATIVA (ELECTRONES) e-
Implica la transformación de un neutrón en un protón con emisión de un electrón y energía
El nucleído hijo mantiene el mismo numero másico(A=Z+N), pero su # atómico (z) aumenta en una unidad.
Se produce en nucleídos con exceso de neutrones
DESINTEGRACIÓN BETA POSITIVA (POSITRÓN) e+
Se produce en nucleídos con deficiencia de neutrones
Implica la transformación de un protón en un electrón con emisión de un positrón y energía.
El nucleído hijo mantiene el mismo numero másico(A=Z+N), pero su # atómico (z) disminuye en una unidad.
CAPTURA ELECTRÓNICA
Implica la captura de electrón de la orbita por parte del núcleo
(e-) + protón del núcleo genera neutrón (núcleo) y emite un neutrino + energía
El nucleído hijo mantiene el mismo numero másico(A=Z+N), pero su # atómico (z) disminuye en una unidad.
TRANSICION ISOMERICA
La transición isomérica ocurre en aquellos núcleos que poseen la característica de estar excitados durante un tiempo cuantificable, son los denominados metaestables.
El cambio del estado metaestable al estable está acompañado por la emisión de energías en forma de radiación gamma, un ejemplo de esto lo constituye el Tc-99m
CONVERSION INTERNA
La conversión interna ocurre en aquellos núcleos pesados
Cede parte de su exceso de energía a un electrón próximo, desplazándolo de su órbita Y ocupando el lugar vacante con otro electrón proveniente de órbitas externas con la consecuente emisión de energía gama
DESINTEGRACION POR EMISION DE NEUTRONES
La emisión nuclear de neutrón genera un nucleído hijo que mantiene su numero atómico y disminuye en una unidad su numero másico y por lo tanto se convierte en un isotopo de su padre .
LOS RAYOS GAMMA
En los procesos de transformación del núcleo puede quedar con un exceso de energía(estado excitado nuclear).
La desexcitación del núcleo va acompañada, al igual que los electrones, por emisión del exceso de energía como un cuanto de radiación electromagnética (fotones gama)
Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa y la beta.
CINETICA DEL DECAIMIENTO RADIACTIVO
La desintegración radiactiva es un proceso al azar- aleatorio
Solo podemos establecer el numero de átomos desintegrados por unidad de tiempo
Actividad radioactiva
La probabilidad de desintegraciones es característico de cada nucleído e independientemente de las condiciones externas
Actividad radioactiva: desintegraciones por unidad de tiempo.
Constante de desintegración y que disminuye con el tiempo en forma exponencial ( depende del núcleo)
Actividad inicial
PERIODO DE SEMIDESINTEGRACIÓN (T ½)
Es el tiempo en el cual la actividad de la muestra inicial o numero de átomos se desintegran a la mitad.
Es característico de cada radionúclido al igual que lambda
DECAIMIENTO BIOLOGICO
Al administrar un radionúclido el decaimiento físico es menor , porque el trazador a la vez es eliminado biológicamente. ( ej. orina)
Esto determina el tiempo medio efectivo
ACTIVIDAD DE UNA MUESTRA
Cantidad de átomos desintegrados por una unidad de tiempo
Unidades de medida:
Becquerel ( Bq) = 1 dps (1desintegración por segundo 10
Curie (Ci) 1 Ci = 3.7 x 10 dps
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA
Las radiaciones al atravesar el cuerpo humano estas son parcialmente parcialmente absorbidas .
• La radiación es atenuada, es disminuir el numero fotones disminuyo con respecto al numero de fotones inicialmente incidentes
EXCITACIÓN Y IONIZACIÓN
Excitación
Electrones corticalesson promocionadosde una orbita de mayor y transfieren energía (inestable).- Y para volver alestado de estable emite energía
Ionización
EXCITACIÓN Y IONIZACIÓN
Energía cedida por elelectrón es suficiente para arrancarlo del átomo y forma de esta manera par de iones positivo Y negativo
Radiaciones ionizantes : son las alfa y beta son carga eléctrica y son directamente ionizantes (es producida por su propia particular al colisionar con el electrón.
Radiaciones neutras ( radiaciones electromagnéticas y neutrones),producen de modo indirecta, por lo electrones expulsados del átomo y se convierten en partículas ionizantes secundarias
EL DAÑO BIOLÓGICO ESTA RELACIÓN CON EL PODER IONIZANTE
TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGÍA
Es la energía cedida por la radiación al medio por unidad de recorrido
Depender:
- Característica de la radiación - Densidad - Numero atómico de la materia absorbente
TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGÍA
Elevada masa y carga eléctrica (he) “choca” es muy ionizante.
Alcanza pocos cm aire y centésimas de milímetros en el agua. No tiene aplicación en la Medicina nuclear
Radiación alfa :
TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGÍA
Menor masa que alfa Menos carga eléctrica Menos ionizante Mas penetrantes (metros en el aire , milímetros en agua y son
absorbidos madera o aluminio Ej: I-131
Radiaciones B (-)
TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGÍA
Indirectamente: es una emisión foto nica: captura electrónica y transmisión isométrica .
Son emisores de radiación electromagnética de alta energía (fotones x y gama)
Menos ionizantes (ausencia carga y masa). Mas penetrantes
Emisión B (+)
El EFECTO FOTOELÉCTRICO ocurre cuando un fotón interactúa con un electrón orbital y le cede toda su energía arrancándolo de su órbita entregando el sobrante como energía cinética. El lugar vacante es ocupado por otro electrón, procedente de una órbita superior, y como este posee mayor energía la diferencia se emite como radiación electromagnética difusa
INTERACCIÓN DE LOS FOTONES CON LA MATERIA
El efecto Compton ocurre cuando un fotón interacciona con un electrón de capas superiores al cual le cede parte de su energía arrancándolo de su órbita al tiempo que el fotón se desvía de su trayectoria con menor energía que la inicial. Así el electrón expulsado, el compto electrón, posee una energía cinética, aproximadamente igual, a la diferencia entre el fotón incidente y el fotón desviado
INTERACCIÓN DE LOS FOTONES CON LA MATERIA
La formación de pares ocurre cuando un fotón de alta energía interacciona con un núcleo grande convirtiéndose, por efecto del campo nuclear, en un electrón y un positrón el cual interactúa rápidamente con otro electrón, fenómeno de aniquilación, generando dos fotones de direcciones opuestas de 0.51 MeV cada uno
INTERACCIÓN DE LOS FOTONES CON LA MATERIA
La energía de radiación : la absorción por efecto fotoeléctrico (fotos baja energía)
Absorción por efecto compton : (energía intermedia )
Formación de pares iónicos ( desde valor energético de 1.02 Mev.
INTERACCIÓN DE LOS FOTONES CON LA MATERIA INTERACCIÓN DE LOS FOTONES CON LA MATERIA
La naturaleza de z de la sustancia atravesada : Mayor z : mayor absorción por efecto fotoeléctrico y formación de pares de alta energía:Ej : Tc 99m (compton)
Los radionúclidos utilizados en medicina nuclear son emisores de radiaciones de menor nivel energético (Tc 99m emisor gama, 140 kev) .
Al mínimo necesario para provocar la formación de pares
El mecanismo de absorción al atravesar el cuerpo humano (agua) es efecto compton y menor medida el efecto fotoeléctrico
INTERACCIÓN DE LOS FOTONES CON LA MATERIA
