MEDICINA NUCLEAR

APRESENTAÇÃO

Professor: Augusto Sampaio

Conceitos Básicos Sobre Medicina

Nuclear.

O que é Medicina Nuclear?

Medicina Nuclear é uma especialidade

que emprega fontes abertas de materiais

radioativos com finalidade diagnóstica e

terapêutica. Habitualmente os materiais

radioativos são administrados in vivo e

apresentam distribuição para

determinados órgãos ou tipos celulares.

Esta distribuição pode ser ditada por

características do próprio elemento

radioativo, como no caso das formas

radioativas do iodo, que, a

semelhança deste com a do não

radioativo , faz com que ele seja

captado pela tireóide que o emprega

na síntese hormonal.

Outras vezes o elemento radioativo é

ligado a um outro grupo químico,

formando um radiofármaco com

afinidade por determinados tecidos,

como no caso dos compostos a base de

fostato ligados ao tecnécio-Tc99m que

são captados pelos ossos.

Nas aplicações diagnósticas a distribuição do

radiofármaco no corpo do paciente é

conhecida a partir de imagens bidimensionais

(planares) ou tomográficas (Spect), geradas

em um equipamento denominado câmara de

cintilação computadorizada, câmara

cintilográfica ou gama-câmara.

Imagem Bidimensional (Planar)

Imagem Tomográfica (Spect)

Câmara de Cintilação

Câmara de Cintilação

A maior ou menor captação dos

compostos permite avaliar a função dos

orgãos ao contrário da maioria dos

métodos radiológicos que dão maior

ênfase na avaliação anatômica . A

avaliação funcional realizada pela

medicina nuclear traz, muitas vezes,

informações diagnósticas de forma

precoce em diferentes patologias.

A radioatividade da maioria dos

elementos empregados em medicina

nuclear cai para a metade (tempo

denominado de meia vida) em questão

de horas ou dias e a radiação emitida é

do tipo gama, similar aos raios X.

O tempo de permanência dos materiais

radioativos no corpo do paciente é ainda

mais reduzido considerando-se que

muitas vezes ocorre eliminação deste

pela urina.

Tomando como exemplo o tecnécio-99m,

isótopo empregado para a marcação da

maioria dos radiofármacos, verificamos

que sua meia-vida é de apenas 6 horas e

emite radiação gama com energia de 140

keV.

A baixa dose de radiação dos

procedimentos diagnósticos é, de forma

geral, similar ou inferior à de outros

métodos diagnósticos que empreguem

raios X.

Alguns radioisótopos emitem radiação

beta, com muito maior poder de

ionização dos tecidos que a radiação

gama. Estes materiais também têm sua

captação dirigida para certos tecidos,

como no já citado exemplo do iodo-131

que é captado pela tireóide.

Cintilografia da Tireóide

Quando administrados em altas

atividades, estes isótopos podem ser

empregados com finalidade terapêutica

(no exemplo citado, o iodo-131 permite a

redução seletiva do parênquima glandular

em casos de hipertireoidismo ou mesmo

o tratamento de metástases do carcinoma

bem diferenciado da tireóide).

Pesquisa

de Corpo

Inteiro

com Iodo

I131

A descoberta do raios-X, os princípios básicos;

O físico alemão Roentgen observou que saíam

raios misteriosos de uma ampola de Crookes (físico

inglês), capazes de atravessar folhas de papelão.

Por isso, ele os chamou de raios “X”.

A ampola de Edison, que ficou conhecida como

lâmpada incandescente, depois de aperfeiçoada, deu

origem à ampola de Crookes, usada por Roentgen.

Atualmente, a ampola de raios-X mais famosa é o

tubo de televisão.

A descoberta do raios-X, os princípios básicos;

O físico alemão Roentgen observou que saíam

raios misteriosos de uma ampola de Crookes (físico

inglês), capazes de atravessar folhas de papelão.

Por isso, ele os chamou de raios “X”.

A ampola de Edison, que ficou conhecida como

lâmpada incandescente, depois de aperfeiçoada, deu

origem à ampola de Crookes, usada por Roentgen.

Atualmente, a ampola de raios-X mais famosa é o

tubo de televisão.

A descoberta de Roentgen permitiu “fotografar” o

interior de muitos objetos e o corpo humano,

opacos à luz mas transparentes aos raios-X.

Quando se eleva a voltagem de alimenteção da

ampola ou “tubo de raios-X, eles se tornam mais

penetrantes.

A descoberta da radioatividade, os princípios

básicos;

O fenômeno da radioatividade foi descoberto no

fim do século dezenove, quando Henri Becquerel

em 1896 verificou que sais de urânio emitiam

radiações capazes de impressionar chapas

fotográficas. Em 1898, Pierre e Marie Curie deram

ao fenômeno o nome de radioatividade e

demonstraram que era característico de cada

elemento, constataram no radium, polônio, tório e

urânio.

Só alguns anos após, Ernest Rutherford (1903) pode

explicar o fenômeno da radioatividade e verificar

que os átomos radioativos não são estáveis, e que

ao emitirem radiações transformavam-se em outro

elemento radioativo. Os radionuclídeos encontrados

na natureza são chamados de naturais com número

atômico maior que 92 e possuem meia-vida longa.

Ao sofrerem alterações laboratoriais, em ciclotrons

(bombardeamento com partículas carregadas de alta

energia) ou em reatores nucleares (onde o

bombardeamento é feito com neutrons), dão origem

a centenas de outros radionuclídeos secundários.

Histórico

• 1934 descoberta da radiação artificial.

• 1946 primeiro reator para radionuclídeosdisponibilizado.

• 1940 P-32 primeiro radioisótopo que se concentra em tumores.

• 1946 I- 131 é usado em patologias de tireóide.

• 1960 iniciado os primeiros geradores de Tecnécio.

• 1965 iniciada a comercialização desses geradores.

• Primeiros detectores simples de radiação foram

utilizados para captação de Iodo pela tiróide

• 1950 mapeadores retilíneos.

• 1960-70 câmaras de cintilação

• 1970 - 80 câmaras tomográficas.

• 1980 tecnologia PET; PET/CT.

História da Medicina Nuclear

O primeiro mapeador retilíneo surgiu em 1950

(Benedict Cassen). O primeiro scanner de corpo

inteiro foi desenvolvidos em 1951 (H. Anger). As

primeiras câmaras de cintilação surgiram apenas em

1960, com baixa qualidade de imagem e baixa

definição de detalhes. A partir de 1970 houve uma

melhora significativa nos cristais de cintilação.

Um passo fundamental no desenvolvimento das

Câmaras de Cintilação, foi a criação de tubos

fotomultiplicadores capazes de detectarem sinais

luminosos muito fracos (um número pequeno de

fótons) e de os converterem em sinais elétricos.

A Estrutura da Matéria e o Átomo

Todas as coisas existentes na natureza são

constituídas de átomos ou suas combinações.

Atualmente, sabemos que o átomo é a menor

estrutura da matéria que apresenta as propriedades

de um elemento químico.

A estrutura de um átomo é semelhante à do Sistema

Solar, consistindo em um núcleo, onde fica

concentrada a massa, como o Sol, e em partículas

girando em seu redor, denominadas elétrons,

equivalentes aos planetas.

Estrutura do Núcleo

O núcleo do átomo é formado, basicamente, por

partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de

partículas de mesmo tamanho mas sem carga,

denominadas nêutrons.

O número de prótons (ou número atômico)

identifica um elemento químico, comandando seu

comportamento em relação aos outros elementos.

Esquematização de um Átomo

Os Isótopos

O número de nêutrons no núcleo pode ser variável,

pois eles não têm carga elétrica. Com isso, um

mesmo elemento químico pode ter massas

diferentes. Átomos de um mesmo elemento químico

com massas diferentes são denominados isótopos.

O hidrogênio tem 3 isótopos: o hidrogênio, o

deutério e o trício (ou trítio).

Hidrogênio Trício (Trítio) Deutério

1 próton 1 próton 1 próton

2 nêutrons 1 nêutron

Radiação: é a propagação de energia através do

espaço, podendo ocorrer através de partículas ou de

ondas eletromagnéticas.

Radiação eletromagnética – Quando a energia é

carregada por um campo elétrico e magnético,

temos radiação eletromagnética. As radiações

eletromagnéticas se propagam em linha reta, sendo

sua velocidade, no vácuo, igual à velocidade da luz.

Os fótons de raios X, de origem atômica, são

gerados pela interação de um elétron acelerado com

os elétrons dos átomos.

Os fótons gama são em geral oriundos do núcleo

dos átomos. Ambas as radiações são capazes de

ionizar a matéria, pois apresentam energia

suficiente para remover elétrons do meio com que

interagem e deixá-lo carregado positivamente.

Radiação Corpuscular – Quando partículas com

massa e velocidade formam um feixe, dizemos que

a energia é carregada na forma de radiação

corpuscular.

MODOS DE DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA

INTRODUÇÃO

Cada modo de desintegração radioativa dá origem a

um tipo de radiação nuclear. Os núcleos dos

átomos podem ser modelados com estrutura

semelhante à da eletrosfera, isto é, como se os

núcleos (prótons e nêutrons) estivessem

distribuídos em níveis de energia. Há configurações

do núcleo que produzem instabilidade nuclear, em

outras palavras, o átomo acumula quantidade de

energia no núcleo suficiente para romper as forças

nucleares de ligação (fraca e forte).

Como resultado ocorre o processo de busca de

estabilidade através da eliminação do excesso de

energia. Este processo pode englobar desde a

simples emissão de um fóton de alta energia (raio

gama) até a quebra do núcleo com emissão de

partículas associadas, ou não, com emissão de

fótons. Este processo pode ter várias etapas com

emissão de radiações de diferentes tipos em cada

uma delas.

DESINTEGRAÇÃO ALFA

Partículas alfa são núcleos de átomos de hélio,

portanto constituídas por dois prótons e dois

nêutrons, sem os elétrons, possuindo carga líquida

positiva. A desintegração alfa é característica de

núcleos pesados (número atômico maior que 82),

existindo exceções. A maioria dos nuclídeos

emissores alfa são naturais.

DESINTEGRAÇÃO BETA

A desintegração Beta corresponde a uma

reestruturação do núcleo com conseqüente emissão

de partícula. Esta partícula pode ser um elétron ou

um pósitron.

DESINTREGRAÇÃO BETA MENOS

Quando o núcleo está com uma relação entre o

número de prótons e nêutrons desfavorável, porém

com mais nêutrons que o desejável para sua

estabilidade, ocorre a Desintegração Beta Menos,

onde um nêutron é convertido em um próton e uma

partícula beta negativa.

A partícula beta negativa possui as mesmas

características dos elétrons atômicos, com a

diferença que têm origem nuclear e são emitidas

com energias definidas pela estrutura nuclear. Estas

partículas são emitidas com uma faixa de energia

possíveis variando desde zero até um valor

máximo. Este valor máximo vai de 0,05 a 3,5 MeV

para os nuclídeos mais comuns.

DESINTEGRAÇÃO BETA MAIS

Quando o núcleo está com uma relação entre o

número de prótons e nêutrons desfavorável, porém

com mais prótons que o desejável para sua

estabilidade, ocorre a Desintegração Beta Mais,

onde um próton é convertido em um nêutron e uma

partícula beta positiva.

A partícula beta positiva possui a mesma massa do

elétron, carga com valor absoluto igual à do elétron,

porém com sinal positivo (o pósitron). Assim como a

partícula beta negativa, a beta positiva é emitida em

uma faixa contínua de energia. Com energia máxima

compreendida entre 0,3 a 1,4 MeV, para os nuclídeos

comuns.

O pósitron possui tempo de vida extremamente curto

e, portanto seu deslocamento espacial é muito

pequeno. Por ser muito leve comparado às outras

partículas nucleares, rapidamente reage com outro

elétron, produzindo dois raios gama de 511 KeV cada

um, que viajam na mesma direção, porém em sentidos

opostos.

DESINTEGRAÇÃO POR CAPTURA ELETRÔNICA

Este é um processo que compete com a

desintegração beta mais, ocorrendo quando o

núcleo possui um excesso de prótons. Em certos

casos, o mesmo núcleo pode possuir probabilidades

comparáveis de se desintegrar por qualquer um dos

dois processos. No processo de captura eletrônica, o

núcleo captura um dos elétrons de seu próprio

átomo. O elétron capturado combina-se com um

próton convertendo-se em um nêutron e liberando

um neutrino, o qual carrega a energia disponível no

processo.

O elétron mais provável de ser capturado é o da

camada K, em razão da sua maior proximidade ao

núcleo. Deste processo pode ocorrer que elétrons de

camadas mais externas ocupem a vacância deixada

na camada K, dando origem à emissão de raios-X

característico.

EMISSÃO DE RADIAÇÃO GAMA

Muitas vezes, após ocorrer Desintegração por um

dos processos descritos anteriormente, o núcleo

ainda não encontra-se estável do ponto de vista

energético, e pode ocorrer a emissão de radiação

eletromagnética, o “raio-gama”. Os raios-gama são

radiação eletromagnética como qualquer outra, mas

assim são denominados por serem gerados no

núcleo. Por corresponderem a transições entre

camadas, possuem energia bem definida.

MEIA-VIDA

A meia-vida de um elemento radioativo

corresponde ao tempo que leva para metade dos

átomos da amostra decaírem. Também é uma

grandeza física característica de cada radionuclídeo.

Como exemplos de radionuclídeos tem-se o 99mTc

com meia-vida de 6 horas, 131I com meia-vida de

oito dias, 137Cs com meia-vida de 32 anos, entre

outros. A meia-vida de um radionuclídeo no interior

de um organismo também deve levar em conta a

eliminação biológica, de modo que a meia-vida

total é uma composição das duas meia-vidas (física

e biológica).

CONSTANTE DE DESINTEGRAÇÃO RADIOATIVA

A constante de desintegração radioativa,

representada pela letra(l), é característica do

radionuclídeo e representa a probabilidade de

ocorrer o decaimento radioativo em um intervalo

de tempo determinado. É através dela que podemos

quantificar o número de átomos radioativos (que

ainda irão passar pelo decaimento) em função do

tempo.

ATIVIDADE ESPECÍFICA

A atividade específica corresponde à atividade da

amostra dividida pela massa da amostra.

VIDA MÉDIA

A vida média de um isótopo radioativo corresponde

ao tempo médio que leva a desintegração. É como

se medisse o tempo que cada átomo leva para

desintegrar e depois se determinasse o tempo

médio.

ATIVIDADE RADIOATIVA

Atividade radioativa corresponde à quantidade de

átomos que decaem por unidade de tempo, em

outras palavras, é como se fosse a velocidade

instantânea de decaimento.