MEDICINA NUCLEARE
Campi applicativi:
• Acquisizione generalmente non invasiva di dati
fisiopatologici (morfo-funzionali) a scopo diagnostico;
• dosaggi radio-immunologici in vitro;
• possibilità di effettuare la misura della radioattività di
campioni biologici prelevati dopo somministrazione di
una sostanza radioattiva;
• realizzazione di un effetto radiobiologico selettivo
terapeutico su organi o tessuti (RT metabolica);
• valutazione della densitometria ossea.
Diagnostica tradizionale, ecografia, TC e RM:
Sorgente di radiazioni → paziente
→ immagine
IMAGING TRASMISSIVO
Medicina Nucleare:
Paziente sorgente di radiazioni → strumentazione →
IMAGING EMISSIVO
immagine
Caratteristiche delle indagini scintigrafiche:
• significato funzionale dell’esame;
• precocità diagnostica.
• Scarsa invasività
MEDICINA NUCLEARE
Utilizza radiofarmaci che sono farmaci legati a
radionuclidi, prevalentemente ottenuti artificialmente, in
forma non sigillata
I radiofarmaci devono rispettare tutte le normative della
farmacopea ufficiale.
Proprietà di tutti i radiofarmaci iniettabili:
• Sterili e apirogeni
• Isotonici e con pH fisiologico
• Con dose di radioattività misurata
L’unità di misura della dose è il Becquerel con i
suoi multipli (MegaBecquerel-MBq)in sostituzione
dei sottomultipli del Curie (milliCurie – mCi).
1 Becquerel è l’attività di un radionuclide che
presenta una disintegrazione al secondo.
1 Ci = 3,7 x 1010 disintegrazioni al secondo.
1 mCi = 37 MBq
Per marcatura di un composto si intende la
combinazione di un elemento radioattivo con un altro
stabile che ha funzione di veicolo-vettore.
CARATTERISTICHE DEI RADIONUCLIDI IMPIEGATI
IN MEDICINA NUCLEARE:
Tempo di dimezzamento: tempo necessario perché il numero
dei nuclei radioattivi presenti si riduca a metà.
Si esprime anche come
Emivita fisica: TF.
Emivita biologica: TB: tempo richiesto per eliminare dal
corpo metà della dose somministrata.
Emivita effettiva: TE: tempo necessario perché la
radioattività di una determinata sostanza somministrata si
riduca al 50% del suo valore iniziale per l’effetto combinato
dei due tipi di decadimento.
Tipo di emissione:
Nella scelta di un radiofarmaco, la principale caratteristica
è che sia un gamma emittente puro.
Gli altri tipi di radiazioni non penetranti come le particelle
alfa e beta sono inadatte per due ragioni: 1) alto LET (la
frazione di energia depositata per cm è molto alta). Ciò
comporta un assorbimento significativo di dose per il
paziente. 2) Le poche particelle che emergono dal corpo
del paziente non possono penetrare il cristallo e non danno
nessun contributo all’immagine
TIPI DI DECADIMENTO RADIOATTIVO:
Decadimento alfa
Decadimento beta
Decadimento per emissione di positroni
Cattura elettronica
Transizione isomerica
EMISSIONE DI RADIAZIONI
GAMMA
Proprietà del radiofarmaco ideale:
1. Gamma emittente puro;
2. Range di energia > 100 < 250 keV;
3. Emivita effettiva = 1,5 volte la durata dell’esame;
4. Alto rapporto tra marcato/non marcato;
5. Minima dose al paziente e al personale operativo;
6. Sicurezza del paziente;
7. Reattività chimica;
8. Costo non elevato e prontamente disponibile;
9. Semplicità nella preparazione e nel controllo di qualità;
VIE DI SOMMINISTRAZIONE DEI RADIOFARMACI:
• endovenosa (la maggior parte degli esami);
• per os;
• sottocutanea o interstiziale (per lo studio delle strutture
linfatiche);
• respiratoria (per lo studio della ventilazione polmonare
mediante radiogas)
GENERATORI
Un generatore è un sistema che contiene una miscela di
due radionuclidi in equilibrio; uno è l’elemento
progenitore, l’altro l’elemento figlio. L’elemento figlio può
essere raccolto separatamente in particolari contenitori.
La principale utilità è di produrre certi radionuclidi in sede,
in quanto data la loro breve emivita, non possono essere
spediti. L’emivita più lunga del progenitore permette di
superare questo problema.
• Generatori di radionuclidi
Comprendono
68Ga, 81mKr,
82Rb,
99mTc
e 113mIn.
Di particolare importanza è il 99mTc che è il radiofarmaco
ideale a scopo diagnostico per la sua energia, emivita fisica
e la capacità di legarsi a numerosi composti.
Il tecnezio rappresenta più del 90% dei radionuclidi
impiegati in diagnostica medico-nucleare.
CARATTERISTICHE DEL 99MTC:
• può essere somministrato in elevata quantità (370-740
Mbq;
• emivita fisica di 6 ore;
• bassi livelli di dose al paziente;
• assenza di emissioni corpuscolari;
• stabilità in diverse forme chimiche
TERMINOLOGIA MEDICO-NUCLEARE
TRACCIANTE RADIOATTIVO:
E’ un radionuclide o un radiocomposto che, introdotto in
quantità infinitesimali in un sistema biologico, si mescola
rapidamente e uniformemente con i costituenti di questo
e, pur essendo sempre identificabile e differenziabile da
essi, ne riproduce il comportamento, senza influenzarlo.
Un tracciante solitamente partecipa a un numero limitato
di tappe della sostanza biologica.
Traccianti omogenei
Traccianti a equivalenza eterogenea
Indicatori: traccianti a tropismo d’organo
Area fredda: assenza del radiofarmaco a livello della
lesione patologica. Normale distribuzione nel tessuto
sano.
Area calda: aumento della captazione del radiofarmaco
a livello del focolaio patologico.
Metastasi unica a carico di L2 da ca
della mammella
Ampia area fredda a carico del lobo sinistro tiroideo.
Strumentazione in Medicina Nucleare
Gamma camera (tecnica planare e tomografica):
• a testata singola;
• a due testate;
• a tre testate;
Tomografia per emissione di fotone singolo (SPET)
Tomografia per emissione di positroni (PET)
COMPONENTE ESSENZIALE DEL SISTEMA DI
RILEVAZIONE E ACQUISIZIONE DEI DATI E’ IL
SISTEMA DI ELABORAZIONE.
Le apparecchiature attuali sono di tipo digitale.
LA GAMMA CAMERA E’ UN’APPARECCHIATURA DI
MEDICINA NUCLEARE CHE FORNISCE IMMAGINI
SCINTIGRAFICHE STATICHE O DINAMICHE
(TOMOGRAFICHE → SPECT), MEDIANTE
L’ACQUISIZIONE DELLA DISTRIBUZIONE DI
FOTONI EMESSI DAL PAZIENTE AL QUALE E’
STATO SOMMINISTRATO UN FARMACO MARCATO
CON UN RADIONUCLIDE. DIVERSAMENTE DALLE
APPARECCHIATURE RADIOLOGICHE
TRADIZIONALI, LA GAMMA CAMERA NON
EMETTE RADIAZIONI MA SI LIMITA A RILEVARE
QUELLE EMESSE DAL PAZIENTE.
Componenti di una gamma camera:
• Collimatore
• Rivelatore
• Fotomoltiplicatori
• Guida di luce
COLLIMATORI:
• basse energie 70 - 160 kev (99mTc, 201Tl, 123I)
• medie
“
175 - 245 kev (111In, 67Ga)
• alte
“
> 245
kev (131I)
• paralleli
• convergenti
• divergenti/
• pin-hole
• c. con fascio a ventaglio (fan beam) (maggiore
risoluzione spaziale)
CRISTALLI
• di forma circolare di diametro di 38-40 cm
• di forma rettangolare di grandi dimensioni fino a
40 x 50 cm
• spessore: 9,5 mm
Gamma camera a testata singola.
Gamma camera a due testate.
Gamma
camera a
due testate
angolate a
90°.
Gamma camera a tre testate.
Gammacamera: sistema di posizionamentote
• Lettino porta paziente:
- basso coefficiente di attenuazione
- gradi di liberta’ di movimentazione
- posizionamento semiautomatico
• Stativo di posizionamento del rivelatore:
necessita’ di proiezione da angoli differenti
- minimizzazione della distanza
paziente-collimatore
Immagini planari
Contributi dell’attivita’
sopra e sotto il piano
rappresentato
Limite intrinseco
dell’imaging planare
Caratteristiche dei sistemi SPECT
Numero e geometria delle testate
Immagini tomografiche: SPECT
COMPONENTI DEL TOMOGRAFO PET
Il tomografo PET è costituito da:
cristalli scintillatori
NaI(Tl)
BGO
LSO
GSO
fotomoltiplicatori
elettronica per collimazione
temporale e selezione di eventi
CARATTERISTICHE DEI RIVELATORI
Diversi tipi di cristalli usati in PET
NaI(Tl)
BGO ( germanato ossido di bismuto - Bi4Ge3O12)
LSO (ortosilicato di lutezio - Lu2SiO5(Ce)) deriva da una
terra rara presenta non trascurabili tracce di radiazione
naturale alto fondo con aumento coincidenze casuali
GSO (Ortosilicato di gadolinio Gd2SiO2(Ce))
Caratteristiche della radiazione ‘utilizzata’
•Il tracciante radioattivo iniettato nel paziente
emette β+ (Positroni)
•I positroni sono elettroni carichi positivamente,
emessi da nuclei instabili caratterizzati da un
eccesso di protoni
•
p
n + β+ + ν
INTERAZIONE β+ CON
LA MATERIA
Il positrone si
annichila con un
elettrone e
sono generati
simultaneamente
due fotoni di 511 KeV
Caratteristiche dei radionuclidi positroneemittenti
Tempo di
Energia
dimezzamento massima
(media)
minuti
keV
11C
20.4
970 (390)
13N
9.96
1190 (490)
15 O
2.07
1720 (740)
18F
110
635 (250)
82Rb
1.25 3356 (1532)
Radionuclide
Il radiofarmaco più utilizzato è…..
FDG
(2-DEOSSI-2-[18F]FLUORO-D-GLUCOSIO)
Il fluorodesossiglucosio è un indicatore indiretto
della proliferazione cellulare.
Analogo del glucosio;
Iniettato, viene fosforilato a FDG-6P;
Non può essere metabolizzato;
Rimane intrappolato a livello cellulare.
Indicatore della proliferazione cellulare
RIVELAZIONE DI ANNICHILAZIONE IN COINCIDENZA
(ADC)
Avviene in una finestra temporale Δt (alcuni nanosecondi)
Presenza di collimazione di tipo elettronico
alta sensibilità
Assenza di collimazione con materiale attenuante
bassa sensibilità
APPARECCHIATURA IBRIDA PET-TC
Vantaggi del sistema TC-PET
- Unica sessione di esame senza
spostamento del paziente; allineamento
del paziente
- Scan trasmissivo a basso rumore
statistico
Emissione a 511 keV del 18F non influenza
dati TC
Definizione del volume di acquisizione
PET dallo scout
Velocità di esecuzione dell'esame
Sovrapposizione di immagini
F I N E
