Principi basilari delle
immagini radiologiche
immagine
sorgente
raggi-X
radiologica
Fascio esterno di raggi-x attenuati dalle diverse
strutture in base alla loro diversa densità
Principi basilari delle
immagini medico-nucleari
tracciante
immagine
mediconucleare
Il radiofarmaco si accumula nei diversi organi
in base a processi biochimici specifici per
ogni organo; il paziente diventa così la fonte di
radiazione rilevata dall’esterno mediante
idonea strumentazione (gamma-camera o PET)
Lo spettro elettromagnetico
•Le onde elettromagnetiche sono la manifestazione di un unico fenomeno
fisico: un campo elettrico (E) ed un campo magnetico (H) oscillano sfasati
di 90° su due piani perpendicolari alla direzione di propagazione e fra loro.
•La divisione dello spettro in varie regioni è una convenzione.
•Nello spettro ad alte frequenze, i raggi X derivano da transizioni fra stati
della nube elettronica dell'atomo, i raggi γ da transizioni fra stati energetici
del nucleo.
La radioattività
Gli elementi stabili in natura sono caratterizzati
da nuclei atomici con un egual numero di
neutroni e protoni.
Aumentando progressivamente il numero
atomico Z, l'atomo rimane stabile quando ogni
protone è accoppiato nel nucleo a più neutroni.
Gli atomi con numero atomico medio-alto
(Z>40) presentano comunque un’instabilità
nucleare; il sistema può allora tendere ad una
configurazione stabile emettendo energia, sotto
forma di fotoni, X o γ, o di materia, come
particelle α, β-, β+, o frammenti di nucleo
(frammenti di fissione).
L'insieme di tali emissioni di stabilizzazione
costituisce il fenomeno della radioattività.
La legge del decadimento radioattivo
La radioattività di una popolazione di atomi instabili è regolata dalla legge del
decadimento esponenziale:
N = N0·e-λt
dove N0 e N rappresentano il numero di nuclei al tempo di riferimento (t = 0) e
all’istante t (t > 0), rispettivamente, mentre λ è la costante di decadimento del
radioisotopo. Il numero di disintegrazioni al secondo è l’attività A della sorgente
ed è data da:
A = -λ·N = dN / dt
Il tempo necessario a dimezzare il numero iniziale di nuclei radioattivi è detto
tempo di dimezzamento o emivita, si indica con T½ ed è dato da
T½ = λ-1·ln2= λ-1·0,693
N = N0·e-λt
Il decadimento radioattivo segue una legge esponenziale (o di
primo ordine): significa che in intervalli di tempo uguali non
decade lo stesso numero di atomi radioattivi, bensì la stessa
frazione del numero di atomi radioattivi presenti.
Il decadimento gamma
L’emissione γ si ha quando un nucleo compie una transizione fra livelli
energetici: tra due livelli eccitati di energia oppure tra un livello eccitato
e quello fondamentale.
Pertanto, il decadimento γ
radioattivi (decadimento α,
in uno stato eccitato.
avviene in seguito a precedenti fenomeni
β, fissioni) che producono un nucleo figlio
Z = numero di protoni (numero atomico)
N = numero di neutroni
A = numero di nucleoni (Z + N)
[numero di massa]
I-MdC
0,50 Mol
Gd-EDTA
0,15 Mol
µMol (effetto BOLD)
tracciante
nanoMol
picoMol
Per vedere questa immagine
occorre QuickTime™ e un
decompressore .
rec. peptidi diversi
(123I/99mTc-VIP . . .)
rec. ormoni steroidei
(*I-Estr./Prog.)
recettori
transferrina
(67Ga)
TAA
(*R-MoAb)
rec. fattori crescita
(111In-Octreotide)
Na/K
(201Tl)
substrati energetici
(*I-Ac. grassi)
precursori
metabolici
(*I; *I-Colest.)
mediatori
(*I-MIBG)
“farmaci”
(99mTc-MIBI)
precursori
metabolici
([11C]Aden./Tim.)
rec. ormoni
steroidei
(18F-Estr./Prog.)
precursori
metabolici
([11C]Col./Met.)
recettori
transferrina
TAA
(124I-MoAb)
Na/K
rec. fattori
crescita
substrati energetici
18
([ F]FDG; [11C]Ac. grassi)
farmaci
([18F]5FU; [11C]BCNU;
64mCu-MIBI)
Captazione e ritenzione di FDG
GLUT I e GLUT III
Glicogeno
18FDG-1-P
K1
18FDG
Esochinasi
18FDG
K2
18FDG-6-
K3
18FDG-6P
K4
Glucosio-6fosfatasi
fosfogluconolattone
18F-fru-6-P
Glicolisi
sangue
Shunt
HMP
Radioisotopi più utilizzati in Medicina
Nucleare diagnostica
____________________________________________
Fotone singolo (γ)
Positrone (e+)
______________________________________
Tecnezio-99m (99mTc)
Fluoro-18 (18F)
Iodio-123 (123I)
Azoto-13 (13N)
Iodio-131 (131I)
Carbonio-11 (11C)
Ossigeno-15 (15O)
Tallio-201 (201Tl)
Indio-111 (111In)
Iodio-124 (124I)
Gallio-68 (68Ga)
Gallio-67 (67Ga)
_______________________________________
Radioisotopi utilizzabili in Medicina
Nucleare con intenti terapeutici
____________________________________________
Particelle β (e-)
Particelle α
Iodio-131 (131I)
Ittrio-90 (90Y)
Stronzio-89 (89St)
Samario-153 (153Sm)
Renio-189 (189Re)
Lutezio-177 (177Lu)
Iodio-123 (123I) [Auger]
Indio-111 (111In) [Auger]
Fosforo-32 (32P)
Oro-198 (198Au)
-
_______________________________________
Emissione beta
(606 keV)
Emissione alfa
(5,87 MeV)
Effetto radiobiologico modesto
(localizzazione mitocondriale)
Emissione di
elettroni Auger
Effetto radiobiologico
pressoché assente
(legame di membrana)
Effetto radiobiologico potente
(localizzazione intranucleare)
Elemento base di rivelazione
(cristallo e tubo fotomoltiplicatore)
Differenza di potenziale complessiva fra
primo e ultimo
dinodo: 900-1000 V.
Fattore di moltiplicazione degli e-: ~109
131I-Ioduro
La gamma-camera
Schema base del sistema di posizionamento
della interazione fotone gamma/cristallo
Geometria base dei collimatori per gamma-amera
A fori paralleli
“Pin-hole”
Tomografia Computerizzata
Rx planare
TC
Separa
Separa gli
gli oggetti
oggetti su
su piani
piani Differenti
Differenti
Images courtesy of Robert McGee, Ford Motor Company
Tomografia Computerizzata
Oggetto
bidimensionale
proiezione
verticale monodimensionale
proiezione
orizzontale monodimensionale
Misurando
Misurandotutte
tuttele
leproiezioni
proiezionimono-dimensionali
mono-dimensionalidi
diun
un
oggetto
oggettobi-dimensionale,
bi-dimensionale,èèpossibile
possibilericostruire
ricostruirel’oggetto
l’oggetto
99mTc-ECD
QuickTime™ and a
decompressor
are needed to see this picture.
123I-FP-CIT
QuickTime™ and a
decompressor
are needed to see this picture.
ANNICHILAZIONE DEL POSITRONE
e+
511keV gamma
e+ + e- =
180º
P
N + e+ + n + energy
Emissione del Positrone
511keV gamma
Annichilazione del Positrone
RIVELAZIONE IN
COINCIDENZA
Due eventi definiscono una coincidenza se vengono rivelati da
due cristalli opposti entro un intervallo di tempo non superiore
alla finestra temporale di coincidenza.
CFD
CFD
AND
EVENTI DI COINCIDENZA IN PET
In PET il rumore è generato da due componenti: La radiazione Diffusa e le
Coincidenze casuali. La radiazione diffusa deriva da una coppia di fotoni in
cui uno dei due è stato deviato per urto rispetto alla direzione originale. Le
concidenze casuali sono coppie di fotoni rivelate in coincidenza ma in realtà
relative a due eventi di annichilazione distinti.
IL TOMOGRAFO PET
IL SISTEMA DI RIVELAZIONE PET
Blocco di cristalli di
ridotte dimensioni collegato
ad un sistema di
fotomoltiplicatori per la
localizzazione dell’evento di
coincidenza
•
• Risposta isotropa
• Ottima risoluzione
spaziale
