2.3_Imagens de Medicina Nuclear_Física_Médica_EF

8/3/2019 2.3_Imagens de Medicina Nuclear_Fsica_Mdica_EF

1/10

2.3 IMAGENS DE MEDICINA NUCLEAR

As imagens de Medicina Nuclear so obtidas introduzindo no corpodeterminadas substncias (radiofrmacos), importantes na realizao de uma funoorgnica especfica e marcadas por istopos radioactivos (radionuclidos). A actividade

destes radionuclidos detectada e, atravs dela, obtm-se informao sobre a funoem estudo. Existem vrias diferenas entre estas imagens e as obtidas com raios-X,das quais se destaca o facto de a informao associada s imagens de Medicina

Nuclear ser funcional e no estrutural ou anatmica, como as primeiras. Alm disso,em termos de reconstruo da imagem, nas de Medicina Nuclear no se teminformao sobre a localizao da fonte, conhecendo-se apenas a localizao dosdetectores.

Relativamente aos tipos de imagem que se obtm, possvel construir imagensplanares (projeco bi-dimensional), imagens dinmicas (que contm informaosobre a funo do rgo longo do tempo) e tomografia (informao tri-dimensional).

2.3.1. Decaimento radioactivoComo do conhecimento geral, o decaimento nuclear segue a lei:

teNN

0 (2.65)

onde N o nmero de ncleos radioactivos no instante t, N0 o nmero de ncleosradioactivos no instante t= 0 e a constante de decaimento, caracterstica de cadancleo.

Define-se semi-vida como:

/2ln2/1 T (2.66)

sendo o tempo que demora uma amostra de ncleos radioactivos a reduzir-se parametade.E tempo de vida mdia como o inverso da constante de decaimento:

/1 (2.67)

de todo o interesse recordar as diversas formas de produzir fontes radioactivas.Assim, pode considerar-se quatro mecanismos:

a) captura de neutres (ou activao por neutres)b) fisso nuclearc) bombardeamento com partculas carregadasd) gerador de radionuclidos

Todos estes mtodos interferem ao nvel da estabilidade nuclear, ou seja, aonvel da razo entre o nmero de protes e o nmero de neutres.A captura de neutres pode envolver a transformao de um istopo noutro (o

elemento mantm-se), com libertao de radiao ou a transformao de um istopode um elemento, num istopo de outro elemento, com libertao de protes. Comoexemplos, temos:

MoMo 9998n pn PS 3232

Na fisso nuclear existe tambm captura de neutres, mas, em seguida, oncleo fica de tal forma instvel que ocorre a fisso do ncleo em dois elementos denmero atmico menor:

nn 4SnMoUU132

50

99

42

236

92

235

92

52


2/10

Muitos dos istopos produzidos por fisso, so eles prprios instveis, decaindo,geralmente, por emisso de electres.

No bombardeamento com partculas carregadas (protes ou partculas -ncleo de hlio, formados por 2 neutres e 2 protes), tem-se alterao do elemento.Como exemplo, pode-se apresentar as reaces:

np

np

FO

2GaZn

1816

6768

Quanto ao gerador de radionuclidos, tem-se um mecanismo de, a partir de umistopo radioactivo pai (fonte), surgir um istopo radioactivo filho. O istopo paitem um tempo de vida superior e est continuamente a decair para o istopo filho,que aquele que apresenta radiao relevante para determinada aplicao. A maioriados istopos utilizados em Medicina Nuclear, como o 99Tcm, so obtidos atravs degeradores de radionuclidos, fundamentalmente, porque, desta forma, se evita aconstruo de um reactor perto do hospital. Assim, apenas necessria a existncia da

fonte e a realizao de um procedimento bioqumico que permita a separao doistopo pai do istopo filho e que ligue este ltimo ao radiofrmaco.

Quanto aos vrios decaimentos nucleares h a considerar:

libertao de partculas , ex:

RnRa222

86

226

88

As partculas no tm aplicao nas imagens, devido ao seu fraco poder penetrante,mas podem ter interesse clnico ao nvel da terapia de leses superficiais.

radiao - - libertao de electres, ex:

em9999 TcMo

Neste tipo de radiao tambm libertado um neutrino que uma partcula sem massae sem carga e que interage fracamente com a matria, cuja existncia foi prevista

pelos fsicos, precisamente para que houvesse conservao de energia em decaimentoscomo este. Tambm neste caso, os electres libertados no so utilizados emdiagnstico mdico, devido ao seu fraco poder penetrante, embora apresentemutilidade ao nvel teraputico.

radiao + - libertao de positres, ex:

eZnGa6868

neste tipo de radiao h libertao de um anti-neutrino. Os positres apresentamaplicao em imagens mdicas, uma vez que se combinam rapidamente com oselectres do meio, libertando dois raios antiparalelos. Estes penetram nos tecidos eso detectados no exterior do organismo, permitindo construir uma imagem deactividade.

captura electrnica - transformao de um proto num neutro,acompanhada de captura electrnica por parte do ncleo, ex:

TeeI 123-123

neste tipo de radiao h tambm libertao de raios-X, uma vez que os electres decamadas mais externas vo ocupar o lugar dos electres capturados pelo ncleo,habitualmente de camadas mais internas.

53


3/10

radiao - libertao de radiao electromagntica atravs de rearranjosnucleares de estados de energia mais elevada para estados de energia mais

baixa. Neste tipo de decaimento no h alterao de elemento ou deistopo. O estado excitado pode ser prolongado no tempo e, nesse caso,confere-se-lhe a denominao de metaestvel. Pode ainda existir converso

interna, que o mecanismo que ocorre quando a radiao ioniza ostomos e, por este motivo, segue-se a libertao de raios-X.

2.3.2. Radionuclidos e radiofrmacosComo ficou j patente em pargrafos anteriores, a criao dos radionuclidos e

a sua introduo na constituio dos radiofrmacos uma das questes maisimportantes nas tcnicas de Medicina Nuclear. Esta tarefa , sem dvida, muitoelaborada do ponto de vista bioqumico e determinante no que respeita s aplicaesclnicas. A dificuldade deste trabalho reside, em grande medida, na exigncia doscritrios a que os radionuclidos devem obedecer:

a) A sua vida mdia deve ser superior ao tempo necessrio para adquirir a

imagem, mas no excessivamente longa, de modo a evitar que resduos deradiofrmaco, fixados no organismo aps o exame, se mantenhamradioactivos. Alm disso, contraproducente a criao de istoposradioactivos com tempo de vida mdia elevado, quando a sua utilidade sereduz a um curto intervalo de tempo, que, neste caso, ser, no mximo, daordem de algumas dezenas de minutos.

b) Como j foi referido, a radiao libertada deve ser do tipo (mesmoquando secundria, como o caso da proveniente da aniquilao de

positres), uma vez que as restantes no so suficientemente penetrantespara efeitos de imagem.

c) Como o radionuclido tem que ser parte constituinte do radiofrmaco, imprescindvel que a sua ligao seja eficiente e que o composto, assimobtido, seja reconhecido pelo organismo como uma substncia associada auma dada funo e no como uma substncia txica.

d) Por fim, a energia da radiao deve estar numa gama especfica, de modoque seja suficientemente elevada para que a atenuao seja desprezvel,mas que as leses provocadas nos tecidos sejam mnimas.

e) Alm disso, necessrio garantir que pequenas quantidades destassubstncias apresentem uma enorme actividade. Deste modo, apenas commassas da ordem das ng possvel estudar a funo de determinadoradiofrmaco, sem que essa funo seja alterada e evitando efeitos txicos

no organismo, devido a doses excessivas.2.3.3. Factores determinantes para a formao da imagemAs imagens de Medicina Nuclear revelam a actividade de diferentes rgos

(ver figura 2.22) proveniente de radiofrmacos introduzidos nos doentes atravs deinjeco ou inalao.

Tendo em conta o que ficou expresso anteriormente, existem diversos factoresque devem ser considerados nas imagens de Medicina Nuclear, tais como:

a) A escolha do colimador deve ser feita tendo em ateno o tamanho dorgo em estudo e a resoluo pretendida na imagem.

b) A janela energtica deve estar adequada radiao emitida pelo

radionuclido. Deve ser tal que no considere a radiao parasita,

54


4/10

responsvel pelo aumento do rudo, mas no rejeite a radiao referente aoobjecto, para no diminuir a eficincia da tcnica.

c) O tempo de espera necessrio saber-se quanto tempo que demora umradiofrmaco a se disseminar correcta e uniformemente pelo rgo emestudo, para que a imagem seja adquirida no momento oportuno.

d) O nmero de ngulos considerados mesmo quando no se pretendeconstruir imagens tri-dimensionais (tomografias), pode ser necessrioobter-se imagens de vrios ngulos. Estes so determinados pela anatomiado rgo em estudo e pelo quadro clnico do doente.

e) Imobilizao do doente como em todas as imagens mdicas, importanteimobilizar o doente convenientemente durante o tempo de realizao doexame.

Fig. 2.21 Esquema da obteno das imagens de Medicina Nuclear (adapt. S. Webb, 1998).

2.3.4. Imagens estticas e imagens dinmicasTal como nas imagens de raios-X, tambm as imagens de Medicina Nuclear

podem ser planares ou tomogrficas. Relativamente s primeiras, estas podem ser

estticas ou dinmicas. Nas imagens estticas, os rgos aparecem imveis e semalteraes da actividade ao longo do tempo (ver figura 2.22), nas dinmicas,constri-se uma srie de imagens em diferentes estados do rgo, de maneira que, seforem colocadas sequencialmente, possvel observar o seu movimento ou a alteraoda sua funo (ver figura 2.23). Ests tcnicas permitem tambm realizar algunsclculos quantitativos de actividade ou de volumes (cardacos, pulmonares, etc.).

a) b) c)

Fig. 2.22 Imagem de Medicina Nuclear bidimensional esttica, representando uma tiroide deum indivduo a) saudvel, b) com doena de Grave e c) com doena de Plummer (adapt. S. Webb,1998).

55


5/10

Fig. 2.23 Imagens pulmonares dinmicas de a) ventilao (quando o radiofrmaco inalado)e de b) perfuso (quando o radiofrmaco injectado) de um doente com embolia pulmonar (adapt. S.Webb, 1998).

Os estudos dinmicos envolvem, pois, a construo de imagens em diferentesinstantes e, atravs delas, permitem estudar o comportamento temporal do rgo:corao, rins, etc. No caso do corao, por exemplo, o ciclo cardaco dividido emintervalos de tempo igualmente espaados, sendo as imagens recolhidas em cada umdesses intervalos. Para tanto, mede-se simultaneamente o electrocardiograma, que

permite estabelecer a durao de cada ciclo e determinar o instante correspondente recolha da primeira imagem. Um outro tipo de estudo dinmico corresponde no aomovimento dos rgos, mas sua actividade ao longo do tempo. Nos rins, porexemplo, possvel estudar a excreo urinria (ver figura 2.24). Estes estudosenvolvem uma injeco rpida e a medio da actividade em diversos instantessubsequentes.

Fig. 2.24 a) Imagem dos dois rins de um doente, b) curvas correspondentes actividade decada um dos rins ao longo do tempo (adapt. S. Webb, 1998).

2.3.5. Algum equipamento: detectores e colimadoresComo j se referiu a radiao mais adequada para as imagens a . As

energias habitualmente utilizadas so superiores a 50keV, e sempre abaixo de 1MeV,energias para as quais se comea a dar a criao de pares (electro/positro) e,

portanto, os detectores utilizados devem ser adequados a esta gama de energias.

Quanto aos detectores as cmaras de ionizao so por vezes utilizadas comocontadores proporcionais, mas no como contadores Geiger (nesta funo, so quanto

56


6/10

muito utilizadas para efeitos de proteco). Habitualmente utiliza-se os cintiladores,que funcionam em gamas de energia prximas das pretendidas (50 500 keV).Quanto aos semi-condutores espera-se que venham a desempenhar um papelimportante, embora, por enquanto, sejam ainda muito caros.

O primeiro equipamento que existiu foramscanners rectilneos com uma ou

duas cabeas constitudos por um cintilador de NaI(Tl) com cerca de 12,5 cm dedimetro e 12,5 cm de espessura. Este sistema utilizava um colimador em forma decone que considerava apenas a radiao proveniente de um ponto apenas. A gravao

podia ser feita, por exemplo, com uma caneta cuja a quantidade de tinta eradeterminada pela radiao que chegava. A resoluo era de cerca de 1 cm, a 10 cm de

profundidade (ver figura 2.25).

Fig. 2.25 Esquema de umscannerrectilneo (adapt. S. Webb, 1998).

Seguidamente, surgiramscanners lineares, onde o movimento foi substitudopor uma cabea com vrios cristais. Neste caso a gravao era feita em filme e aresoluo era cerca de 0,8 cm. A generalizao deste sistema foi uma cabeaconstituda apenas por um cristal (50 x 3.2 cm2 e 2 cm de espessura), associado adiferentes fotomultiplicadores e a um circuito electrnico sensvel posio,apresentando resolues que podiam ser de 0,7 cm a 8 cm de profundidade. Estessistemas de imagens bi-dimensionais so, na verdade, os percursores das actuaiscmaras gama rotativas, utilizadas em tomografia. No entretanto, foram aindaconstrudos os scanners tomogrficos que eram constitudos por multicristais queapresentavam movimentos translaccionais e rotacionais, semelhana do queaconteceu com as primeiras geraes de equipamento de TAC. Neste caso asresolues so de 0,9 cm a 14 mm de profundidade.

No que respeita s cmaras gama (ver figura 2.26), estas so, como se referiuanteriormente, constitudas por um colimador e um cristal de NaI(Tl) (com dimetrostpicos entre 25 cm e 40 cm) acoplado a diversos fotomultiplicadores. O sistema

encontra-se todo ele coberto por uma blindagem que o isola de fontes de radiao queno estejam no campo de viso da cmara e que to leve quanto possvel, devido necessidade de rotao do sistema.

Um acessrio muito importante nos equipamentos de Medicina Nuclear , talcomo nas radiografias, o colimador. ele que determina o campo de viso e adireco segundo a qual se considera a radiao. As dimenses das grelhas(comprimento e espessura das lminas e distncia entre elas) determinam a resoluoda imagem. Como facilmente se compreende, quanto menor for a distncia entrelminas, melhor ser a resoluo, mas pior a eficincia da tcnica. Por este motivo, ocolimador deve ser escolhido com base no compromisso entre a resoluo e aeficincia.

57


7/10

Fig. 2.26 Fotografia de uma cmara gama utilizada em Tomografia de Emisso de Fotonico (SPECT) (adapt. S. Webb, 1998).

Quanto geometria do colimador pode ser 1) paralela, ou seja, s permitir apassagem de radiao normal ao detector; 2) do tipopinhole, quando se pretende obter

uma imagem de um objecto pequeno, uma vez que consegue alguma amplificaocom estes colimadores, 3) convergente, quando est em causa uma boa resoluo esensibilidade ou 4) divergente, quando o objecto tem dimenses elevadas.

O detector tem uma forma circular e est acoplados a uma matriz hexagonal defotomultiplicadores, pelo que quanto menores dimenses tiverem estesfotomultiplicadores, melhor ser a resoluo. O sinal ento analisado para severificar se a sua energia est na gama de energias correcta, de modo que s considerado, caso este requisito seja satisfeito.

Como j foi aflorado, no futuro, pensa-se que as cmaras de ionizao poderoter um papel importante nestas imagens, uma vez que so muito baratas, embora

menos sensveis. Quanto aos detectores de semi-condutores apresentam o atractivo deterem um desempenho energtico melhor que os cintiladores, mas continuam muitocaros e com dificuldades tcnicas de construo em dimenses elevadas.

2.3.6. Tomografia de Emisso de Foto nico (SPECT Single PhotonEmission Computorised Tomography)

As tomografias de emisso de foto nico (SPECT) so imagenstri-dimensionais obtidas atravs da medio da actividade dos istopos que decaiem

por radiao , emitindo um foto de cada vez. Para a construo destas imagens necessrio obter informao em diferentes planos, utilizando cmaras gama querodam em torno do doente (ver seco anterior). Portanto, existem alguns parmetroscuja escolha vai determinar a qualidade da imagem final:

a) Escolha do colimador depende, obviamente, do radiofrmaco utilizado edo rgo em estudo. Deve atender-se ao tamanho do rgo (consultar osub-captulo 2.3.5) e importncia da resoluo e da eficincia da imagem(no caso de um estudo que envolva uma taxa de decaimento elevada,

pode-se usar um colimador de alta resoluo, enquanto que um estudo debaixa taxa de radiao, o colimador dever ter uma alta sensibilidade,comprometendo, desse modo, a resoluo).

b) Escolha do raio de rotao deve ser to pequeno quanto possvel, umavez que quanto menor for o raio, melhor ser a qualidade da imagem que

se obtm.

58


8/10

c) Escolha da janela energtica deve ser adequada radiao emitida peloistopo.

d) Nmero de planos a adquirir este parmetro deve ser escolhidoatendendo ao compromisso entre o aumento da qualidade da imagem,quando se consideram mais planos, e o consumo de tempo que esse

procedimento implica.e) Tempo de aquisio de cada plano quanto mais tempo de considerar,melhor ser a estatstica, no entanto, mais provvel existirem artefactosde movimento.

f) Nvel de dose administrada deve ser suficiente para se obter uma boaestatstica, sem que envolva riscos para o doente.

Uma vez que as imagens de SPECT no tm uma resoluo muito boa, necessrio, ainda, optimizar todos os parmetros possveis de manipular. Pelo que,devem ser tidas em considerao algumas questes:

a) Correco da uniformidade o colimador e a cmara podem no ter umcomportamento uniforme, pelo que podemos sujeit-los a uma fonte

conhecida e corrigir este aspecto.b) Correco do centro de rotao um dos procedimentos de controlo de

qualidade que se deve realizar esporadicamente.c) Escolha dos filtros faz parte dos procedimentos logsticos realizados a

posteriori que permitem enfatizar algumas das propriedades da imagem.d) Algoritmo de reconstruo para a obteno de uma boa imagem

essencial a utilizao de um bom algoritmo de reconstruo.e) Correco da atenuao para alcanar padres de muito elevada

qualidade ainda necessrio recorrer a algoritmos que modelem aatenuao da radiao nos tecidos.

Refira-se que os computadores tm, nesta tcnica, um papel preponderante,sendo essenciais nos seguintes aspectos:

a) aquisio dos dadosb) correco dos dados on-linec) processamento de dadosd) apresentao da imagem e sua manipulaoe) gravao dos dadosf) sistema de controlo

2.3.7. Tomografia de Emisso de Positres (TEP)Na tomografia de emisso de positres, a fonte radioactiva liberta positres

que so rapidamente aniquilados, com a consequente libertao de dois raios antiparalelos de energia de 511keV (ver figura 2.27). Do ponto de vista deequipamento, a forma mais eficiente de ser sensvel a esta radiao envolver odoente numa srie de detectores de cintilao ligados electronicamente, de modo adetectarem coincidncias. Devido ao aparecimento simultneo dos dois raios, aresoluo desta tcnica melhor do que a de SPECT, uma vez que os algoritmos dereconstruo so um pouco mais simples.

Chame-se a ateno para o facto de a maioria dos equipamentos de TEP seremaplicados a estudos cerebrais, de forma que possuem um desenho adaptado a estergo. Isto porque um dos radionuclidos que liberta positres (18F) se liga a umradiofrmaco que marca a glucose e, portanto, permite estudar a actividade cerebral

local.

59


9/10

Fig. 2.28 Imagens de PET quelocalizam actividade associada seguintetarefa: os indivduos apalpam dois pequenosparalelippedos e reconhecem qual dos dois mais oblongo (gentileza de R. Almeida).

Fig. 2.27 Esquema da radiao libertada aquando da aniquilao de um positro com umelectro no ponto P. Os detectores D1 e D2 acusam a chegada simultnea de radiao com energiaaproximada de 511 keV, fornecendo essa informao ao equipamento computacional que ir process-la e reconstruir a imagem (adapt. W.R. Hendee, E.R. Ritenour, 1992).

2.3.8. Aplicaes clnicas

A maioria das aplicaes de imagens de MedicinaNuclear (planares ou tomogrficas) com isotposde emisso de foto nico, foram j referidasanteriormente. Convm, no entanto, referir oenorme incremento que as imagens de TEP

permitiram no estudo das funes do crebro.Como se fez notar, o facto de existir um

radionuclido que liberta positres e que marca aglucose, abriu grandes perspectivas na aplicaodesta tcnica aos estudos cognitivos, uma vez que aactividade cerebral est intimamente relacionadacom o consumo de glucose pelo crebro. Neste tipode estudos, o procedimento baseia-se em sujeitarum indivduo a estmulos diversos e observar quaisas reas do crebro activas. Como seria de esperar,se estas imagens no sofressem manipulao, norevelariam diferenas entre as reas cerebrais, umavez que, em cada instante, o consumo de glucose

no crebro para a manuteno de todas as tarefasvitais, enorme. Por este motivo, a par doestmulo, cuja resposta se pretende estudar,elabora-se um outro (de base), mais simples, demodo que a diferena entre as imagens permitacolocar em evidncia as reas correspondentesapenas primeira tarefa, reduzindo a actividade de

base.A ttulo ilustrativo, so apresentados

resultados de um estudo cognitivo com TEP. Nestetrabalho, pedia-se aos indivduos para apalparemdois pequenos paralelippedos (com o intuito dedecidirem qual deles era mais oblongo). A tarefa de

60


10/10

base era, simplesmente, manterem-se quietos, de olhos fechados, sem pensar emnada. Os resultados esto apresentados na figura 2.28 e revelam reas que estaroenvolvidas em aces como o tacto, a percepo e a identificao de volumes.

61

2.3_Imagens de Medicina Nuclear_Física_Médica_EF

Documents

Transcript of 2.3_Imagens de Medicina Nuclear_Física_Médica_EF