MEDICINA NUCLEARSEL 5705 – FUNDAMENTOS FÍSICOS DOS

PROCESSOS DE FORMAÇÃO DE IMAGENS(Sub-área de Imagens Médicas)

PROF. DR. HOMERO SCHIABEL

ALUNA: LUCIANA DE TORO G. GUIMARÃES

Engenharia Elétrica - EESC - São Carlos Universidade de São Paulo - USP

Laboratório de Análise e Processamento de Imagens Médicas e Odontológicas.

2

MEDICINA NUCLEAR Histórico Conceito O Exame

Como se realiza o exameEm quais casos é indicado

Radiação Gama Radiofármacos

Comportamento BiológicoFormação da ImagemCíclotron

3

MEDICINA NUCLEAR Câmara Gama

Colimadores SPECT / PET

Principais Aplicações;Vantagens e Desvantagens

Cintilografia Tipos de Exames Controle de Qualidade Imagem/Equipamento Aplicações Médicas Conclusão Referências Bibliográficas

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MEDICINA NUCLEARHistórico

5

Físico francês;

1896: observou a existência de “raios” emitidos pelo urânio capazes de impregnar um filme fotográfico;

MEDICINA NUCLEARAntonie-Henri Becquerel

1859 - 1906

“Pai da radioatividade”.

6

Físico alemão;

Contador Geiger;

Tubo Geiger Muller (capaz de medir pequenas quantidades de radioatividade.

MEDICINA NUCLEARHans Wilhelm Geiger

7

Físico e químico francês;

Co-autor da descoberta do Po-210 e Ra-226.

MEDICINA NUCLEARPierre Curie

1859 - 1906

8

Matemática e química polonesa;

Co-autora do isolamento do Po-210 e Ra-226;

MEDICINA NUCLEARMarie Curie

1867 - 1934

Nomeou os “misteriosos” raios de radioatividade.

9

Físico-Químico húngaro;

1943: Prêmio Nobel pelo desenvolvimento dos radiotraçadores;

Estudou o chumbo e fósforo no metabolismo de plantas e ratos;

MEDICINA NUCLEARGeorge Charles de Hevesy

1859 - 1906

“Pai dos radiotraçadores”.

10

1926: pioneiro no uso de radiotraçador no homem;

Bismuto 214: avaliou a velocidade do fluxo sanguíneo de um braço a outro;

MEDICINA NUCLEARHermann Blumgart

“Pai do uso diagnóstico dos radiotraçadores”.

11

Descobriram a radioatividade artificial;

1934: Direcionaram um feixe de partículas alfa de uma fonte de rádio num alvo de alumínio.

MEDICINA NUCLEARFrèdrèric Joliot Curie e Irène Curie

12

Físico americano;

1939: Prêmio Nobel de física pela invenção do Cíclotron;

MEDICINA NUCLEARErnest Lawrence

1901 - 1958

13

1937: empregou P-32 no tratamento de pacientes com leucemia;

MEDICINA NUCLEARJohn H. Lawrence

“Pai da terapia com radioisótopos”.

14

Físico italiano;

1936/37: descobriu o Tc-99m;

* palavra grega techetos (artificial)

MEDICINA NUCLEAREmílio Segre

1905 - 1989

15

1949: Demonstrou a erradicação de metástase de CDT pelo Iodo-131;

MEDICINA NUCLEARSam Seidlin

“Pai da radioterapia”.

16

Inventor do cintilógrafo retilíneo (1950);

MEDICINA NUCLEARBenedict Cassen

“Pai da imagem na Medicina Nuclear”.

17

Convenceu a Comissão de Energia Atômica americana sobre o benefício do uso de RF pelos médicos;

Preconizou cursos de formação médica ;1º presidente do SMN;“Pai da estruturação da MN”.

MEDICINA NUCLEARMarshall Brucer

1913 - 1994

18

1957: câmara de cintilação;

Estudos dinâmicos e de corpo inteiro;

MEDICINA NUCLEARHal Anger

1905 - 1989

“Pai da imagem dinâmica”.

19

MEDICINA NUCLEAR

Utiliza pequenas quantidades de substâncias radioativas ou "traçadores" para o diagnóstico ou tratamento de doenças.

mostra a causa da doença; função dos órgãos e tecidos.

Conceito

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MEDICINA NUCLEAR

Câmara: câmara gama ou câmara de cintilação; transformação das emissões em imagens; informações de como se encontra a função do órgão em

estudo.

O médico nuclear: interpreta estes estudos (ou cintilografias);determina qual a causa da doença.

Conceito

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MEDICINA NUCLEAR

Utiliza técnicas seguras e indolores para formar imagens do corpo e tratar doenças.

Única por revelar dados sobre a anatomia e a função dos órgãos.

Conceito

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MEDICINA NUCLEAR

É uma maneira de coletar informações de diagnóstico médico que, de outra forma, não estariam disponíveis.

requereriam cirurgia;exames de diagnóstico mais caros.

A avaliação funcional realizada pela medicina nuclear traz, muitas vezes, informações diagnósticas de forma precoce em diferentes patologias.

Conceito

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MEDICINA NUCLEAR

3 passos principais: administração do traçador;aquisição de imagens;análise das imagens.

Uma pequena quantidade de material radioativo é absorvida pelo corpo.

A aquisição das imagens, que pode variar de poucas horas a alguns dias, dependendo do tipo de exame a ser realizado.

Como se realiza um exame de MN

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MEDICINA NUCLEAR

Uma câmera especial é utilizada para tirar fotografias de seu corpo.

Possui detectores especiais que podem captar a imagem dos materiais radioativos localizados dentro do corpo.

A imagem, gravada em filme ou em um computador, é, então,

avaliada por seu médico.

Como se realiza um exame de MN

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MEDICINA NUCLEAR

Danos fisiológicos ao coração;

Restrição do fluxo sangüíneo ao cérebro;

Tireóide, rins, fígado e pulmões;

Tratamento do hipertireoidismo;

Alívio da dor para certos tipos de câncer dos ossos.

Em quais casos é indicado

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MEDICINA NUCLEAR

Surgem a partir de reações nucleares e têm energias associadas com níveis de excitação nuclear, tipicamente na faixa de 30 KeV a 3 Mev.

Devem possuir energias suficientes para que não sejam indevidamente absorvidos pelo corpo.

Radiação Gama

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MEDICINA NUCLEARRadiação Gama

O limite superior é determinado pela diminuição da eficiência dos detectores.

Vai a qualquer profundidade, embora a intensidade decresça com a espessura atravessada.

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MEDICINA NUCLEARRadiação Gama

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MEDICINA NUCLEARRadiofármacos

Esses agentes, conhecidos como radiofármacos, têm a função de mostrar a função fisiológica de órgãos ou sistemas.

A distribuição desses agentes no corpo é determinada pela forma como eles são administrados e por processos metabólicos.

Cloreto deTálio (Tl-201)músculo cardíaco.

Iodeto de Sódio (I-131)Tireóide.

MDP (Tc-99M)Osso.

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MEDICINA NUCLEARRadiofármacos

Todos, exceto testes in vitro, requerem a administração de elementos radiofarmacêuticos para o paciente.

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Radiofármacos Utilizados na Avaliação da Função e Morfologia da Glândula Tireóide

MEDICINA NUCLEAR

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Decai pela emissão de radiação gama de 140 KeV;

Não emite radiação beta e tem meia vida de apenas 6 h, é possível que se administrem atividades radioativas mais elevadas do que aquelas utilizadas com I-131 e I-123, o que contribui para a qualidade da imagem obtida.

Tecnécio-99m

MEDICINA NUCLEAR

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uma substância com um isótopo radioativo é administrado

no paciente por via oral ou intravenosa.

Dependendo do radiofármaco utilizado, um ou mais órgãos específicos do corpo tornar-se-ão radioativos.

a radiação emitida é utilizada para localizar a quantidade de substância recolhida pelo tecido.

Radiofármacos

MEDICINA NUCLEAR

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Radiação Gama

Tc-99m

140 keV

Tecnécio-99m

MEDICINA NUCLEAR

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Gerador de Tecnécio-99m

MEDICINA NUCLEAR

Exemplo de um gerador de 99mTc

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Comportamento Biológico

MEDICINA NUCLEAR

Quantidade e tempo de permanência do elemento radioativo no corpo (meia vida).

Fatores que devem ser considerados na seleção de um radionuclídeo: são os tipos de radiação emitida;a energia e abundância de raios gama;e a sua meia vida.

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Formação da Imagem

MEDICINA NUCLEAR

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MEDICINA NUCLEAR

Distribuição predominante do órgão que se deseja estudar;

Resolução baixa comparada com CT ou ressonância;

Valor diagnóstico muito alto fornece informações funcionais;

Formação da Imagem

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MEDICINA NUCLEAR

Equipamento capaz de produzir radioisótopos (elementos químicos radioativos) necessárias para se obterem as imagens funcionais.

É possível produzir substâncias como: carbono-11;oxigênio-15; flúor-18.

Cíclotron

Um ciclotron para a síntese de radiofármacos

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MEDICINA NUCLEARCíclotron

Canhão circular;Formado por dois eletrodos ocos em forma de D, separados por um espaço intermediário;Um acelerador de partículas nucleares subatômicas.

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MEDICINA NUCLEARCíclotron

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MEDICINA NUCLEARCíclotron

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MEDICINA NUCLEARAplicações dos Radioisótopos

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MEDICINA NUCLEARCâmara Gama

Desenvolvida por HAL ANGER década de 60;

É um equipamento usado na Medicina Nuclear:PET e SPECT, para detectar e localizar a origem espacial

de raios gama emitidos pelos radiofármacos.

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MEDICINA NUCLEARCâmara Gama

Imagens em vários planos;

Cristal de cintilação (NaI) de 25 à 40 cm;

Fotomultiplicadores com informações sobre as coordenadas (x,y);

Colimadores;

Saída: Filme ou monitor;

Possibilita imagens dinâmicas.

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MEDICINA NUCLEAR Protótipo da câmara para radiação gama

Técnica

uma substância com um

isótopo radioativo é

administrado no paciente;

a radiação emitida é

utilizada para localizar a

quantidade de substância

recolhida pelo tecido.

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MEDICINA NUCLEARColimadores utilizados em Medicina NuclearOrifícios Paralelos Convergente

DivergenteObturador (pinhole)

ImagemImagem

ObjectoObjecto

ImagemImagem

ObjectoObjecto

ObjectoObjecto

ImagemImagem

ObjectoObjecto

ImagemImagem

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MEDICINA NUCLEARColimador de Alta Resolução

Cintilografia da tiróide utilizando colimador de alta resolução.

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MEDICINA NUCLEARColimador Pinhole

Cintilografia da tiróide utilizando colimador "pin-hole".

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Imagem fica invertida; Imagem pode ficar ampliada ou reduzida;

Alta resolução de pequenos órgãos a pequenas distâncias;

Tamanho da imagem depende da distância entre o objeto e o colimador b.

MEDICINA NUCLEARColimador Pinhole

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MEDICINA NUCLEARColimadores utilizados em Medicina Nuclear Material de elevado número atômico (Pb ou W);

Colocado o mais próximo possível do detector e do paciente para melhorar a resolução espacial;

Septa e furos definidos para cada aplicação: alta resolução; elevada eficiência;grande campo de visão.

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MEDICINA NUCLEARColimadores utilizados em Medicina Nuclear

530º

colimador

Cristal cintilador

*

A partícula, ao atravessar o material cintilador, colide com electrões atômicos através do Efeito Foto Eléctrico ou Espalhamento de Compton

O electrão é promovido para um nível de energia superior deixando uma vaga no seu estado natural

Após um curto período de tempo o electrão da orbital acima decaipara o estado de energia inferior emitindo radiação

MEDICINA NUCLEARPrincípio do Funcionamento Câmara Gama

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MEDICINA NUCLEARPrincípio do Funcionamento Câmara Gama

0º

colimador

Cristal cintilador

*

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MEDICINA NUCLEARSPECT – Single Photon Emission Computed

Tomography

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MEDICINA NUCLEAR

Utiliza 1 ou 2 sensores ou ainda anel em torno do paciente;

Tipicamente 2 imagens em planos diferentes;

Imagens de cérebro, coração, pulmão, fígado, ossos.

SPECT – Single Photon Emission Computed Tomography

Principal área de utilização ONCOLOGIA

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MEDICINA NUCLEARSPECT – Single Photon Emission Computed

TomographyVANTAGENS:

Emprega-se radiofármacos convencionais;

Custo acessível;

Seu princípio é o uso de um radiofármaco.

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MEDICINA NUCLEAR

1 Detector 2 Detectores à 180º

2 Detectores com ângulo variável

SPECT – Single Photon Emission Computed Tomography

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MEDICINA NUCLEAR

Conventional SPECTColimador Paralelo;Reconstrução 2D (slice-by-slice).

SPECT – Single Photon Emission Computed Tomography

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MEDICINA NUCLEARSPECT Ideal

Atividade detectada deve ser a mesma em todas as projeções.

Problemas encontrados na prática:Angulação do detector ou colimador;Variação da atividade com o tempo;Atenuação não uniforme;Movimento do paciente.

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MEDICINA NUCLEARSPECT Cardíaco - Posicionamento

Posicionar bem centralizado com os braços o mais confortável; Informar o paciente para não movimentar; Aproximar o máximo o detector do paciente; Ajustar a angulação do detector.

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MEDICINA NUCLEAR

Detecta com precisão quando determinada parte do corpo apresenta alteração de metabolismo.

A máquina obtém uma série de imagens e as agrupa, criando uma figura tridimensional na tela do computador.

PET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEAR

Seu princípio é o uso de um radiofármaco chamado FDG, ou fluoro-deoxi-glicose, marcado com o flúor-18 (FDG-18F), que é semelhante à glicose.

O FDG-18F é captado por células que têm grande consumo de glicose por ter maior atividade metabólica.

PET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEARPET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEAR

Como a radiação gama emitida dentro do cérebro é simétrica, o par de detectores posicionados a 180 graus um do outro simultaneamente poderão sentir os raios.

PET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEARPET (Positron Emissor Tomography)

Um seção do cérebro obtida pelo PET

Orientação da fatia

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MEDICINA NUCLEARPET (Positron Emissor Tomography)

A atividade dos receptores de DOPA no cérebro

Uma reconstrução 3d das imagens do PET

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MEDICINA NUCLEARPET (Positron Emissor Tomography)

Imagens cerebrais utilizando o 18F-FDG obtidas com o PET.

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MEDICINA NUCLEARPET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEARPET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEARO que o PET pode fazer

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MEDICINA NUCLEARO que o PET pode fazer

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MEDICINA NUCLEARO que o PET pode fazer

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MEDICINA NUCLEARPrincipais Aplicações SPECT/PET

Neurologia – demências, epilepsias, parkinson...

Farmacologia – testes de novos fármacos

Cardiologia - obstruções

Oncologia – desenvolvimento de tumores

Nefrologia – distúrbios renais

Angiologia – doenças vasculares

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MEDICINA NUCLEARVantagens SPECT/PET

VantagensNão necessita de intervenção cirúrgica; Resultado rápido;Confiabilidade;

Pode identificar problemas futuros (análise metabólica).

Minimamente invasivo.

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MEDICINA NUCLEARDesvantagens SPECT/PET

Desvantagens Ingestão ou inalação de radiofármacos;Custo dos exames;Preço do equipamento; Infra estrutura necessária.

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MEDICINA NUCLEAR

É um procedimento que permite assinalar num tecido ou órgão interno a presença de um radiofármaco e acompanhar seu percurso graças à emissão de radiações gama que fazem aparecer na tela uma série de pontos brilhantes (cintilação).

Os elementos radioativos utilizados são de baixa energia, não expondo o paciente a grandes doses de radiação.

Cintilografia

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MEDICINA NUCLEAR

Cintilografia da Tiróide

Cintilografia

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MEDICINA NUCLEARCintilografia

80Cintilografias da tiróide realizadas utilizando o I-131, o I-123 e o Tc-99m

MEDICINA NUCLEARCintilografia

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MEDICINA NUCLEARTipos de Exames

Cintilografia de perfusão miocárdica

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MEDICINA NUCLEARTipos de Exames

Cintilografia Óssea

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MEDICINA NUCLEARTipos de Exames

Cintilografia de perfusão cerebral

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MEDICINA NUCLEARTipos de Exames

Cintilografia renal dinâmica com diurético

Cintilografia renal estática

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MEDICINA NUCLEARTipos de Exames

Cintilografia pulmonar (inalação/perfusão)

Cintilografia para pesquisa de Refluxo gastro-esofágico

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MEDICINA NUCLEAR

Afetada por existirem diferentes graus de absorção entre os tecidos;

Comparação entre tecido normal e patológico;

Contraste prejudicado por sobreposição de estruturas;

Dependente do equipamento utilizado.

Resolução é função do cristal (NaI) e dos colimadores;

Qualidade da Imagem

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MEDICINA NUCLEAR

Para obter imagens cintilográficas precisas e verdadeiras;

Para corrigir problemas nas imagens antes que alterem as imagens clínicas;

Para aceitação de uma câmera nova: Comparar parâmentros obtidos com as especificações do fabricante através da norma NEMA ( National Electrical manufacture’s Association)

Para determinar a frequência e a necessidade de uma manutenção preventiva.

Controle de Qualidade – Câmaras de Cintilação

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MEDICINA NUCLEARControle de Qualidade – Artefatos

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MEDICINA NUCLEARControle de Qualidade – Artefatos

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MEDICINA NUCLEAR

Imagem da glândula tireóideo com 123Imelhor resolução espacial;muito adaptado a exames pediátricos;melhor uso das instalações existentes para adultos;

Cintimamografia com 99mTc-MIBIdetecção precoce de tumores com imagem funcional de alta

resolução;melhor capacidade de diagnóstico que a mamografia

convencional ou digital.

Aplicações Médicas

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MEDICINA NUCLEAR

Tratamento de Hipertiroidismo:

Dose elevadas de Iodo radioativo 131I; Radiação Beta; Via oral e exame realizado após 2 e 24 horas para efeito

de comparação; Morte de células e redução da multiplicação das

restantes;

Aplicações Médicas

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MEDICINA NUCLEAR

O 131I sendo um beta-emissor é um potente agente terapêutico capaz de destruir tecidos que captam iodo.

No tratamento da síndrome de Graves (Hipertireoidismo).

Fins Terapêuticos

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No tratamento da doença de Plummer (multi nódulos) causando

aumento da glândula da tireóide.

MEDICINA NUCLEARFins Terapêuticos

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MEDICINA NUCLEAR

Fornece informações que outros métodos não apresentam;

Sensibilidade elevada em detectar alterações na função de um determinado órgão;

Os exames são mais sensíveis para detecção de doenças do que a maioria dos outros exames de diagnóstico;

Identifica as alterações muito antes do problema se tornar aparente por outros exames.

Conclusão

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MEDICINA NUCLEAR

Exames de medicina nuclear hoje disponíveis, incluem: estudos cerebrais, diagnóstico e tratamento de tumores; avaliação das condições dos pulmões e coração; análise funcional dos rins e de todos os sistemas dos

principais órgãos do corpo.

Preço;

PET-Scan - US$ 2,5 milhões. pode reduzir os gastos de reinternação do paciente; gastos de um hospital.

Conclusão

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MEDICINA NUCLEARDiscurso de Eisenhower

Átomos para a paz”

08/12/1953 em NY:

“Não é suficiente retirar arma das mãos dos soldados. Deve ser colocada nas mãos

daqueles que conhecem como adaptá-la na arte da paz”.

Criação da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA)

A medicina nuclear no contexto mundial

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MEDICINA NUCLEAREvolução do símbolo da radiação

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MEDICINA NUCLEARVídeo

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MEDICINA NUCLEAR

Muito Obrigada!Muito Obrigada!

LUCIANA DE TORO G. GUIMARÃESlutoro@sel.eesc.usp.br

Engenharia Elétrica - EESC - São Carlos Universidade de São Paulo - USP

Laboratório de Análise e Processamento de Imagens Médicas e Odontológicas.

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MEDICINA NUCLEAR

Rocha, A. F. G. “Medicina Nuclear”. Editora: Guanabara Koogan, 1976. Rio de Janeiro. http://www.cmnabc.com.br/cmnframes.html http://www.siemens.com.br/templates/coluna1.aspx?channel=2110&channel_pri_nivel=2110 http://www.sbbmn.org.br/sbbmn/index.php?option=com_content&task=view&id=5&Itemid=

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Referências Bibliográficas

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MEDICINA NUCLEAR

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Referências Bibliográficas