O documento discute os princípios básicos da física nuclear e da medicina nuclear, incluindo a estrutura do átomo, tipos de radiação, decaimento radioativo, interação da radiação com a matéria, fontes de radiação, produção de radioisótopos, aplicações em diagnóstico e tratamento, e efeitos da radiação.

1. RADIAÇÕES PARA DIAGNÓSTICO E TRATAMENTO EM MEDICINA NUCLEAR Carlos Eduardo Anselmi

2. O ÁTOMO O átomo é a menor porção de um elemento que mantém as propriedades químicas desse elemento O átomo não é indivisível Composto de 3 partículas elementares: Próton Z – identidade química A - massa Nêutron: N Elétron Núcleo: 10-13 cm Átomo: 1-2 x 10 -8 cm

4. ENERGIA DE LIGAÇÃO, IONIZAÇÃO E EXCITAÇÃO Cada elétron está ligado a um núcleo com uma quantidade fixa de energia Medida de energia no nível atômico: elétron-volt A energia de ligação dos elétrons aumenta com o aumento do Z Absorção de energia pelos elétrons: aquecimento, campos elétricos, passagem de uma partícula carregada, impacto mecânico Excitação: luz, ultra-violeta ou raio-x em 10-9 segundos Ionização

5. ENERGIA DE LIGAÇÃO, IONIZAÇÃO E EXCITAÇÃO

6. FORÇAS FORTE: 1: responsável pela estabilidade nuclear – déficit de massa Fraca: 10 -2 : importante no processo de transformação nuclear Eletromagnética: 10 -13 : vida diária – interações entre átomos, moléculas, biomoléculas, etc Gravitacional: 10 -39 : produzida pela massa da matéria; negligível no nível atômico

7. RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Campos magnéticos e elétricos são produzidos pro partículas com carga Durante a interação das partículas há emissão de energia sob forma de radiação eletromagnética A radiação eletromagnética pode se propagar como onda e interagir como partícula Os pacotes individuais são chamados de fótons Um fóton não tem carga ou massa Caracterizada pela energia ou pelo comprimento de onda

8. ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

9. RADIONUCLÍDEOS E ESTABILIDADE NUCLEAR Vários nuclídeos são instáveis – radionuclídeos Busca da estabilidade pela emissão de radiação eletromagnética ou de partículas carregadas Força forte: P-P, N-N, P-N. Atrativa apenas quando a distância entre os componentes é muito pequena Força eletromagnética: apenas entre Prótons, de forma repulsiva O balanço dessas duas forças determina a estabilidade do nuclídeo Quando o balanço é rompido, o nuclídeo se torna instável e, dessa forma, radioativo

10. RADIONUCLÍDEOS E ESTABILIDADE NUCLEAR

11. TIPOS DE RADIAÇÃO ALFA BETA GAMA Obedecem aos princípios: Conservação de número de massa Conservação da carga elétrica Conservação da energia

12. DECAIMENTO ALFA 2 prótons e 2 nêutrons Partícula pesada e com carga Núcleo de Hélio Energia cinética da partícula é discreta para um decaimento em particular 226 Ra – 222 Rn

13. DECAIMENTO ALFA

14. DECAIMENTO BETA Um nêutron ou próton é convertido em um próton ou nêutron A conversão é controlada pela força fraca Beta mais: próton convertido em um nêutron Beta menos: nêutron convertido em um próton

15. DECAIMENTO BETA

16. BETA MENOS NEUTRON  PRÓTON + ELÉTRON + ANTI-NEUTRINO Aumenta em 1 o número atômico A energia do elétron não é fixa porque a energia total tem que ser compartilhada com o anti-neutrino Espectro Beta menos: 0 a EBmax 131 I – 131 Xe

17. BETA MENOS

18. BETA MAIS PRÓTON  NEUTRON + PÓSITRON + NEUTRINO PÓSITRON: PET 18 F – 18 O

19. DECAIMENTO GAMA Um núcleo pode estar em um estado excitado pela absorção de energia (isômero). Isômeros têm curta duração, exceto no caso de meta-estados. O decaimento é chamado isomérico. O excesso de energia é liberado na forma de um fóton de alta energia: raio gama O gama não pode ser diferenciado do x porque ambos interagem com a matéria da mesma forma; a única diferença é a forma de produção.

20. DECAIMENTO GAMA

21. DECAIMENTO GAMA

22. UNIDADES DE RADIOATIVIDADE Curie (Ci): taxa de desintegração de 1g de Radium: 3,7 x 10 10 desintegrações por segundo Becquerel (Bq): 1 desintegração por segundo – SI 1 Ci = 3,7 x 10 10 Bq 1 mCi = 3,7 x 10 7 Bq 1 Bq = 2,7 x 10 -11 Ci 1 GBq = 27 mCi

23. DECAIMENTO E MEIA VIDA O número de átomos que decaem é proporcional ao número de átomos na amostra A constante lambda é conhecida como constante de decaimento: probabilidade de decaimento por unidade de tempo para um radioátomo O momento do decaimento de um núcleo em particular não pode ser previsto e não é influenciado pelo decaimento de outros núcleos ou pelo ambiente físico ou químico

24. DECAIMENTO

26. MEIA VIDA FÍSICA Tempo para que a radioatividade de um radionuclídeo seja reduzida à metade 99m Tc: 6 horas 131 I: 8,04 dias 123 I: 13,6 horas

27. MEIA VIDA BIOLÓGICA Clearance biológico do radionuclídeo de um tecido ou órgão

28. MEIA VIDA EFETIVA Depende tanto da meia vida física quanto da biológica Os decaimentos físico e biológico ocorrem ao mesmo tempo Fitato Xenônio

29. INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO COM A MATÉRIA Radiação Particulada Beta menos: Negatron Ionização nos tecidos por interações eletrostáticas com elétrons nos orbitais Perde energia por uma série de interações por um caminho tortuoso Beta mais: Pósitrons Sofre aniquilação quando combina com um elétron Libera dois raios gama em 180 o , cada um com 511 keV Raios gama e x Efeito fotoelétrico Produção de pares Espalhamento Compton

30. EFEITO FOTOELÉTRICO Toda a energia do fóton é transferida para um elétron em um orbital O fóton tem energia maior que a energia de ligação do elétron Uma cascata de elétrons surge para preencher a vaga com a emissão de raios-x característicos Importante em tecidos moles para energias abaixo de 50 keV Indesejável em tecidos Desejável na detecção

31. EFEITO FOTOELÉTRICO

32. ESPALHAMENTO COMPTON Um fóton interage com um elétron de um orbital externo, com energia de ligação fraca O fóton é defletido e continua a existir, mas com energia mais baixa A diferença de energia é transferida para o elétron Degrada as imagens

33. ESPALHAMENTO COMPTON

34. MATERIAIS RADIOATIVOS E FONTES DE RADIAÇÃO Naturais: 235 U, 40 K, 232 Th, 222 Rn, 226 Ra Artificiais: 131 I, 99m Tc, 137 Cs Cósmica: 14 C, 3 H

35. MATERIAIS RADIOATIVOS E FONTES DE RADIAÇÃO

36. PRODUÇÃO DA RADIAÇÃO Natural Cósmica Reatores Aceleradores lineares Cíclotrons

37. REATORES

38. CÍCLOTRONS

39. CÍCLOTRONS

40. DETECÇÃO DA RADIAÇÃO

41. MEDICINA NUCLEAR DEFINIÇÃO Uso de fontes de radiação não selada e radiofármacos para diagnóstico e tratamento Imagens da vida Imagens funcionais Imagens moleculares

42. RADIOFÁRMACO Composto químico ligado a um material radioativo Princípio do traçador: quantidades ínfimas do fármaco, de forma a não alterar a fisiologia Material radioativo: permite a detecção e o tratamento

43. RADIOFÁRMACO Livre de carreador: o radionuclídeo não está contaminado por nuclídeos estáveis ou radioativos do mesmo elemento Atividade específica: radioatividade por unidade de peso (mCi/mg) Concentração específica: atividade por unidade de volume (mCi/ml)

44. O GERADOR

45. CONTROLE DE QUALIDADE Aparelhos Radiofármacos

46. CONTROLE DE QUALIDADE Pureza radionuclídica: apenas o radionuclídeo desejado está presente no eluato: Mo Pureza química: presença de outros materiais: Al Pureza radioquímica: o radiofármaco deve estar na forma radioquímica desejada Tc coloidal Tc livre Esterilidade Apirogenicidade

47. RADIAÇÕES UTILIZADAS 99m Tc DMSA, DTPA, ECD, MDP, MIBI, HMPAO, EC, FITATO, ENXOFRE, CIPRO 67 Ga 131 I e 123 I MIBG 201 Tl 18 F FDG

48. 99m Tc Gama: 140 keV T1/2: 6 horas Produzido em gerador Marcação: Ecd, hmpao, pertecnetato, mibi, maa, fitato, dmsa, dtpa, albumina, mag3, ec

49. 67 Ga Gama: 93, 184, 300, 388 keV T1/2: 78 horas Produzido em cíclotron Usos: Linfoma Infecção Miocardite

50. 131 I Gama: 364 keV Beta: 606 keV T1/2: 8,02 dias Produzido em reator Diagnóstico e tratamento Marca MIBG

51. 123 I Gama: 159 keV T1/2: 13,6 horas Produzido em cíclotron Diagnóstico Marca MIBG

52. 201 Tl Gama: 69-80, 135, 167 keV T1/2: 73 horas Produzido em cíclotron Diagnóstico Viabilidade miocárdica Perfusão miocárdica Viabilidade tumoral

53. 18 F Gama: 511 keV T1/2: 110 minutos Produzido em cíclotron Marca a deoxiglicose Tumores Cardiologia Neurologia Infecção

54. FORMAÇÃO DA IMAGEM

55. EFEITOS DA RADIAÇÃO

56. EFEITOS DA RADIAÇÃO Deposição de energia: ionização e excitação Transferência de energia para uma molécula Formação de radicais livres: H - e OH - Reação com DNA/RNA e outras moléculas biológicas importantes Efeito biológico: função da molécula afetada

57. EFEITOS DA RADIAÇÃO Estocásticos A probabilidade de ocorrer depende da dose (não a severidade) Câncer Dano genético Não têm um limiar Sempre considerados para proteção radiológica: ALARA Determinísticos A severidade depende da dose Têm um limiar Catarata e eritema

58. EFEITOS AGUDOS Nenhum efeito Discreta depressão medular Depressão medular severa e sintomas gastro-intestinais leves Sintomas gastro-intestinais severos Sintomas neurológicos

59. EFEITOS TARDIOS Baixa probabilidade de efeitos Efeitos genéticos Câncer

60. EFEITOS DA RADIAÇÃO Tipo de tecido Quantidade de tecido Taxa de turnover celular Variação biológica: varia enormemente entre indivíduos Modificadores químicos Sensibilização: oxigênio Proteção: cisteína