Medicina Nuclear

Question 1

Explique o que é possível observar numa imagem de Medicina Nuclear.

Answer 1

Numa imagem de Medicina Nuclear, observa-se a distribuição de um radiofármaco que intervém num processo fisiológico de interesse num dado órgão ou tecido.

Question 2

Principais técnicas de Medicina Nuclear

Answer 2

Cintigrafia, SPECT, PET

Question 3

Vantagens da Medicina Nuclear face a outras técnicas de imagiologia (como CT, radiografia convencional ou MRI)

Answer 3

Permite obter informações sobre função, metabolismo, etc. São técnicas de imagem funcional, servindo para observar o metabolismo e não estruturas.

Question 4

Relativamente aos restantes métodos, o PET e o SPECT apresentam _______ (maior/menor) sensibilidade e _______(melhor/pior) resolução.

Answer 4

maior, pior

Question 5

O que significa PET?

Answer 5

Tomografia de Emissão de Positrões

Question 6

O que significa SPECT?

Answer 6

Tomografia de Emissão de Fotão Único

Question 7

Explique o princípio básico de funcionamento de um exame de Medicina Nuclear

Answer 7

• Uma molécula (fármaco) etiquetada com um isótopo radioativo (radionuclídeo) - radiofármaco - é administrada ao doente.
• A captação do radiofármaco ocorre em áreas onde se concentra o fenómeno metabólico sob estudo (ocorre na zona onde é metabolizada a molécula).
• Ocorre emissão de fotões nessas áreas como resultado de decaimento radioativo.
• Os fotões são detetados por cristais de cintilação posicionados em torno do
  doente.

Question 8

Radioatividade

Answer 8

Radioatividade consiste na transformação espontânea de isótopos instáveis (radioisótopos) em isótopos estáveis, com libertação de energia ou massa (decaimento radioativo) durante os processos de estabilização do núcleo.

Question 9

Atividade (A)

Answer 9

A atividade permite quantificar a radioatividade: consiste no número de decaimentos por unidade de tempo.

Question 10

A atividade é _______ (diretamente/inversamente) proporcional ao número de radionuclídeos.

Answer 10

diretamente

Question 11

De que forma é que a atividade (A) se relaciona com o número de radionuclídeos (átomos instáveis) (N)?

Answer 11

Através da constante de decaimento

Question 12

Tempo de semivida

Answer 12

Tempo necessário para que o número de radionuclídeos numa amostra reduza
para metade

Question 13

Qual o tempo de semivida ideal?

Answer 13

O tempo de semivida ideal deve ter em conta a distância entre o local de produção e o local do exame, bem como a duração do exame. Assim, o tempo de semivida deve ser suficientemente longo para permitir o transporte e o exame, mas relativamente curto para que o isótopo estabilize o mais depressa possível após o exame.

Question 14

Decaimento alfa

Answer 14

No decaimento alfa, ocorre a emissão de uma partícula alfa, composta por 2 protões e 2 neutrões, ocorrendo uma diminuição do número atómico (Z) em 2 e diminuição do número de massa (A) em 4 (Z-2, A-4).

As partículas alfa são logo absorvidas pelos tecidos, pelo que não contribuem para a imagem em Medicina Nuclear e são bastante destrutivas (utilizadas em radioterapia).

Question 15

Decaimento beta -

Answer 15

O decaimento 𝛽- ocorre em radionuclídeos que apresentam um excesso de neutrões, relativamente ao número de protões, transformando um neutrão numa partícula 𝛽- e num antineutrino (Z+1, A=).

Neste processo, é acrescentado um protão ao átomo (aumento do número atómico em 1), embora o número de massa se mantenha constante, transformando-o num novo elemento. Toda a energia em excesso resultante deste decaimento é emitida sob a forma de raios-𝛾.

Question 16

Decaimento beta +

Answer 16

O decaimento 𝛽+ ocorre em radionuclídeos cuja instabilidade resulta do excesso de protões relativamente ao número de neutrões, transformando um protão num positrão (𝛽+) e num neutrino (Z-1, A=).

Neste processo, ocorre a diminuição do número atómico em 1, retirando-lhe um protão (embora mantendo o número de massa), e, consequentemente, transforma o átomo num outro elemento.

O átomo, com défice de um protão no núcleo, é agora um ião mononegativo. Este liberta rapidamente um eletrão, tornando-se neutro (sem carga). Quando o positrão e o eletrão, partícula e antipartícula, se encontram, sofrem um processo de aniquilação, no qual toda a sua massa é convertida em energia (raios-𝛾), emitida sob a forma de dois fotões de 511 keV em direções opostas.

Question 17

Captura eletrónica

Answer 17

A captura eletrónica é um tipo de decaimento que ocorre em radionuclídeos com deficiência de neutrões. A captação de um eletrão pelo núcleo resulta na conversão de um protão num neutrão, com emissão de um neutrino (Z-1, A=).

Neste processo, o núcleo captura um eletrão de uma orbital de menor energia (mais interna), convertendo um protão num neutrão e, consequentemente, emitindo um neutrino. Assim, o átomo transforma-se num outro elemento devido à diminuição do número átomico em 1. Após a captação do eletrão, é deixada uma lacuna na orbital onde este se encontrava,
que é rapidamente ocupada por um eletrão de uma orbital de maior energia (mais externa), ocorrendo a emissão de radiação característica, geralmente raios-X.

Question 18

Transição isomérica (decaimento gama)

Answer 18

Na transição isomérica, é emitida radiação gama por um radionuclídeo, sem que haja qualquer emissão ou captura de partículas pelo seu núcleo e, consequentemente, sem qualquer alteração no número atómico ou número de massa (Z=, A=).

Este processo acontece quando um radionuclídeo decai para um átomo num estado excitado e, por isso, instável (metaestável) que, ao transitar para o estado fundamental (ou um estado de menor energia), emite radiação gama. Esta transição pode ocorrer quase instantaneamente após o decaimento, em poucos nanossegundos, como pode levar vários anos, levando a tempos de semivida muito variados para cada radionuclídeo.

Question 19

O decaimento 𝛽+ ocorre em radionuclídeos com excesso de _______ (protões/neutrões), enquanto que o decaimento 𝛽- ocorre em radionuclídeos com excesso de _______ (protões/neutrões).

Answer 19

protões, neutrões

Question 20

A captura eletrónica, tal como o decaimento 𝛽+, ocorre em radionuclídeos com deficiência de _______ (protões/neutrões).

Answer 20

neutrões

Question 21

No decaimento 𝛽+, o número atómico _______ (aumenta/diminui) 1 e no decaimento 𝛽-, o número atómico _______ (aumenta/diminui) 1, enquanto que em ambos se mantém o número de massa.

Answer 21

diminui, aumenta

Question 22

No decaimento 𝛽+, o eletrão e o positrão emitidos encontram-se e aniquilam-se, emitindo 2 fotões em direções opostas. Qual a energia de cada fotão?

Answer 22

511 keV

Question 23

Na captura eletrónica, ocorre a conversão de um _______ (protão/neutrão) num (protão/neutrão), com a emissão de energia na forma de _______ (raios-X/raios-𝛾) ou de um eletrão de Auger.

Answer 23

protão, neutrão, raios-X

Question 24

O que determina a estabilidade de um isótopo?

Answer 24

O número de neutrões e protões do núcleo

Question 25

Principais características de um radionuclídeo

Answer 25

Tempo de semivida e tipo de decaimento

Question 26

Função da câmara gama

Answer 26

Deteta a radiação emitida dentro do paciente e converte-a num sinal elétrico amplificado

Question 27

Principal componente da câmara gama

Answer 27

Tubos fotomultiplicadores (PMTs). Cada PMT recolhe luz de vários cristais de cintilação.

Question 28

Associe os eventos (i-iv) a um componente de uma câmara gama (a-d):

i) libertação de fotoeletrões causada por incidência de fotões no domínio do visível
ii) libertação de fotões no domínio do visível causada por incidência de fotões gama
iii) atenuação de fotões gama para melhorar a qualidade da imagem
iv) amplificação gradual da corrente elétrica gerada no fotocátodo

a. Tubo fotomultiplicador
b. Colimador
c. Cristal de cintilação
d. Fotocátodo

Answer 28

i) - d
ii) - c
iii) - b
iv) - a

Question 29

Quanto maior for o número atómico efetivo dos cristais de cintilação, _______ (maior/menor) é a eficiência do detetor e _______ (melhor/pior) é a resolução.

Answer 29

maior, melhor

Question 30

Função do colimador

Answer 30

Minimizar o efeito dos fotões dispersos, de modo a detetar apenas os fotões primários

Question 31

V/F: A configuração do colimador permite gerir o compromisso entre resolução espacial e sensibilidade.

Answer 31

Verdadeiro

Question 32

Quanto maior for a abertura do colimador, _______ (maior/menor) o nº de fotões detetados, logo _______ (maior/menor) a sensibilidade e _______ (melhor/pior) é a resolução espacial.

Answer 32

maior, maior, pior

Por um lado:
Maior abertura do colimador » maior nº de fotões detetados » maior nº de fotões dispersos detetados » pior qualidade de imagem » pior resolução

Por outro lado:
Maior abertura do colimador » maior nº de fotões detetados » mais informação » maior sensibilidade » maior facilidade em detetar anomalias/patologias

Question 33

Quanto maior for a espessura do septa nos colimadores, _______ (melhor/pior) é a resolução e _______ (maior/menor) é a sensibilidade.

Answer 33

melhor, menor

Por um lado:
maior espessura do septa » maior absorção de fotões de alta energia » menor degradação da resolução » melhor resolução espacial

Por outro lado:
maior espessura do septa » menor abertura » menor nº de fotões detetados » menor sensibilidade

Question 34

Porque é que o doente deve estar sempre muito próximo do colimador?

Answer 34

Quanto mais próximo o doente estiver do colimador, menor é o número de fotões dispersos que chegam ao detetor, já que este apenas deteta os fotões com direções aproximadamente paralelas aos septa. Assim, há uma melhoria da resolução espacial (qualidade) da imagem.

Question 35

Cintigrafia

Answer 35

Consiste numa imagem planar da distribuição do rádiofármaco pelo corpo.

Question 36

Qual a diferença entre Cintigrafia e SPECT?

Answer 36

Em Cintigrafia, apenas se deteta uma imagem planar, já que o detetor se encontra fixo, enquanto que em SPECT o detetor roda em torno do paciente, pelo que se forma uma imagem composta por vários cortes, devido à reconstrução de projeções adquiridas segundo vários ângulos.

Question 37

SPECT

Answer 37

Imagem da distribuição 3D (volume tomográfico) do radiofármaco a partir de um conjunto de várias projeções, adquiridas segundo várias direções/ângulos, a partir de um detetor que roda em torno do paciente.

Question 38

Qual o isótopo mais utilizado em SPECT?

Answer 38

Tecnécio-99 metastável, que tem um tempo de semivida conveniente e outras propriedades vantajosas, nomeadamente a facilidade de produção do mesmo, partindo do Molibdénio-99, através de um gerador.

Question 39

Gama de energia de radiação emitida pelos radioisótopos em SPECT

Answer 39

~150 keV

Question 40

Efeito da atenuação da radiação gama

Answer 40

A interação da radiação com a matéria pode resultar na atenuação da radiação gama, que consiste num aumento de intensidade nas regiões periféricas e diminuição de intensidade nas regiões internas.

Question 41

Correção da atenuação

Answer 41

Uma das formas de corrigir a atenuação é realizar uma imagem de transmissão (rodar o detetor em torno do paciente, emitindo radiação) antes do exame de modo a saber que correção utilizar.

Question 42

Qual o tempo ideal de semivida dos radionuclídeos para um exame SPECT?

Answer 42

Nem muito curtos, nem muito longos. Idealmente entre 30 minutos e 3 horas.

Question 43

Para além do tempo de semivida, qual o critério a ter em conta para a escolha dos radionuclídeos em SPECT?

Answer 43

Em SPECT, estamos interessados em radionuclídeos que, ao decair, emitem um fotão gama. Logo não estamos interessados em radioisótopos que apresentem decaimentos beta, mas sim transição isomérica.

Question 44

PET

Answer 44

Imagem da distribuição 3D de nuclídeos emissores de positrões

Question 45

Em SPECT, os radionuclídeos devem emitir ________ , enquanto que em PET devem emitir ________.

Answer 45

fotões gama, positrões

Question 46

Vantagens da PET relativamente à SPECT

Answer 46

• Melhor sensibilidade
• Menor dose
• Melhor resolução

Question 47

Linha de Resposta (LOR)

Answer 47

A deteção simultânea (por dois detetores paralelos) de dois fotões com 511 keV em sentidos opostos (resultantes da aniquilação do par positrão-eletrão) consiste numa coincidência, que é armazenada como uma LOR que contém o local da aniquilação.

Question 48

Objetivo da reconstrução de imagem em PET

Answer 48

Em PET, a reconstrução de imagem é semelhante à CT: retroprojeção filtrada ou métodos iterativos. O objetivo é determinar em que ponto da LOR correu a a aniquilação (emissão dos fotões), de modo a, por sua vez, determinar o local da patologia (local de emissão do positrão).

Question 49

Quais os dois principais limites/erros de resolução na PET?

Answer 49

• Distância entre o local de emissão do positrão e o local da sua aniquilação (emissão dos fotões) » erro na posição do local da patologia
• Não-colinearidade das trajetórias dos fotões (não formam um ângulo de 180º) » não deteção de coincidência (não há criação da LOR)

Question 50

Detetores de coincidências

Answer 50

Os detetores de coincidências garantem que cada par de fotões de 511 keV detetados provém da mesma aniquilação. Para tal, é considerada uma coincidência quando dois detetores detetam eventos na mesma janela temporal previamente definida.

Question 51

Quais os tipos de coincidências falsas?

Answer 51

Coincidências aleatórias e de dispersão

Question 52

Consequências da deteção de coincidências falsas

Answer 52

LOR deslocadas » fontes de ruído » redução do contraste

Question 53

Coincidências aleatórias

Answer 53

Deteção simultânea (no mesmo intervalo de tempo) de dois fotões de 511 keV, provenientes de aniquilações diferentes.

Question 54

Como podemos minimizar as coincidências aleatórias?

Answer 54

• Diminuir a janela temporal (problema: ao diminuir o intervalo de tempo associado à deteção, diminui-se não só o número de coincidências aleatórias detetadas, mas também o número de coincidências reais detetadas)
• Aplicar um atraso às deteções, de modo a identificar as coincidências reais e as coincidências aleatórias (e eliminar estas últimas)

Question 55

Coincidências de dispersão

Answer 55

Deteção simultânea (na mesma janela temporal) de dois fotões que sofreram dispersão de Compton (desvio), resultando numa LOR deslocada (que não contém o local da aniquilação).

Question 56

Como podemos minimizar as coincidências de dispersão?

Answer 56

Excluir as coincidências com energias fora de uma janela estreita centrada em 511 keV, já que os fotões dispersos têm, geralmente, energias inferiores a 511 keV.

Question 57

Aquisição 2D em PET

Answer 57

Os equipamentos de PET com aquisições a 2D possuem septa que irão reduzir radiação proveniente de outros cortes de atingir os detetores colocados no corte de interesse. Assim, é minimizada a deteção de coincidências de dispersão ou fora do campo de deteção.

Question 58

Aquisição 3D em PET

Answer 58

Em aquisições 3D, não são usados septa, pelo que é detetado um maior número de coincidências. Por um lado, há um aumento da deteção de coincidências aleatórias e de dispersão, que piora a resolução. Por outro lado, verifica-se uma maior sensibilidade, já que também há um aumento do número de coincidências reais detetadas, o que diminui o tempo de aquisição e a dose (menor tempo de atividade do radiofármaco), mas tem um maior tempo de reconstrução.

Question 59

Radioisótopos mais usados em PET

Answer 59

Carbono-11, Oxigénio-15, Azoto-13 e Flúor-18 (Flúor-18 + glicose = FPG)

Question 60

Produção dos radioisótopos

Answer 60

Os radioisótopos são produzidos em ciclotrões.

Ciclotrões são um tipo de acelerador de partículas que produzem radionuclídeos
através do bombardeamento de núcleos estáveis com feixes de partículas, em particular iões positivos (protões), de elevada energia. Estes devem ser acelerados até adquirirem uma energia cinética elevada suficiente para lhes permitir superar as repulsões e atingir o núcleo.

Após serem injetados no centro do ciclotrão, os iões positivos são atraídos para o elétrodo negativo, adquirindo uma aceleração. O campo magnético estático criado pelo íman induz a trajetória circular dos iões positivos, sendo que o raio da trajetória aumenta com o aumento da energia cinética das partículas. Quando as partículas atingem o espaço entre os elétrodos, após percorrerem metade
da trajetória, a polaridade do campo elétrico que aí existe é invertida, acelerando o feixe de iões positivos em direção ao elétrodo negativo. Sempre que estes passam pelo espaço entre os
elétrodos, o ciclo repete-se e vão adquirindo uma energia cinética cada vez maior. Por fim, quando o feixe atinge a periferia dos elétrodos, é removido da sua trajetória circular por um defletor que o direciona contra os nuclídeos alvo, atingindo-os e colocando-os num estado excitado. Gradualmente, a energia adquirida pelo núcleo é libertada,
preferencialmente através da emissão de positrões e radiação gama.

Question 61

De que modo é que a energia do positrão emitido afeta a resolução espacial do sistema PET?

Answer 61

Quanto maior for a energia (cinética) do positrão emitido, maior distância este é capaz de percorrer desde o local da sua emissão (local da patologia) até ao local da sua aniquilação (local de deteção), logo maior o erro da posição da patologia e, consequentemente, pior a resolução espacial.

Assim, quanto menor for a energia (cinética) do positrão emitido, mais próximos serão o local de emissão (patologia) e de aniquilação (deteção), logo melhor é a resolução (torna-se mais fácil de diagnosticar lesões pequenas, por exemplo).

Question 62

Como podemos minimizar os artefactos relativos ao movimento do doente durante o exame (especialmente em aquisições de longa duração)?

Answer 62

Recurso aos tracking systems para determinar a posição do doente no instante de deteção de uma coincidência e evitar sobreposições/erros

Question 63

V/F: a combinação de PET com técnicas com melhor resolução espacial (como CT ou MRI) permitem obter informação adicional, nomeadamente informação funcional, e melhoram a qualidade da imagem.

Answer 63

Falso. A CT e a MRI fornecem informação anatómica adicional. A PET é que fornece informação funcional.

Question 64

Tempo de chegada (Time of flight, TOF)

Answer 64

Sistema PET que permite uma reconstrução espacial mais exata, isto é, permite determinar de forma mais precisa a localização da aniquilação na LOR, através do registo do tempo de chegada de cada fotão ao respetivo detetor.

Question 65

Efeito de volume parcial

Answer 65

Limitação da PET que ocorre quando se pretende observar estruturas muito pequenas, com dimensões próximas da resolução espacial do sistema.

Como resultado, a resolução espacial do sistema PET pode não ser suficientemente alta para distinguir os detalhes de uma lesão pequena e, assim, a radiação emitida pela lesão espalha-se para áreas vizinhas (distribuição da atividade da estrutura por um volume maior do que a própria estrutura), fazendo com que a lesão pareça difusa e menos definida na imagem (diminuição da intensidade da lesão/estrutura na imagem).