Medicina Nuclear Flashcards
Explique o que é possível observar numa imagem de Medicina Nuclear.
Numa imagem de Medicina Nuclear, observa-se a distribuição de um radiofármaco que intervém num processo fisiológico de interesse num dado órgão ou tecido.
Principais técnicas de Medicina Nuclear
Cintigrafia, SPECT, PET
Vantagens da Medicina Nuclear face a outras técnicas de imagiologia (como CT, radiografia convencional ou MRI)
Permite obter informações sobre função, metabolismo, etc. São técnicas de imagem funcional, servindo para observar o metabolismo e não estruturas.
Relativamente aos restantes métodos, o PET e o SPECT apresentam _______ (maior/menor) sensibilidade e _______(melhor/pior) resolução.
maior, pior
O que significa PET?
Tomografia de Emissão de Positrões
O que significa SPECT?
Tomografia de Emissão de Fotão Único
Explique o princípio básico de funcionamento de um exame de Medicina Nuclear
- 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.
Radioatividade
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.
Atividade (A)
A atividade permite quantificar a radioatividade: consiste no número de decaimentos por unidade de tempo.
A atividade é _______ (diretamente/inversamente) proporcional ao número de radionuclídeos.
diretamente
De que forma é que a atividade (A) se relaciona com o número de radionuclídeos (átomos instáveis) (N)?
Através da constante de decaimento
Tempo de semivida
Tempo necessário para que o número de radionuclídeos numa amostra reduza
para metade
Qual o tempo de semivida ideal?
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.
Decaimento alfa
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).
Decaimento beta -
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.
Decaimento beta +
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.
Captura eletrónica
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.
Transição isomérica (decaimento gama)
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.
O decaimento 𝛽+ ocorre em radionuclídeos com excesso de _______ (protões/neutrões), enquanto que o decaimento 𝛽- ocorre em radionuclídeos com excesso de _______ (protões/neutrões).
protões, neutrões
A captura eletrónica, tal como o decaimento 𝛽+, ocorre em radionuclídeos com deficiência de _______ (protões/neutrões).
neutrões
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.
diminui, aumenta
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?
511 keV
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.
protão, neutrão, raios-X
O que determina a estabilidade de um isótopo?
O número de neutrões e protões do núcleo
Principais características de um radionuclídeo
Tempo de semivida e tipo de decaimento
Função da câmara gama
Deteta a radiação emitida dentro do paciente e converte-a num sinal elétrico amplificado
Principal componente da câmara gama
Tubos fotomultiplicadores (PMTs). Cada PMT recolhe luz de vários cristais de cintilação.
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
i) - d
ii) - c
iii) - b
iv) - a
Quanto maior for o número atómico efetivo dos cristais de cintilação, _______ (maior/menor) é a eficiência do detetor e _______ (melhor/pior) é a resolução.
maior, melhor
Função do colimador
Minimizar o efeito dos fotões dispersos, de modo a detetar apenas os fotões primários
V/F: A configuração do colimador permite gerir o compromisso entre resolução espacial e sensibilidade.
Verdadeiro
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.
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
Quanto maior for a espessura do septa nos colimadores, _______ (melhor/pior) é a resolução e _______ (maior/menor) é a sensibilidade.
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
Porque é que o doente deve estar sempre muito próximo do colimador?
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.
Cintigrafia
Consiste numa imagem planar da distribuição do rádiofármaco pelo corpo.
Qual a diferença entre Cintigrafia e SPECT?
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.
SPECT
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.
Qual o isótopo mais utilizado em SPECT?
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.
Gama de energia de radiação emitida pelos radioisótopos em SPECT
~150 keV
Efeito da atenuação da radiação gama
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.
Correção da atenuação
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.
Qual o tempo ideal de semivida dos radionuclídeos para um exame SPECT?
Nem muito curtos, nem muito longos. Idealmente entre 30 minutos e 3 horas.
Para além do tempo de semivida, qual o critério a ter em conta para a escolha dos radionuclídeos em SPECT?
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.
PET
Imagem da distribuição 3D de nuclídeos emissores de positrões
Em SPECT, os radionuclídeos devem emitir ________ , enquanto que em PET devem emitir ________.
fotões gama, positrões
Vantagens da PET relativamente à SPECT
- Melhor sensibilidade
- Menor dose
- Melhor resolução
Linha de Resposta (LOR)
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.
Objetivo da reconstrução de imagem em PET
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).
Quais os dois principais limites/erros de resolução na PET?
- 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)
Detetores de coincidências
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.
Quais os tipos de coincidências falsas?
Coincidências aleatórias e de dispersão
Consequências da deteção de coincidências falsas
LOR deslocadas » fontes de ruído » redução do contraste
Coincidências aleatórias
Deteção simultânea (no mesmo intervalo de tempo) de dois fotões de 511 keV, provenientes de aniquilações diferentes.
Como podemos minimizar as coincidências aleatórias?
- 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)
Coincidências de dispersão
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).
Como podemos minimizar as coincidências de dispersão?
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.
Aquisição 2D em PET
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.
Aquisição 3D em PET
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.
Radioisótopos mais usados em PET
Carbono-11, Oxigénio-15, Azoto-13 e Flúor-18 (Flúor-18 + glicose = FPG)
Produção dos radioisótopos
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.
De que modo é que a energia do positrão emitido afeta a resolução espacial do sistema PET?
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).
Como podemos minimizar os artefactos relativos ao movimento do doente durante o exame (especialmente em aquisições de longa duração)?
Recurso aos tracking systems para determinar a posição do doente no instante de deteção de uma coincidência e evitar sobreposições/erros
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.
Falso. A CT e a MRI fornecem informação anatómica adicional. A PET é que fornece informação funcional.
Tempo de chegada (Time of flight, TOF)
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.
Efeito de volume parcial
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).
