Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V
Anno Accademico 2005-2006
Corso di Laurea in Tecniche Sanitarie di Radiologia Medica
per Immagini e Radioterapia
FISICA delle APPARECCHIATURE per
MEDICINA NUCLEARE
(lezione V)
Marta Ruspa
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Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V
Come aumentare la risoluzione spaziale
del BGO?
MA se le dimensioni sono troppo piccole non contengono
piu’ il range dei positroni….
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Range dei positroni
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Risoluzione spaziale
Tenendo conto di quanto detto e del fatto che i fotoni non
sono emessi in modo perfettamente collineare…
Risulta FWHM tra 2 e 3 mm
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Che cosa porta complessivamente alla
perdita di efficienza?
 I radionuclidi diffondono in tutto l’organismo, solo una parte si
concentra nella zona sotto indagine
 L’ apertura angolare dei rivelatori consente la misura di solo una
frazione dei fotoni collineari
 I fotoni si attenuano nel materiale biologico
 Il rivelatore non e’ pienamente efficiente
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Profondita’ di interazione
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Profondita’ di interazione
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Profondita’ di interazione
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Correzione per attenuazione
La probabilità che il fotone 1 non venga
assorbito dopo aver attraversato uno
spessore x:
Pγ1 (x)  e μ x
Probabilità che il fotone 2 raggiunga
il rivelatore:
Pγ2 (L  x)  e μ (L -x)
Probabilità di rivelare entrambi i fotoni:
Pγ2 γ2  Pγ1  Pγ2  eμx  e μ (L -x)  eμL
La correzione per attenuazione dipende solo dallo spessore del
corpo lungo la linea congiungente i due rivelatori, ma non dalla
coordinata x -> migliore ricostruzione tomografica
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Differenze tra PET e SPECT
PET:
SPECT:
due fotoni
emessi in direzione opposta
un solo fotone
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Rivelatore 1
Differenze tra PET e SPECT
• La linea di volo dei fotoni è
determinata dalla coincidenza di due
rivelatori (collimazione elettronica)
Misura più precisa della direzione
dei fotoni rispetto alla SPECT
Rivelatore 2
L’attenuazione dei fotoni non
dipende dalla posizione x del
radioisotopo
L’assenza di collimatori permette
maggiore efficienza (frazione di
decadimenti rivelati) e quindi minore
esposizione alle radiazioni e misure
più veloci
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Scelta del radiofarmaco
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Criteri di scelta




Tempo di dimezzamento
Modalita’ di decadimento
Energia delle emissioni associate
Trasformazione in un nuclide stabile





Alta attivita’ specifica
Alta purezza radionuclidica
Selettivita’ rispetto all’organo di interesse
Tempo di diffusione
Danno da radiazione
 Pronta disponibilita’
 Basso costo di produzione
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Radiafarmaci in diagnostica
 Tempo di dimezzamento
deve essere compatibile con la durata del fenomeno biologico o fisiologico
interessato:
- valutazione polmonare  T1/2 ~ s (81mKr, T1/2 = 13 s)
- captazione tiroidea  T1/2 ~ qualche ora (123I, T1/2 = 13 h)
- analisi di funzionalita’ cardiaca  T1/2 ~ qualche minuto (ammoniaca
marcata con 13N, T1/2 ~ 10 m)
 Modalita’ di decadimento
indicati radioisotopi che decadono senza emettere particelle cariche, per
ridurre la dose rilasciata; l’emissione associata preferibile e’ l’emissione γ di
alta intensita’, poco convertita internamente, possibilmente singola
 Energia delle emissioni associate
tra 100 e 300 KeV per sfruttare le piu’ alte efficienze di rivelazione che si
ottengono in questo intervallo energetico
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123
99
81
( I, 159 KeV, 83%; mTc, 140 KeV, 90%; mKr, 190 KeV, 65%)
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Radiofarmaci in diagnostica
Il radioisotopo più comunemente usato è
99Tcm
assenza di decadimenti β, prodotto facilmente
Con il
123I
99Tcm
Si lega facilmente a proteine e farmaci (ma prodotto con ciclotroni)
67Ga, 111In
201Tl
si marcano molti radiofarmaci
Possibilità di legarsi ad anticorpi
67Ga usato per localizzare tumori
Usato per analisi del muscolo cardiaco
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Radiafarmaci in diagnostica
β+ emettitori
Isotopi di bio-elementi!
Non esistono isotopi
dell’idrogeno emittenti
positroni ma il 18F puo’
esserne un sostituto
Per mezzo di immagini della distribuzione dei traccianti sono possibili
valutazioni non invasive di svariati processi metabolici, di
neurotrasmissione e di binding recettoriale, cosi’ come misure di
processi fisiologici come il flusso sanguigno e studi selettivi e non
invasivi della distribuzione regionale e della cinetica di svariati
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processi biochimici.
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Radiofarmaci in terapia
 Tempo di dimezzamento
piu’ lungo rispetto alla diagnostica, dell’ordine dei giorni
(89Sr, T1/2 = 50d; 131I, T1/2 = 8d)
 Modalita’ di decadimento
per particella carica, di idonea energia per il rilascio locale di dose
(89Sr, 99.9% β)
 Energia delle emissioni associate
l’emissione elettromagnetica associata dovrebbe essere possibilmente
assente per ridurre la dose ai tessuti circostanti e al personale
(89Sr, no γ)
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Fisica nella medicina nucleare
terapeutica
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Terapie con irraggiamento interno
Somministrazione di radiofarmaci (diffusibili o non diffusibili)
a scopo curativo o palliativo.
Si possono sfruttare la proprieta’ di alcuni tessuti di metabolizzare
particolari elementi per far si che isotopi radioattivi di tali elementi
si concentrino in modo selettivo nella zona da trattare.
Radioterapia metabolica:
Brachiterapia
• Impianto di semi radioattivi (ad es. per tumore della prostata)
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Radioterapia metabolica
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Ruolo della dosimetria nelle terapie
con radionuclidi
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Parametri biologici
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Parametri biologici:
clearance del sangue
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Parametri biologici:
eliminazione della radioattivita’
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Nella camera a ionizzazione si
misurano le cariche elettriche
prodotte dalla ionizzazione del gas di
riempimento e raccolte dagli
elettrodi, tra i quali e’ stabilita una
opportuna differenza di potenziale.
Nel tubo Geiger Mueller il passaggio
di radiazione corpuscolare o gamma
viene rivelato dalla variazione di
potenziale sull’elettrodo positivo.
Tale contatore non distingue i vari
tipi di variazione e energia e
possiede un tempo morto durante il
quale non e’ grado di percepire
alcuna radiazione.
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Esercizio 12: valutare il volume di sangue di un paziente in cui
sono stati somministrati 5 cc di albumina marcata con 131I
avente una frequenza di conteggi (emissioni rivelate da un
contatore di radiazione) di 105 conteggi al secondo. La
frequenza di conteggio misurata 15 minuti dopo da un campione
di 5 cc di sangue e’ stata di 102 conteggi al secondo.
Esercizio 13: il 59Fe viene somministrato ai pazienti per
diagnosticare le anomalie del sangue. Determinare il tempo di
dimezzamento effettivo, essendo il periodo di dimezzamento
del radionuclide di 46.3 giorni e il periodo di dimezzamento
biologico di 65 giorni.
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Esercizio 14: tessuti viventi esposti a 20000 rad sono
completamente distrutti. Valutare l’aumento di temperatura nei
tessuti causato da questa dose assorbita in assenza di
dispersione di calore.
Esercizio 15: che potenza libera una sorgente di 1 Ci che emetta
particelle di energia media pari a 1 MeV?
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Fondamenti di radioprotezione
in un reparto di medicina nucleare
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Esposizione

Il rischio legato all’impiego di sostanze radioattive non sigillate e’
dovuto sostanzialmente all’esposizione esterna
 dosimetri individuali portati al petto
 dosimetri portati al dito o al polso
N.B.: impiego terapeutico di radiofarmaci piu’ rischioso per i tempi
di dimezzamento piu’ lunghi

Il rischio di contaminazione interna e’ minimo a patto di rispettare
regole basilari
- progettazione strutture (es. impianto ventilazione)
- modalita’ operative e pulizia periodica
Un discorso a parte va fatto per lo 131I per le le caratteristiche di
volatilita’ del farmaco  misure di contaminazione delle urine e
dell’attivita’ presente in tiroide

2-5 μSv-persona per esame  3-4 mSv/anno per operatore
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Categorie di rischio
Dal punto di vista radioprotezionistico le strutture in cui vengono
svolte attivita’ medico nucleari in vivo rientrano nella categoria a
medio rischio, a meno di rilevanti attivita’ a base di 131I per le
quali gli ambienti possono sconfinare nella categoria ad alto
rischio.
Categoria di rischio
basso
medio
alto
pavimento
lavabile
impermebile
facilmente
lavabile
senza soluzione di
continuita’ e
saldato alle pareti
superfici
lavabili
lavabili
lavabili
cappa (nei
laboratori)
no
si
si
ventilazione
normale
buona
estrazione forzata
dotazioni di
primo
intervento
mezzi per il
lavaggio
mezzi per il lavaggio e la
decontaminazione
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Caratteristiche strutturali per
attivita’ diagnostiche

Zona non controllata:
- accettazione pazienti
- sala attesa pazienti non portatori radioattivita’ e accompagnatori
- studi medici
- servizi igienici per il personale e per i pazienti non portatori di radioattivita’
- archivio, deposito materiale,…

Zona controllata (accessibile a pazienti e personale del reparto)
- sala somministrazione radiofarmaci
- sala attesa pazienti portatori di radioattivita’ barellati e non
- sale diagnostiche
- servizi igienici per i pazienti portatori di radioattivita’

Zona controllata (accessibile solo al personale del reparto)
- locali di deposito e manipolazione delle sostanze radioattive (camera calda)
- laboratorio di radiochimica
- locale per decontaminazione e lavaggio materiale laboratorio
- spogliatoi e relativa zona filtro tra l’area controllata e l’area fredda per
l’eventuale decontaminazione del personale
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Percorsi dei pazienti e del personale
 Percorsi dei pazienti tali da evitare il ritorno dei pazienti
portatori di radioattivita’ verso l’ingresso del reparto
 Spogliatoi per il personale dove possano essere tenuti abiti da
lavoro e di ricambio in caso di contaminazione
 Accesso alla zona calda direttamente dallo spogliatoio freddo,
uscita dalla zona calda attraverso locale filtro
- punto controllato per la verifica della contaminazione delle
mani, dei piedi, degli abiti (monitor mani-piedi-vesti)
- lavabo per il lavaggio delle mani e per piccole
decontaminazioni
- doccia di decontaminazione
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Locale di deposito e manipolazione
delle sostanze radioattive (camera calda)









Opportune schermature
Sostanze conservate nei contenitori originali di trasporto
Rateo di dose in aria non deve superare i 100 μGy/h a 5 cm dalla
parete esterna dei contenitori e non deve superare i 5 μGy/h
in ogni zona del locale
Celle di manipolazioni con pannelli, schermati in Pb, in parte scorrevoli,
con visori di vetro piombifero per il contenimento delle sorgenti
radioattive
Telemanipolatori e pinze
Superfici di lavoro non porose e lavabili (acciaio inossidabile)
Rubinetti azionabili senza far uso delle mani
Sistema di ventilazione: aria dall’area a minore attivita’ a quella a
maggiore attivita’ ; locale in depressione rispetto agli ambienti
circostanti
Pavimenti lavabili, facilmente decontaminabili e senza soluzione di
continuita’ con le pareti:
- pareti ricoperte da vernici lavabili
- pavimento ricoperto di fogli di materiale plastico con risvolto alle
pareti per circa 20 cm
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In particolare lavorando con
131I
Impiegare capsule o in ogni caso soluzioni non volatili
Operare sotto cappa
Evitare l’esposizione all’aria del materiale radioattivo
Ridurre al minimo il tempo di permanenza nelle camere di
degenza
 Usare materiale a perdere
 Far indossare eventualmente maschere protettive ai pazienti




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Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V
Sale di diagnostica
 Pareti in mattone pieno
 Nelle installazioni PET possono essere necessarie schermature
dell’ordine di 10-25 cm di calcestruzzo o 6-12 cm di piombo
 Operatori protetti da una barriera, 2 mm Pb equivalente nel caso
di 99mTc
 Nel caso di apparecchiature diagnostiche mobili locale dedicato
all’esecuzione dell’esame:
- deposito schermato temporaneo
- locale a scarico contenuto
- spogliatoi con zona filtro
- schermature fisse se necessarie
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Rifiuti radioattivi
 Zone di deposito dei rifiuti radioattivi solidi e vasche di raccolta,
controllo e smaltimento degli effluenti liquidi radioattivi
 Predisposizione di contropendenze del pavimento rispetto alla
zona di ingresso/uscita o altri sistemi atti a impedire la
dispersione di liquidi contaminati all’esterno
 Predisposizione di contropendenze per la veicolazione di liquidi
radiocontaminati verso una pila di scarico
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Esercizio 16: una sorgente di 60Co da 3 kCi e’ immersa in un
contenitore di piombo (densita’ 11.34 g/cm3). Determinare quale
spessore devono avere le pareti affinche’ la dose esterna,
assorbita da un operatore, non superi 50mrem/ora ad 1 m di
distanza.
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Fisica delle Macchine per Medicina Nucleare, lez. V
Testi consigliati
 “Medicina nucleare nella pratica clinica”
Patron Editore, Bologna
 “La fisica in medicina nucleare”
Patron Editore, Bologna
 “Borsa Scannicchio, Fisica con applicazioni in biologia e medicina”
Edizioni Unicopli
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