sorgente

raggi-Xradiologica

Principi basilari delle immagini radiologiche

Fascio esterno di raggiFascio esterno di raggi--x attenuati dalle diverse x attenuati dalle diverse strutture in base alla loro diversa densitstrutture in base alla loro diversa densitàà

immagine

Principi basilari delle immagini medico-nucleari

Il Il radiofarmacoradiofarmaco si accumula nei diversi organi si accumula nei diversi organi in base a processi biochimici specifici per in base a processi biochimici specifici per ogni organo; il paziente diventa cosogni organo; il paziente diventa cosìì la fonte di la fonte di radiazione rilevata dallradiazione rilevata dall’’esterno mediante esterno mediante idonea strumentazione (gammaidonea strumentazione (gamma--camera o PET)camera o PET)

immagine medico-nucleare

tracciante

Lo spettro elettromagnetico

••Le onde elettromagnetiche sono la manifestazione di un unico fenLe onde elettromagnetiche sono la manifestazione di un unico fenomeno omeno fisico: un campo elettrico (E) ed un campo magnetico (H) oscillafisico: un campo elettrico (E) ed un campo magnetico (H) oscillano sfasati no sfasati di 90di 90°° su due piani perpendicolari alla direzione di propagazione e frsu due piani perpendicolari alla direzione di propagazione e fra loro.a loro.

••La divisione dello spettro in varie regioni La divisione dello spettro in varie regioni èè una convenzione.una convenzione.••Nello spettro ad alte frequenze, i raggi X derivano da transizioNello spettro ad alte frequenze, i raggi X derivano da transizioni fra stati ni fra stati della nube elettronica dell'atomo, i raggi della nube elettronica dell'atomo, i raggi γγ da transizioni fra stati energetici da transizioni fra stati energetici del nucleo.del nucleo.

La radioattivitàGli elementi stabili in natura sono caratterizzati da nuclei atomici con un egual numero di neutroni e protoni.

Aumentando progressivamente il numero atomico Z, l'atomo rimane stabile quando ogni protone è accoppiato nel nucleo a più neutroni.

Gli atomi con numero atomico medio-alto(Z>40) presentano comunque un’instabilitànucleare; il sistema può allora tendere ad una configurazione stabile emettendo energia, sotto forma di fotoni, X o γ, o di materia, come particelle α, β-, β+, o frammenti di nucleo (frammenti di fissione).

L'insieme di tali emissioni di stabilizzazione costituisce il fenomeno della radioattività.

La legge del decadimento radioattivo

La radioattività di una popolazione di atomi instabili è regolata dalla legge del decadimento esponenziale:

N = N0·e-λt

dove N0 e N rappresentano il numero di nuclei al tempo di riferimento (t = 0) e all’istante t (t > 0), rispettivamente, mentre λ è la costante di decadimento del radioisotopo. Il numero di disintegrazioni al secondo è l’attività A della sorgente ed è data da:

A = -λ·N = dN / dt

Il tempo necessario a dimezzare il numero iniziale di nuclei radioattivi è detto tempo di dimezzamento o emivita, si indica con T½ ed è dato da

T½ = λ-1·ln2= λ-1·0,693

Il decadimento radioattivo segue una legge esponenziale (o di Il decadimento radioattivo segue una legge esponenziale (o di primo ordine): significa che in intervalli di tempo uguali non primo ordine): significa che in intervalli di tempo uguali non decade lo stesso numero di atomi radioattivi, bensdecade lo stesso numero di atomi radioattivi, bensìì la stessa la stessa frazione del numero di atomi radioattivi presenti.frazione del numero di atomi radioattivi presenti.

N = N0·e-λt

Il decadimento gammaIl decadimento gamma

LL’’emissione emissione γγ si ha quando un nucleo compie una transizione fra livelli si ha quando un nucleo compie una transizione fra livelli energetici: tra due livelli eccitati di energia oppure tra un lienergetici: tra due livelli eccitati di energia oppure tra un livello eccitato vello eccitato e quello fondamentale.e quello fondamentale.

Pertanto, il decadimento Pertanto, il decadimento γγ avviene in seguito a precedenti fenomeni avviene in seguito a precedenti fenomeni radioattivi (decadimento radioattivi (decadimento αα, , ββ, fissioni) che producono un nucleo figlio , fissioni) che producono un nucleo figlio in uno stato eccitato.in uno stato eccitato.

Z = numero di protoni (numero atomico)N = numero di neutroniA = numero di nucleoni (Z + N)

[numero di massa]

I-MdC

0,50 Mol

0,15 Mol

Gd-EDTA

µMol (effetto BOLD)

tracciante

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nanoMol-

picoMol

NaNa/K/K((201201Tl)Tl)

recrec. ormoni . ormoni steroideisteroidei(*I(*I--Estr./Estr./ProgProg.).)

recettorirecettoritransferrinatransferrina

((6767Ga)Ga)

substrati energeticisubstrati energetici(*I(*I--Ac. grassi)Ac. grassi)

precursoriprecursorimetabolicimetabolici

((*I*I; *I; *I--Colest.)Colest.)

recrec. fattori crescita. fattori crescita((111111InIn--Octreotide)Octreotide)

TAATAA(*R(*R--MoAb)MoAb)

““farmacifarmaci””((99m99mTcTc--MIBI)MIBI)

recrec. . peptidipeptidi diversidiversi((123123I/I/99m99mTcTc--VIP . . .)VIP . . .)

mediatorimediatori(*I(*I--MIBG)MIBG)

recrec. ormoni. ormonisteroideisteroidei

((1818FF--Estr./Estr./ProgProg.).)

substrati energeticisubstrati energetici([([1818F]FDG; [F]FDG; [1111C]C]AcAc. grassi). grassi)

precursoriprecursorimetabolicimetabolici

([([1111C]Col./C]Col./MetMet.).)

TAATAA((124124II--MoAb)MoAb)

farmacifarmaci([([1818F]5FU; [F]5FU; [1111C]BCNU;C]BCNU;

64m64mCuCu--MIBI)MIBI)

precursoriprecursorimetabolicimetabolici

([([1111C]Aden./C]Aden./TimTim.).)

NaNa/K/K

recettorirecettoritransferrinatransferrina

recrec. fattori. fattoricrescitacrescita

GLUT I e GLUT III

KK33

KK44

EsochinasiEsochinasi

GlucosioGlucosio--66--fosfatasifosfatasi

1818FDGFDG--11--PP

GlicogenoGlicogeno

1818FF--frufru--66--PP

GlicolisiGlicolisi

1818FDGFDG--66--fosfofosfo--

gluconoglucono--lattonelattone

ShuntShuntHMPHMP

1818FDGFDG

sangue

KK11

KK22

1818FDGFDG 1818FDGFDG--6P6P

CaptazioneCaptazione e e ritenzioneritenzione di FDGdi FDG

Radioisotopi più utilizzati in Medicina Nucleare diagnostica

____________________________________________

Fotone singolo (γ) Positrone (e+)______________________________________

TecnezioTecnezio--99m (99m (99m99mTc)Tc) FluoroFluoro--18 (18 (1818F)F)IodioIodio--123 (123 (123123I)I) AzotoAzoto--13 (13 (1313N)N)IodioIodio--131 (131 (131131I)I) CarbonioCarbonio--11 (11 (1111C)C)TallioTallio--201 (201 (201201Tl)Tl) OssigenoOssigeno--15 (15 (1515O)O)IndioIndio--111 (111 (111111In)In) IodioIodio--124 (124 (124124I)I)GallioGallio--67 (67 (6767Ga)Ga) GallioGallio--68 (68 (6868Ga)Ga)_______________________________________

Radioisotopi utilizzabili in Medicina Nucleare con intenti terapeutici

____________________________________________

Particelle β (e-) Particelle αIodioIodio--131 (131 (131131I)I) --IttrioIttrio--90 (90 (9090Y)Y) --StronzioStronzio--89 (89 (8989St)St) --SamarioSamario--153 (153 (153153Sm)Sm)RenioRenio--189 (189 (189189Re)Re)LutezioLutezio--177 (177 (177177Lu)Lu)IodioIodio--123 (123 (123123I) [I) [AugerAuger]]IndioIndio--111 (111 (111111In) [In) [AugerAuger]]Fosforo-32 (32P)Oro-198 (198Au)_______________________________________

Emissione beta(606 keV)

Emissione alfa(5,87 MeV)

Effetto Effetto radiobiologicoradiobiologico potentepotente(localizzazione (localizzazione intranucleareintranucleare))

Effetto Effetto radiobiologicoradiobiologicopressochpressochéé assenteassente

(legame di membrana)(legame di membrana)

Effetto Effetto radiobiologicoradiobiologico modestomodesto(localizzazione (localizzazione mitocondrialemitocondriale))

Emissione di elettroni Auger

Elemento base di rivelazione(cristallo e tubo fotomoltiplicatore)

Differenza di poten-ziale complessiva fra primo e ultimo dinodo: 900-1000 V.

Fattore di moltipli-cazione degli e-: ~109

131I-Ioduro

La gamma-camera

Schema base del sistema di posizionamento della interazione fotone gamma/cristallo

Geometria base dei collimatori per gamma-amera

A fori paralleliA fori paralleli ““PinPin--holehole””

Tomografia ComputerizzataRx planare TC

Images courtesy of Robert McGee, Ford Motor Company

Separa gli oggetti su piani DifferentiSepara gli oggetti su piani Differenti

TomografiaTomografia ComputerizzataComputerizzata

OggettoOggettobidimensionalebidimensionale

proiezioneproiezioneverticaleverticale monomono--dimensionaledimensionale

proiezioneproiezioneorizzontaleorizzontale monomono--dimensionaledimensionale

Misurando tutte le proiezioni mono-dimensionali di un oggetto bi-dimensionale, è possibile ricostruire l’oggettoMisurando tutte le proiezioni mono-dimensionali di un

oggetto bi-dimensionale, è possibile ricostruire l’oggetto

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99mTc-ECD 123I-FP-CIT

e+ + e- =180º

511keV gamma

511keV gamma

ANNICHILAZIONE DEL POSITRONE

e+

P N + e+ + n + energy

Emissione del Positrone Annichilazione del Positrone

RIVELAZIONE IN COINCIDENZA

CFD CFDAND

Due eventi definiscono una coincidenza se vengono rivelati da due cristalli opposti entro un intervallo di tempo non superiore

alla finestra temporale di coincidenza.

EVENTI DI COINCIDENZA IN PETIn PET il rumore è generato da due componenti: La radiazione Diffusa e le Coincidenze casuali. La radiazione diffusa deriva da una coppia di fotoni in cui uno dei due è stato deviato per urto rispetto alla direzione originale. Le concidenze casuali sono coppie di fotoni rivelate in coincidenza ma in realtàrelative a due eventi di annichilazione distinti.

IL TOMOGRAFO PET

IL SISTEMA DI RIVELAZIONE PET

• Blocco di cristalli di ridotte dimensioni collegato ad un sistema di fotomoltiplicatori per la localizzazione dell’evento di coincidenza

• Risposta isotropa

• Ottima risoluzione spaziale