OIEA Material de Entrenamiento en Protección Radiológica en Medicina Nuclear
PROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN
MEDICINA NUCLEAR
Parte 0
Introducción a la Medicina
Nuclear
IAEA
International Atomic Energy Agency
Medicina nuclear
Diagnóstico y terapia
con fuentes no selladas
Problema clínico
Instrumentación
Radiofármacos
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
2
Radiofármacos
Radionucleido Fármaco
+ coloide
Órgano
Hígado
Parámetro
RES (sistema retículo
endotelial)
Tc-99m
+ MAA
Pulmón
(macroagregados
de albumina)
Perfusión
regional
+ DTPA
Riñones
(Dietilen diamino
pentaacetico)
Función
Renal
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
3
Historia - radionucleido
1896
1898
1911
1913
1930
1932
1934
1938
1942
1946
1962
Radioactividad natural
Radio
Núcleo atómico
Modelo del átomo
Ciclotrón
Neutrón
Radionucleido artificial
Producción e identificación de I-131
Reactor nuclear
Radionucleido disponible en comercios
Tc-99m en medicina nuclear
Becquerel
Curie
Rutherford
Bohr
Lawrence
Chadwick
Joliot-Curie
Fermi et al
Fermi et al
Harwell
Harper
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
4
Pioneros
Henri Becquerel
Ernest Rutherford
Marie Curie
Frederique Joliot & Irene Curie
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
5
Metodos terapeuticos actuales
Radiofármacos
Para el tratamiento de
Vía de
administración
Máxima
actividad
I-131 yodo
Tirotoxicosis
Oral
1 GBq
I-131 yodo
Carcinoma de tiroide
Oral
20 GBq
131I-
Malignidad
IV
10 GBq
P-32 fosfato
Policitemia vera
IV u oral
200 MBq
Sr-89 cloruro
Metástasis óseas
IV
150 MBq
Y-90 coloide
Condiciones artríticas
intra-articular
250 MBq
Efusión maligna
Intra-cavitario
5 GBq
Er-169 coloide
Condiciones artríticas
Intra-articular
50 MBq
Re-186 coloide
Condiciones artríticas
Intra-articular
150 MBq
MIBG
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
6
Historia - terapia
1936
Uso terapéutico del Na-24 (Leucemia)
Hamilton et al
1936
Uso terapéutico del P-32 (Leucemia y
policitemia vera)
Lawrence
1941
Uso terapéutico del iodo en hipertiroidismo
Hertz et al
1942
Uso terapéutico del iodo para tratamiento de
metástasis por cáncer de tiroides
1945
Uso terapéutico del Au-198 en el tratamiento
de efusión maligna
Muller
1958
Tratamiento de metástasis óseas con P-32
Maxfield
1963
Radiosinovectomía médica usando Au-198
Ansell
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
7
Terapia con I-131
La dosis absorbida a administrar (actividad) debería estar
determinada por la medida de la captación, la vida media
efectiva del radio-fármaco y el tamaño de la tiroides.
El radiofármaco es administrado generalmente por vía oral:
Hipertiroidismo
Curado luego de
Hipotiroidismo
3-4 meses
1 año
post <7
años
post >7
años
85%
98%
14.8%
27.9%
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
8
Radiosinovectomia
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
9
Terapia paliativa del dolor
A
nt
er
io
r
P
o
st
er
io
r
Inyección intravenosa de
un radiofármaco, por
ejemplo:
Sr-89 o Sm-153
Gammagrafía ósea de cuerpo completo de un
paciente previo a tratamiento
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
10
Terapia de frecuencia annual
(Suecia 1995)
Número de pacientes cada 1000 habitantes
Tiroides (tumores e hipertiroidismo)
Policitemia vera
Otros tumores
Otros
Total
0.39
0.034
0.003
0.001
0.428
Alrededor del 3% de la medicina nuclear
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
11
Metodos de diagnostico actuales
• Por imágenes - Hueso, cerebro, pulmones, tiroides, riñones,
hígado/bazo, cardiovascular, estómago/ tracto GI, tumores,
abscesos ….
• Sin imágenes (sondas) - Absorción de la tiroides, renografía,
función cardíaca, reabsorción de ácido biliar...
• Estudios de laboratorio - GFR (filtrado glomerular), ERPF,
volumen de glóbulos rojos/supervivencia, estudios de absorción
(B12, hierro, grasa),volumen de sangre, intercambio de electrolitos,
agua corporal, metabolismo óseo..
• Radio-inmuno análisis (RIA)
• Cirugía radio-guiada
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
12
Diagnostico de frecuencia anual
(Suecia, 1998)
Frecuencia(%)
35
30
25
20
15
10
5
So
nd
a
La
bo
ra
to
ri o
Ce
re
br
o
Ti
ro
id
e
Ca
rd
io
Ri
ñó
n
Pu
lm
ón
Hu
es
o
0
15 exámenes/1000 Habitantes
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
13
Cuidado de la salud – Nivel 1
PAIS
1970-79
1980-84
Argentina
Australia
3.8
Austria
18.0
8.9
Bélgica
1985-90
8.3
Luxemburgo
23.5
Holanda
11.6
Nueva Zelanda
5.6
Noruega
3.9
12.6
Rumania
18.3
22.9
Suecia
9.8
Dinamarca
14.0
14.2
13.4
Suiza
44.9
Finlandia
12.6
17.7
31.1
Italia
6.0
Japón
7.3
7.5
9.3
3.0
13.6
Alemania
1985-90
13.1
Rep. Checa
Francia
1980-84
Kuwait
13.0
Canadá
1970-79
11.5
36.8
Bulgaria
PAIS
3.5
12.6
URSS
3.9
6.8
9.0
6.9
Reino Unido
39.7
39.8
Estados Unidos
25.7
7.3
Yugoslavia
6.1
8.3
PROMEDIO
11
6.9
16
Total annual de exámenes de medicina nuclear cada 1000 hab. (UNSCEAR)
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
14
Cuidado de la
- salud – Nivel II
País
1970-79
Barbados
Brasil
China
Cuba
0.8
Ecuador
0.5
India
1980-84
0.1
1985-90
País
1970-79
1.0
Irak
1.7
Jamaica
2.8
0.6
Perú
Tunes
0.8
Turquía
0.2
Promedio
0.9
1980-84
1985-90
1.2
2.0
0.2
1.0
2.5
0.1
0.5
Cuidado de la salud – Nivel III
País
1970-79
Egipto
0.07
Myanmar
0.54
1980-84
0.21
0.36
1985-90
País
1970-79
0.48
Sudán
0.12
0.11
Tailandia
0.25
Promedio
0.25
1980-84
0.28
0.18
0.25
1985-90
0.28
0.26
0.30
Cuidado de la salud – Nivel IV
País
Etiopía
1970-79
1980-84
0.014
1985-90
0.10
1970-79
Promedio
1980-84
1985-90
0.014
0.10
Total anual de exámenes de medicina nuclear
cada 1000 hab. (UNSCEAR)
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
15
Historia - diagnosticos
1927
Estudios del flujo sanguíneo (Bi-214)
Blumgart-Weiss
1935
Metabolismo óseo (P-32)
Chiewitz, de Hevesy
1939
Estudios de tiroides (I-131)
Hamilton et al
1948
Radio cardiografía (Na-24)
Prinzmetal et al
1956
Renografía (I-131)
Taplin, Winter
1957
Escaneo de hígado (198Au-coloide)
Friedell et al
1961
Escaneo óseo (Sr-85)
Fleming et al
1962
Miocardio (Rb-86, Cs-131)
Carr et al
1964
Escaneo de pulmón
Taplin et al
1965
Escaneo cerebral (99mTc-pertecnectato)
Bollinger et al
1971
Escaneo óseo (99mTc-complejo)
Subramanian et al
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
16
George de Hevesy 1885-1966
de Hevesy G & Paneth F.
La solubilidad del sulfuro de plomo
y del cromato de plumo
Z. Anorg Chem 82, 323, 1913.
de Hevesy G. III.
La absorción y translocación de
plomo por plantas.
Biochem J, 17, 439, 1923.
Chiewitz O. & de Hevesy G.
Indicadores de radioactividad en el
estudio de metabolismo fosfórico
en ratas.
Nature 136, 754, 1935.
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
17
Metabolismo mineral
Porcentaje
Göran C. H. Bauer
Arvid Carlsson
Bertil Lindquist
Heces
METABOLISMO MINERAL
(1961)
Excreción
Fluidos corporales
Mineral intercambiable
...los estudios óseos por técnicas
de isótopo han logrado, más allá
de la fase metodológica, dar
información inmediata de
importancia fisiológica y clínica.
Mineral óseo
Mineral no-intercambiable
Tiempo tras la inyección de Ca-47 (días)
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
18
Estudio oseo
Sonda simple
Escáner rectilíneo
Cámara gamma
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
19
Instrumentación en medicina nuclear
• Calibradores de actividad
• Contadores de muestras
• Sistema de sonda simple o múltiple
• Cámara gamma
• Tomógrafo Computarizado por
Emisión Simple de Fotones (SPECT)
• Tomógrafo por Emisión de Positrones
(PET)
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
20
Aclaramiento renal (muestras de plasma)
51Cr-EDTA,
300 kBq
Muestras de plasma a los 180-240 min
1000.0
El aclaramiento (Cl) es calculado:
cpm/ml
100.0
10.0

Cl = A /
C
p
(t) * dt
1.0
0
0
100
200
Tiempo
Time (min)
(min)
300
A - actividad inyectada
Cp - concentración de actividad en el plasma
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
21
Medición de la captación tiroidea
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
22
Historia - instrumentos
1908
Centelleo visual (ZnS)
Crookes
1927
Contador Geiger
Geiger
1944
Detector de centelleo (ZnS+PM)
Curran
1948
Cristal de ioduro de sodio
Hofstadter
1950
Escáner
Cassen
1957
Cámara gamma
Anger
1963
Tomógrafo
Kuhl
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
23
Pioneros
B. Cassen
H.O. Anger
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
24
¿Cámara gamma?
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
25
Cámara gamma
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
26
Imágenes de medicina nuclear
• Las imágenes de medicina
nuclear detectan propiedades
funcionales (vs. anatómicas) del
tejido humano
• Las imágenes se obtienen
detectando la distribución de los
diferentes radiofármacos dentro
del cuerpo con una cámara
gamma
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
27
Gammagrafía ósea
• La absorción ósea de 99mTc-MDP refleja el metabolismo óseo
y el flujo sanguíneo, y permite un análisis funcional de la
matriz mineral ósea.
• La capacidad para obtener imágenes de alteraciones en el
metabolismo óseo permite detectar lesiones como:
–
–
–
Metástasis óseas
Tumores óseos benignos o malignos
Trauma óseo
• Un proceso de adquisición de tres fases es necesario para
detectar osteomielitis
• El estudio óseo también permite el seguimiento de otras
patologías óseas, tales como la enfermedad de Paget
• Inyección intravenosa de 400-600 MBq 99mTc-MDP.
Obtención de imágenes 3hs después de la inyección
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
28
Gammagrafia ósea
A
N
T
E
R
I
O
R
P
O
S
T
E
R
I
O
R
Normal
A
N
T
E
R
I
O
R
P
O
S
T
E
R
I
O
R
Patológica
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
29
Gammagrafia pulmonar
Una embolización proporcionalmente esparcida
el lecho capilar pulmonar proporciona una imagen
que refleja la perfusión sanguínea del pulmón (99mTc-MAA). Esta
imagen refuerza el diagnóstico de embolia pulmonar.
Con la inyecciòn intravenosa de 100 MBq 99mTc-MAA el estudio
es inmediato.
Los estudios de ventilación (99mTc-aerosoles) reflejan la
ventilación regional y segmental. La interpretación del estudio se
realiza en conjunto con los hallazgos de perfusión, permitiendo
los diagnósticos diferenciales de embolia pulmonar.
Con la Inhalación de aerosoles de100 MBq Tc-99m el estudio es
inmediato.
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
30
Gammagrafia pulmonar
Perfusión
Ventilación
Perfusión
Ventilación
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
31
Gammagrafia de tiroides
La Gammagrafía de tiroides (I-123, I-131 o
99mTc-pertecnectato) ofrece información
estructural y funcional, a partir de la imagen de la tiroides y
el cálculo de la captación, el volumen del órgano, etc. Los
estudios de SPECT con pinhole ofrecen una resolución de
contraste superior a la imagen planar, incrementando la
detección y evaluación de nódulos tiroideos.
Inyección intravenosa de 100 MBq 99mTc-pertecnectato. La
imagen se obtiene a los 15 minutos post-inyección.
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
32
Gammagrafia de tiroides
Imagen planar con pinhole
Imagen SPECT con pinhole
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
33
Flujo sanguineo cerebral
•
(hexametil propilena –
mino oxima) o un compuesto similar es
retenido en el cerebro en proporción al flujo sanguíneo
cerebral en cada región.
• Se localiza predominantemente en la materia gris y no
muestra redistribución.
• Facilita la detección de demencias cerebrales como
Alzheimer, localización de focos epilépticos, problemas
cerebro-vasculares como: isquemia cerebral, trauma y
muerte cerebral. Inyección intravenosa de 800 MBq
99mTc-HMPAO. La tomografía se obtiene después de 30
minutos post-administración.
99mTc-HMPAO
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
34
Flujo sanguineo cerebral
Normal
Enfermedad de
Alzheimer
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
35
Función renal
• Determinación del aclaramiento renal con
51Cr-EDTA
o 99mTc-DTPA.
• La gammagrafía renal dinámica refleja la perfusión
sanguínea de los riñones, la absorción y excreción. La
adquisición se realiza con un seriado de imágenes en el
tiempo. Obtenemos un renograma cuantificado a través de
la creación de regiones de interés (ROI) que brindan la tasa
de cuentas de cada una, en cada imagen. Radiofármacos
como 99mTc-MAG3, 99mTc-DTPA y 123I-Hippuran son usados
para evaluar el aclaramiento y la función renal.
• La gammagrafía renal estática permite
visualizar el parénquima renal y la evaluación
funcional, utiliza el 99mTc-DMSA.
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
36
Función renal (99mTc-DTPA)
Riñón Derecho
Rinón Izquierdo
Renograma 99mTc- MAG3
minutos
Es ideal marcar la región de interés de fondo (ROI de fondo)
de manera tal de excluir las arterias y la región calicial.
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
37
Función renal (99mTc-DMSA)
Derecho
Derecho
Desviación estándard
Izquierdo
Derecho
Izquierdo
Derecho
Eje Largo (mm)
Eje corto (mm)
Dist. Max. (mm)
Area (cm2)
Conteos Riñón
Conteos Fondo Renal
Fondo/Riñon %
Función Renal Relativa %
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
38
Estudios de primer paso
• Inyección en bolo intravenoso de alta actividad (400-800
MBq) de un trazador tecneciado Tc-99m, seguida por una
adquisición corta (4-20 imágenes por segundo durante 1
minuto), muestra la función miocárdica eliminando la
desviación por actividad de fondo.
• Los procedimientos de primer paso permiten:
– Imágenes del movimiento de la pared miocárdica
– Cálculo de fracciones de eyección del VI y VD
– Detección de cortocircuitos intra-cardiacos
izquierda-derecha
– Cálculo del gasto cardíaco
– Cálculo del volumen ventricular
– Cálculo de tiempos de tránsito
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
39
Cuantificación de cortocircuitos
ROI de bolo
radiactivo
ROI Pulmón derecho
Curva pulmón derecho
Ajuste 1era Circulación
Ajuste de la 2da Circulación
tiempo
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
40
Ventriculografia radioisotopica
• El marcaje de los glóbulos rojos con Tc-99m, seguida de una
adquisición seriada de imágenes sincronizada al
electrocardiograma, permite la cuantificación del volumen de
sangre a eyectar del VI y VD, a través del registro de los cambios
periódicos que se producen en la tasa de cuentas del volumen
sanguíneo durante el ciclo cardiaco. El análisis del movimiento
de la pared ventricular, los volúmenes de sístole/diástole y la
fracción de eyección, tienen aplicaciones para una evaluación de
la Enfermedad Coronaria (CAD), estratificación del riesgo y
monitoreo de la cardiotoxicidad en tratamientos de quimioterapia.
• Inyección intravenosa de 600-800 MBq de Tc-99m (20 minutos
después de la administración de Pirofostato de Estaño),
imágenes después de 10-15 minutos.
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
41
Ventriculografia radioisotopica ecg
Diástole
Sístole
FEVI(%)=61%
Filtrado espacial y temporal, imagen normalizada
Curva de Cuentas/tiempo en el
VI (latido cardiaco promedio)
Imagen de Fase
Imagen de Amplitud
Fracción de Eyección Local y
Movimiento Regional de la
Pared del VI
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
42
Perfusión miocardica
• La acumulación de Tl-201 en el miocardio depende del
flujo sanguíneo y del metabolismo celular, por lo tanto,
refleja la perfusión regional y la viabilidad del músculo
cardíaco.
• La evaluación de un paciente con sospecha o
confimación de enfermedad coronaria se basa en la
interpretación de imágenes y/o análisis cuantitativo de la
reconstrucción de los cortes tomográficos, que también
brindan información sobre la perfusión regional del
miocardio.
• El examen es realizado en condiciones de máximo
esfuerzo y de reposo (después de 4 horas al esfuerzo y
denominada imágenes de redistribución).
• Actividad inyectada 70-100 MBq Tl-201. Se realiza
estudio tomográfico.
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
43
Perfusión miocardica
Esfuerzo
Redistribución
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
44
Cortes tomograficos
coronal
sagital
transversal
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
45
Perfusión miocardica
Esfuerzo
Redistribución
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
46
Perfusión miocardica
• Las propiedades físicas del 99mTc-MIBI o Tetrofosmin facilitan
la evaluación de la perfusión y función miocárdicas, pues
permiten la realización de un estudio de perfusión tomográfico
gatillado iniciado con una adquisición de primer paso. La
evaluación de un paciente con sospecha o confirmación de
Enfermedad Coronaria (CAD), está basada en el análisis
cuantitativo y en la perfusión regional de la pared miocárdica
que irrigan las arterias coronarias, dibujadas sobre la imagen
reconstruida a partir de un conjunto de cortes tomográficos.
• Actividad inyectada 800-1000 MBq. Adquisición tomográfica
gatillada (Gated-SPECT).
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
47
Estudio de perfusión miocárdica
gatillado
Perfusión(%)
FEVI regional (%)
Estudio: MIBI Esfuerzo
SPECT-gatillado
Matriz: 64*64
Imágenes/ciclo: 8
Mn/voxel: 3.75
Conteos: 648
Movimiento (mm)
Espesor
Volumen Sistólico : 19 ml
Volumen Distólico: 71 ml
Volumen Eyectado: 52ml
FEVI(%): 73%
Curva Volumen(ml)/ intervalo
(latido cardiaco promedio )
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
48
Spect gatillado
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
49
OIEA Material de Entrenamiento en Protección Radiológica en Radioterapia
PET
Tomografia por Emisión de
Positrones
IAEA
International Atomic Energy Agency
Aniquilamiento
511 keV
positrón
+
+
511 keV
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
51
Radionucleidos
Radionucleido Vida media
Energía partícula
(media)
C-11
20.4 min
0.39 MeV
N-13
10 min
0.50 MeV
O-15
2.2 min
0.72 MeV
F-18
110 min
0.25 MeV
Cu-62
9.2 min
1.3 MeV
Ga-68
68.3 min
0.83 MeV
Rb-82
1.25 min
1.5 MeV
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
52
Pioneros
Michel Ter-Pogossian prepara un radiofármaco para examinar a
Henry Wagner Jr. con uno de los primeros Escaners PET (1975).
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
53
Tomógrafo por emisión de positrones
(PET)
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
54
Cámara gamma GAMMA con sistema de coincidencia
para detección de emisores positrónicos
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
55
Ciclotron
Stanley Livingstone y Ernest Lawrence con
su ciclotrón de 8 MeV (1935)
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
56
Ciclotrones en hospitales
Terminal de
computadora
Biosintetizador
Ciclotrón
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
57
18F-FDG
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
58
FDG en cardiologia
Flujo sanguíneo
Metabolismo
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
59
FDG en oncologia
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
60
FDG en neurologia
Efermedad de Alzheimer
Normal
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
61
El futuro - Métodos de diagnóstico
• Nuevos radiofármacos basados en emisores de
positrones
• Radiofármacos de gran especificidad
• Programas de aplicaciones más avanzados que
mejoran tanto la sensibilidad como la
especificidad de la evaluación
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
62
Multimodalidad de imagen
PET
PET/CT
CT
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
63
El futuro - Instrumentación
• Mejoras en el funcionamiento
de la Cámara Gamma
• Mejoras en la detección de emisores de
positrones
• Métodos más sofisticados para la
reconstrucción y corrección de exámenes
tomográficos
• Sistemas de reporte/información
electrónicos más avanzados
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
64
Medicina nuclear – ¿medicina no clara?
¡No! La Medicina Nuclear es una
herramienta eficiente para el
diagnóstico y tratamiento, y está
justificada desde un punto de vista
médico.
IAEA
Parte 0. Introducción a la medicina nuclear
65
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Radiation Protection in Nuclear Medicine