PRINCIPIOS FISICOS DE MEDICINA NUCLEAR

PRINCIPIOS FISICOS DE MEDICINA NUCLEAR

PRINCIPIOS FISICOS DE MEDICINA NUCLEAR

TABLA DE PARTICULAS

• Partículas fundamentales:• Fermiones:• Quarks:• Arriba• Abajo• Encantado• Extraño• Cima• Fondo• Leptones:• Positrón• Muón

• Tauón• Bosones de gauge:• Fotón• Bosón W • Bosón Z• Gluón• Gravitrón• Bosón de Higgs• Axión• Partículas compuestas:• Mesones:• Pión carado

• Pión neutro • Kaón carado• Kaón neutro• Kaón corto• Kaón largo• Eta• Eta prima• Rho cargado• Rho neutro• Omega neutra• Phi• D cargado• D neutro• D extraño• J/Psi

• B cargado• B neutro• B extraño• B encantado• Upsilon• Bariones:• Delta doble positiva• Delta neutra• Delta negativa• Sigma positiva• Sigma neutra• Sigma negativa• Xi neutra• Xi negativa• Omega

• Omega encantada• Xi positiva encantada• Xi neutra encantada• Lambda encantada• Xi doble encantada• Lambda inferio• Compañeras

supersimétricas:• Squarks: • Sarriba• Sabajo• Sencantado• Sextraño• Sima• Sfondo• Sleptones:

• Selectrón• Sneutrino electrónico• Smón• Sneutrino muónico• Stauón• Sneutrino tauón• Gauginos: • Fotino• Gluino• Wino• Gravitino• Sino• Higgsino

EL ATOMO

– Constituye la materia

– Elemento y Compuesto

– 2 componentes: núcleo y corteza

– Nucleones: Protones Z y Neutrones N

– Número atómico (Z): Protones

– Número másico o Masa atómica (A): Z + N

– Número de Neutrones (N)

– Núclido: tiene Z y A

ISOTOPOS

• Núclidos : = Z y A

• Isótopos del H (Z=1): H-3 (Tritio), H-2 (Deuterio), H-1

• ISOBAROS: Z e =A. K-40 (Z:19) y Ca-40 (Z:20)

• ISOTONOS: Z, A e =N. B-10 y C-11. A-Z=N

• ISOMEROS: =Z, =A, Estado energético. Tc-99m

• EXCITADO -- Metaestable

MODELO ATOMICO DE BOHR

• Núcleo – Corteza – Orbita – e- – e- de Valencia

• Atomo neutro: e- = Z

• Capas K, L, M, N… # e-: 2 n2

• E de Ligadura

• Interacciones de e- y Radiaciones electromagnéticas: imágenes médicas

• Modelo simple, pero suficiente. Modelos sofisticados

RADIACTIVIDAD

• Núcleo – Estado Energético -- + Estable

• Defecto de masa: masa liberada en forma de E

• Núcleo↔ N + Protón. E=m.c2

• E de enlace: estabilidad de núcleo

• N: atenúan la repulsión electrostática de Z

• Núcleos ligeros (A20): Z=N. Estables hasta 209Bi

• Núcleos pesados (A209): NZ- Inestables –Emisión espontánea -- Radiactividad

• Series radiactivas – Naturales: U, Ac y Th - - - Pb estable

– Artificial: Np - - - Bi Estable

• Radiactividad: desintegración nuclear y “emisión de E”

• Isótopos radiactivos: radioisótopos, radionúclidos o radionucleidos

• Tipos:– Corpusculares: , -, +, N

– Electromagnéticas: Fotones. Rayos X y rayos γ

• Fotón: cantidad min de E que se puede transmitir

• Espectro electromagnético

• eV

LEY DE LA DESINTEGRACION RADIACTIVA

• Aleatorio, transformación de la materia en un tiempo dado, no el momento ni el átomo

• Actividad radiactiva: # desitegraciones/t

• Constante de desintegraciòn → ↕

• Período de Semidesintegraciòn o Semiperíodo (T½ o T)

• Uso clínico F-18:110min, Tc-99m: 6h, i-131:8d

•Talio-201 (eliminación renal):•T½ físico: 74 h•T½ efectivo: 56 h

•Vida media: radioisótopo - tiempo sin desintegración •Actividad:

•# desintegraciones/t. Velocidad•1 Bq: actividad en 1 desintegración•1 Curie (Ci): actividad de 3.7x10-10 desinteg/s•1 Ci: actividad de 1 gr de Ra-226

DESINTEGRACION NUCLEAR

• Tipos:

– Natural: , , γ

– Artificial: +, captura electrónica, conversión interna, emisión de N y transición isomérica

• Fotones:

– Núcleo: rayos γ

– e-: rayos X

• Z: emisiones positivas y negativas

DESINTEGRACION ALFA

• Núcleo →Partícula -Atomos de He(2 Z y 2 N)

• Ra-226 (Z:88 y A:226)→ Rn-222 (Z:86 y A:222). Nucleido hijo

• Isótopos emisores de partículas : depósitos energéticos en tumores pequeños-neuroendocrinos. Mínima irradiación

• Emisores : tumores grandes

DESINTEGRACION - o NEGATRONICA

• N →Z + e- + v (antineutrino)

• e- → Negatrón o Partícula

• Cs-137 (Z:55 y A:137) → Ba-137 (Z:56 y A: 137)

• I estable → I-127 (Z:53 y A:127)

• I inestable → I-131 (Z:53 y A:131) → Xe-131 (z:54 y A:131)

• Emisores -: si “exceso de N”. Terapia Interna

• Inconveniente: ↑ dosis irradiación

DESINTEGRACION - o NEGATRONICA

N →Z + e- + v (antineutrino)e- → Negatrón o Partícula Cs-137 (Z:55 y A:137) → Ba-137 (Z:56 y A: 137)I estable → I-127 (Z:53 y A:127)I inestable → I-131 (Z:53 y A:131) → Xe-131 (z:54 y A:131)Emisores -: si “exceso de N”. Terapia InternaInconveniente: ↑ dosis irradiación

DESINTEGRACION + (e+, POSITRONES)

• Protón → N + v (neutrino) + e- (Positrón)

• F-18 (Z:9 y A:18) → O-18 (Z:8 y A:18)

• Rx inicial Corpuscular x Positrón → colisión con antipartícula (e-) → Rx de aniquilación → emisión electromagnética (2 fotones)

• Emisores +: “exceso de protones”

• Penetra 15 mm en la materia, masa despreciable

• PET

DESINTEGRACION POR CAPTURA ELECTRONICA

• Núcleo + e- → e- + Z → N + v (neutrino)

• Na-22 (Z:11 y A:22) → Ne-22 (z:10 y A:22)

• Emisión electromagnética: rayos X → x

ocupación de otro e- más externo

DESINTEGRACION POR TRANSICION ISOMERICA

• El núcleo pasa de un estado excitado metaestable a otro de menor energía (estable), acompañado de emisiòn de energía en forma de radiación γ•Transición Isomérica → el Z no varía, por lo que la transformación es de un isómero a otro•Tc-99m (Z:43 y A:99) → Tc-99 (Z:43 y A:99) + Emisión γ•Desintegración por Conversión Interna

DESINTEGRACION POR EMISION DE NEUTRONES

•Núcleo → N + Energía escasa. =Z y

A disminuye 1 unidad → se

convierte en un isótopo del padre

RADIACION γ

• Radiactividad natural – electromagnética

• No se modifica por el campo magnético

• Penetra mas la materia

• Ausencia de carga y masa

• Origen: – Por aniquilación de positrones

– Por transición isomérica

• Núcleo excitado cede energía y tiende al estado fundamental

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA

• Atravieza la materia → Absorción parcial de las radiaciones → Atenuación →↓ Fotones que emergen

• Fotones interaccionan con materia → Formas de atenuación → Electrones y Nucleones

• e-

– Efecto fotoeléctrico

– Efecto Compton

– Difusión Rayleigh*

• Núcleo:

– Difusión Thomson*

– Creación de pares

– Efecto fotonuclear**

• *Fotón desintegra núcleo, poca emisión

• **Interacción elástica, no cede energía

• Fenómenos de atenuación:

– Excitación

– Ionización

• Exitación: e- → orbital interno. Estado de alta E. Inestable.Tiende a volver a su estado inicial, emite radiación

• Ionización: E suficiente arranca el átomo → ión ionizado+ e ión expulsado-

• Radiaciones ionizantes:

– Pueden ionizar la materia

– Principalmente y

• Radiaciones Neutras:

– Electromagnéticas y neutrones

– Ionización indirecta

– e- fuera del átomo se convierte en partículas ionizantes 2ª

TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGIA (TLE)

• → E cedida por la radiación al medio/unidad de recorrido

• Refleja intensidad de ionización provocada y determina el daño biológico de la radiación al atravezar el cuerpo humano

RADIACION

• Núcleos de He → ↑ masa y carga eléctrica

• ↑ TLE

• Muy ionizante → “choca con todo”

• Poco penetrante

• No necesita blindaje protector

• ↑ radiotoxicidad si se ingiere o se inhala

RADIONUCLIDOS EMISORES -

• Radiación de e-

• masa y carga que partículas

• TLE -- ionizantes

• penetrantes

• Llega hasta TCS

• Terapéuticos: dx cells cancerosas, Ca diferenciado de tiroides I-131

EMISION +, CAPTURA ELECTRONICA Y TRANSICION ISOMERICA

• Radiación electromagnética de alta E (Fotones X y γ)

• No carga ni masa

• ionizantes y penetrantes

• Atraviezan el cuerpo

• Protección/blindaje

• Dx en Medicina nuclear

INTERACCION DEL FOTON CON LA MATERIA

• Efecto fotoeléctrico:

– Fotón colisiona y cede su E a e- cortical que es expulsado del átomo

– Fotón desaparece y e- emitido actúa como partícula ionizante

– Puesto del e- ocupado por otro y emisión X

• Efecto Compton:– Fotón colisiona pero sólo cede parte de su E al e-

cortical. Da E cinética que permite emitir ionizaciòn

– Fotón no desaparece pero ha perdido E (radiación dispersa)

• Producción de Pares:– Colisión y absorción total del fotón

– E se convierte en materia → aparece e- y e+

– e- se aniquila y genera 2 fotones