UNIVERSITÀ - OSPEDALE di PADOVA

MEDICINA NUCLEARE 1

Medicina Nucleare “in Vitro” o metodiche

radionuclidiche “non imaging”

Lezione 1:Lezione 1:

INTRODUZIONE EDINTRODUZIONE EDAPPARECCHIATUREAPPARECCHIATURE

D. Cecchin, F. BuiD. Cecchin, F. Bui

INTRODUZIONEINTRODUZIONE

Circa il 15% delle indagini in medicina nucleare

non si basa sulla produzione di immagini ma su

misurazioni di concentrazione.

Tali metodiche dette “in vitro” prevedono la

combinazione di due sostanze:

a) Legante (o recettore o reagente)

b) LigandoCiò che si vuole misurare !

Dosaggi a Dosaggi a radioligandiradioligandi

In generale si ricordino 3 requisiti:

1. Deve esistere un recettore (o legante) che leghi lasostanza da misurare (ligando). Tale legame deveessere sufficientemente sensibile e selettivo in mododa permettere di distinguere la sostanza in esame datutte le altre presenti nel fluido in esame anche sepresente in bassa concentrazione.

2. Deve essere possibile marcare con un isotopo, inmodo stabile, il legante o il ligando (a seconda del tipodi dosaggio)

3. Si devono poter separare la “fase libera” (ligando nonlegato al legante) dalla “fase legata” (ligando + legante)

Dosaggi Dosaggi radioimmunologiciradioimmunologici

Sono dosaggi a radioligandi che sfruttano:

1) La specificità della interazione anticorpale.

2) La sensibilità con la quale anche quantità moltopiccole di attività possono essere rilevate.

µg

ng

pg(10-12 gr)

(10-09 gr)

(10-06 gr)alfafetoproteina

TSHInsulina

Gastrina

ACTH

ADH

Misurazione della attivitMisurazione della attività di un nuclide ?à di un nuclide ?

L’utilizzo della scintillazione di un cristallo di ioduro disodio attivato al tallio può essere utilizzato anche nellemetodiche in vitro.

Il principio utilizzato dalla gamma-camera, nelle metodiche“in vivo”, tuttavia non è il solo metodo per rilevare laattività di un radionuclide.

Si possono anche utilizzare rivelatori a gas che si basanosul concetto del condensatore.

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++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

!dP

Misurazione della attivitMisurazione della attività di un nuclide ?à di un nuclide ?

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- !dP+

Fotone

Un fotone incidente nel gas contenuto nel condensatorestrappa gli elettroni delle orbite più esterne (ovveroionizza). Le cariche così generate, iniziano a muoversiverso le piastre del condensatore.

Il piIl più semplice rilevatore a gas ?ù semplice rilevatore a gas ?

Fotone

-

-

-

++

laminafilamento

laminafilamento

Cosa succede aumentando la Cosa succede aumentando la !dP??

Aumentando gradatamente la !dP fra le piastre si assiste aduna serie di interessanti cambiamenti nel comportamento dellecariche nel condensatore.

Numero

di ioni

contati

!dP

A: ZONA DI RICOMBINAZIONEA: ZONA DI RICOMBINAZIONE

La !dP tra le piastre è bassa e quindi:

• Gli ioni si muovono lentamente

• Le cariche si ricombinano e formanonuovamente atomi neutri

• Solo una parte delle cariche (quelle chenon si sono ricombinate) va aglielettrodi.

Cosa succede aumentando la Cosa succede aumentando la !dP??

Numero

di ioni

contati

!dP

B: ZONA DI SATURAZIONE B: ZONA DI SATURAZIONE (o ionizzazione)(o ionizzazione)

Man mano che la velocita! degli ioni cresce (perche! aumenta

la ddp) diminuisce il tempo in cui gli ioni di segno opposto

sono vicini. Si è cioè in una zona nella quale “tutti” gli ioniprodotti arrivano sulle piastre opposte del condensatore.

In questa fase (il primo pianoro del grafico) il numero degli ioni

contati è indipendente dalla ddp applicata.

E! possibile con una camera a ionizzazione la misura delladose assorbita perche! gli impulsi prodotti nel rivelatore sonoproporzionali alla energia in esso dissipata e quindi la corrente

che si forma e! una misura del tasso al quale l!energia e!

dissipata nel rivelatore. Per tali motivi le camere a ionizzazione

possono essere usate per tarare il fascio di x e gamma inradioterapia e per la dosimetria personale ed ambientale.

B: ZONA DI SATURAZIONE B: ZONA DI SATURAZIONE (o ionizzazione)(o ionizzazione)

• Ciò che si misura allora non e! il numero degli eventi ma lamedia del numero di ionizzazioni al minuto. Spesso, per

questo motivo, le letture sono in rad od in Sievert/hour

• La sensibilita! per una camera a ionizzaione arriva fino a < di

1 mR per fotoni tra 10 Kev ed 1 Mev

Applicazioni della camera a ionizzazioneApplicazioni della camera a ionizzazione

• Dose Calibrators

• Survey meters

• Dosimetri portatili

Camera a ionizzazione: Dose Camera a ionizzazione: Dose calibratorscalibrators

Il segnale prodotto da una camera a ionizzazione può essere

misurato e convertito in unità di attività (Mbq, mCi). In senso

stretto bisognerebbe chiamarlo calibratore di attivita! e non

calibratore di dose in quanto non misura la dose (in sensofisico) mastima l!attivita! della sorgente.

Una camicia in piombo contiene una camera

a tenuta in acciaio riempita di gas (argon o

altri gas) ad una certa pressione (alcune

decine di atmosfere). Immersi nel gas cisono elettrodi atti alla rivelazione delle

cariche prodotte. La corrente rilevata

corrisponde alla ionizzazione media del gas

quindi il sistema non e! idoneo a discriminare

radiazioni in funzione della energia (perche!fa una media). Quindi si deve contare un

radiofarmaco alla volta. (Appositi tasti

applicano un fattore di correzzione per ogni

radionuclide.)

N.B. Valori molto alti di attivita! nel campionemisurato possono portare fuori dalla zona di

saturazione favorendo fenomeni di

ricombinazione. In questo caso la risposta

del rivelatore non è più lineare

Camera a ionizzazione: Camera a ionizzazione: Survey metersSurvey meters

Sono strumenti che servono, ad esempio, per misurare

l!esposizione di un soggetto ad un metro da una persona

iniettata con una certa attività (Es. 740 Mbq)

NB: il Roentgen (R) è una misura della ionizzazione che avvienein aria. 1 Roentgen è la quantità di radiazioni che produce

2.8*10 – 4 Coulombs (o 2*109 coppie di ioni) per Kg di aria in

certe condizioni standard. Non a caso allora si comprende

l!utilizzo del Roentgen nelle camere a ionizzazione.

Unità di misura solitamente utilizzata: Roentgens per hour

Adattato da : www.uos.harvard.edu/ehs/radsafety/sur_how.shtml

Cosa succede aumentando la Cosa succede aumentando la !dP??

Numero

di ioni

contati

!dP

C: C: REGIONE DI PROPORZIONALITA`

-Gli ioni messi in movimento hanno una energia sufficiente a

provocare nuove ionizzazioni nel gas. Per ogni carica prodotta

dal fotone incidente ne arrivano all!elettrodo molte di piùsecondo un fattore proporzionale alla !dp applicata. La

ionizzazione secondaria è, tuttavia, strettamente dipendente

da quella primaria.

-Dal momento che ciò costituisce una amplificazione del

segnale, con un contatore proporzionale è possibile rilevare

impulsi molto più piccoli rispetto alle camere a ionizzazione(utile nella spettrometria alfa e beta e per radiazioni di bassa

energia)

APPLICAZIONI: SURVEY METERSAPPLICAZIONI: SURVEY METERS

Struttura: Rispetto ai contatori a ionizzazione il gas invece che

aria è più spesso argon o miscele di argon ed altri gas. Ladifferenza fondamentale è la più alta !dp applicata alle piastre

del condensatore

Applicazioni: Risulta particolarmente utile nel distinguere

diverse tipologie di radiazioni. Poiche! infatti la grandezza

dell!impulso è proporzionale alla ionizzazione, le particelle alfa,che ionizzano fortemente, produrranno impulsi piu! “grandi”

rispetto alle radiazioni non corpuscolate e quindi risulteranno

distinguibili.

La corrente prodotta in questo tipo di contatori è proporzionaleal numero di ioni prodotti dalla radiazione incidente

Cosa succede aumentando la Cosa succede aumentando la !dP??

Numero

di ioni

contati

!dP

D: D: Zona di Geiger Muller

• E! la seconda zona piatta del grafico. In questa fase ogni

evento ionizzante scatena una cascata di ioni. Semanteniamo costante la !dp e supponiamo che incidano

nel condensatore fotoni di diversa energia, gli impulsi

prodotti dal rivelatore non sono piu! proporzionali alla

energia dissipata (come nelle camere a ionizzazione). Da

cio! si evince che un contarore Geiger Muller non si può

usare per dosimetria o spettrometria.

• La corrente prodotta, in altri termini, è indipendente dal

numero di cariche prodotte dalla radiazione incidente. Cio!

perché tutto il gas è già coinvolto in multiple eccitazioni e

non è possibile incrementare ulteriormente il fenomeno

Zona di Geiger Muller: A cosa serve ?

Sono utilizzati soprattutto nel monitoraggio ambientale, per

misure di attivita! e di contaminazione.

Per monitorare aree come laboratori o camere calde (radiation

monitor) e per rilevare l!esposizione (survey meter) non le

dosi.In questo ultimo caso la misura che effettuiamo è fortemente

dipendente dalla energia del fotone incidente: per fotoni di

bassa energia (<100 KeV) la vera esposizione è solo una

frazione di cio! che si legge sul display. Il motivo è che il

contatore rileva i singoli fotoni e non la loro energia (mentre iltasso di esposizione dipende sia dalla energia che dal numero

dei fotoni).

Tipicamente poi un contatore geiger è tarato per energie

medio-alte come il 137Cs od il 60Co per cui se voglio leggere

altre energie ed avere una misura affidabile devo tarare lostrumento.

Zona di Geiger Muller: Struttura

Struttura: Anche in questo caso il gas è argon o miscele di argon ed altrigas. Aumenta, come è ormai intuitivo, la !dp applicata alle piastre del

condensatore. Spesso in questo tipo di contatori il gas è pressurizzato. Il

contatore Geiger, come detto, non è in grado di distinguere tra le diverse

tipologie di radiazioni perche! ogni interazione nel gas provoca una

ionizzazione massima.

Quenching: Una radiazione che entra in un contatore Geiger provoca una

cascata di ionizzazioni che tende ad autosostenersi per lunghi tempi.

Mentre il fenomeno “della cascata” decresce, torna alla normalità, il

contatore è paralizzato. Si parla allora di “tempo morto” (della durata di

100-500 microsecondi). Per favorire il ritorno alla stabilita! del sistema in

tempi più rapidi si usano due sistemi:

•si fa cadere la tensione alle piastre per alcuni istanti

•si aggiungono al gas molecole organiche come per esempio il gas

metano che assorbendo l!energia cinetica degli ioni favoriscono la

ricombinazione degli stessi. (tale fenomeno è detto quenching)

Cosa succede aumentando la Cosa succede aumentando la !dP??

Numero

di ioni

contati

!dP

E: E: Scarica continua

Ai nostri fini non è molto utile. Per completezza, in questa fase,

anche se non entra nessuna radiazione ionizante nel gas tra lepiastre del condensatore, la elevata !dp applicata ai due lati

del condensatore provoca una ionizzazione continua. E! quello

che succede nelle lampadine al neon.