Princípios básicos de diagnóstico por imagem

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Princípios básicos de diagnóstico por imagem
● Capitulo 1- Conceitos básicos da física das radiações
● Introdução
Medicina nuclear surgiu pós-guerra.
1° aplicação foi do Iodo radioativo, ocorreu em 1946 com Seidin.
Em 1979 o HAE adquiriu a medicina nuclear.
● Física das radiações
As moléculas são as menores partes da matéria, cada molécula possui acumulo de átomos diferentes.
● Estrutura do átomo
Rutherford criou o sistema solar do átomo.
Núcleo feito de prótons (+), nêutrons (sem carga) e elétrons (-) fica1m em torno do núcleo, de forma aleatória.
● Representação do átomo de um elemento
Nº de prótons = Nº atômico (Z)
Prótons + neutros = Nº de massa (A)
Nº de massa - Nº atômico = Nº de nêutrons
● Radioatividade
Quando o núcleo possui muita energia, ele deve elimina-la para se estabilizar, eliminando em forma de radiação, há vários tipos:
↳ Corpuscular e/ou de ondas eletromagnéticas:
Se dividem em α e β.
α: 2 prótons e 2 nêutrons, cargas (+), muita energia porem pouca penetração.
β: Menor que α, mais penetrante por ser menor, massa igual á do elétron, pode ser (+) ou (-) depende do núcleo.
↳ Eletromagnética em forma de onda:
Sem carga, sem massa, na velocidade da luz, visível em forma de: Ultravioleta, Raio x, Radiação Gama (Y).
Para estabilizar o núcleo libera energia em forma de radiação espontaneamente, isso chama-se decaimento radioativo.
Transmutação: quando a partícula vira um novo núcleo.
Transição Isométrica: Metaestável, apenas raios gama.
Captura de elétrons: Núcleo puxa um é da camada K e outra vai pro seu lugar na camada K, emitindo radiação.
● Interação da radiação com a matéria
Radiação transfere energia pro material.
α: é grande, mas causa destruição celular.
β: é menor que α e tem mais poder de penetração.
Y: grande poder de penetração.
↳ efeito fotoelétron ➔ elétron ejetado que o núcleo absorve a energia.
Depende do núcleo: Ele ejeta um β+ quando o núcleo for negativo e um β- quando o núcleo é positivo.
● Capitulo 2- Proteção radiológica na medicina nuclear.
● Grandezas e unidades
mR/H, R/min são os mais usados em proteção.
Doses – 3 conceitos importantes.
↳ A dose absorvida (D): Deposição de energia da radiação no órgão exposto. Unidade Gray Gy.
↳Dose efetiva (E): Somatória do corpo todo, não só do órgão.
↳ Dose equivalente (H): Somatória dos órgãos expostos. 
● Normas de proteção radiológica
3 requisitos básicos- Justificativa, otimização e limitação.
CNEN decide os limites das doses no Brasil.
● Formas de proteção
3 medidas básicas de proteção: distancia, tempo e uso de blindagem.
Melhor blindagem é o chumbo (Pb), com a densidade p= 11,349 Kg/m³.
O chumbo reduz 50% da exposição.
● Situação de acidente com radioisótopo
Lavar com água fria e sabão neutro.
Piso e bancadas ➔ avisar todos da sala ➔ tranquilizar os pacientes ➔ colocar o avental, luvas e sapatilhas antes de descontaminar.
Remover respingos de superfícies contaminadas com o método a seco, com o uso da manta ou papel.
● Capitulo 3- Instrumentação e formação da imagem
● Contador ou Tubo de Geiger Muller
Chamado de contador (ou tubo) de Geiger Muller, esse equipamento permite detectar a presença de radiações ionizantes, mas não consegue medir a energia do isótopo, ele apenas faz a contagem do número de emissões que chega nele.
Quanto a radiação entra no tubo, o gás dentro é ionizado, produzindo uma descarga de elétrons, que emite um sinal elétrico.
● Calibrador de dose
O calibrador de doses ou curiômetro é uma câmara de ionização, que mede a atividade e discrimina a energia do radioisótopo.
O calibrador de doses se baseia na corrente de ionização produzida pela radiação emitida, a corrente de ionização é convertida em um sinal voltaico, que é amplificado e então exibido em um visor, em forma de unidades de atividade.
● Câmara de cintilação
Feita por Anger em 1950, a câmara de cintilação ou câmara de Anger tem a propriedade de absorver a energia proveniente das radiações ionizantes emitidas do paciente e converte-la em luz, quanto mais forte a luz maios a energia de radiação.
● Aquisição da imagem
É uma projeção bidimensional da distribuição do rádio fármaco em volume. Essa imagem pode ser obtida na forma estática, de corpo inteiro, dinâmica, sincronizada ou tomográfica e cada uma delas possuem parâmetros que devem ser observados.
Os principais são: O tamanho da matriz, o tempo de cada aquisição, o número total de eventos registrados ou taxa de contagem, o posicionamento do paciente e o ângulo que o órgão será estudado.
Normalmente, o operador pode escolher qual a matriz (64x64, 128x128, 256x256 e 512x512), dependendo do tipo de aquisição.
Quanto maior a matriz melhor a qualidade da imagem e melhor resolução.
● Modo de aquisição estático
As imagens estáticas são obtidas com a cabeça de cintilação parada sobre uma determinada região.
● Modo de aquisição de corpo inteiro
Se adiciona a movimentação da cabeça de detecção de forma a varrer o paciente da cabeça aos pés em velocidade que permita o acumulo de contagens suficientes para ter uma imagem de qualidade.
● Modo de aquisição dinâmico
Imagens de uma região obtidas sequencialmente e registradas em um determinado tempo.
● Modo de aquisição sincronizado
Uma serie de imagens é adquirida no intervalo de uma onda R a outra. Normalmente o ciclo R-R é dividido em 8 ou 16 imagens. A sequência é apresentada como um filme, assim pode-se acompanhar um batimento cardíaco.
● Modo de aquisição de tomografia por emissão de fóton único (SPECT)
O princípio dessa técnica consiste em adquirir imagens planas em sequência girando a cabeça de detecção ao redor do paciente. As imagens podem ser adquiridas a cada 3° ou 6° com um intervalo de tempo de 15 a 30 segundos, desde que o tempo pra completar 360° não passe de 45 minutos.
● Reconstrução tomográfica
Todas as imagens são empilhadas formando o chamado sinograma. O objetivo dessa técnica é reproduzir a imagem original com a base na distribuição do radiotraçador.
A imagem de reconstrução em vez de ser um ponto, vai ter um formato de estrela, para corrigir isso usa-se filtros e equações matemáticas.
● Aquisição da imagem nas câmaras com cristais de CZT e múltiplos “pinhões”
Possibilita melhor contraste na imagem e na resolução energética, é usado principalmente na cardiologia.
Esse equipamento possui 19 pinhões, que são colocados em arco delimitado um FOV de 19 cm, o tamanho aproximado do coração.
● Capitulo 4- Controle de qualidade das gama-câmaras
● Introdução
O desempenho da gama-câmara pode ser avaliado com ou sem o colimador. A avaliação com o colimador é chamada de extrínseca ou do sistema, por considerar a função desse componente. Já a avaliação intrínseca, é realizada sem o colimador, considerando os parâmetros dos demais.
● Resolução energética
O primeiro conceito que se deve conhecer é o de resolução energética, que define a capacidade de separar fótons de energias muito próximas. A resolução energética é avaliada no histograma do espectro de energia, no qual é possível observar um pico que corresponde ao fotópico do isótopo, isto é, a parte do espectro relativa aos fótons primários emitidos pela fonte radioativa.
A resolução energética é estimada segundo a formula:
Em que:
△L= Largura total á meia altura
E°= energia do fóton primário de interesse
Nos protocolos de aquisição de imagem, os fótons de interesse são limitados, determinando a largura da janela energética (△E) centrada na energia do fóton primário.
● Uniformidade
Esse parâmetro é uma avaliação que pode ser realizada sem colimador, utilizando-se uma fonte de puntiforme – uniformidade intrínseca – ou com colimador, pelo uso de uma fonte plana de cobalto – uniformidade extrínseca.
A imagem obtida deve ser homogênea. A não uniformidade pode ocorrer por pequenas diferenças nos sinais de saída das fotomultiplicadoras e pela variação da janela de energia; no campo, a falta de uniformidade pode comprometer as imagens obtidas.
Por isso os valores de referências para aceitação do teste é de 2 a 3%. Para valores maiores, ajustes devem ser realizados.● Resolução espacial
É a capacidade de distinguir duas cintilações muito próximas. Esse parâmetro pode ser influenciado por fatores como a informidade da câmara e pelo colimador utilizado.
Para avaliar a resolução espacial, deve-se utilizar simuladores de barras (phantom de barras) distribuídas em quadrantes com diferentes espessuras. 
As câmaras modernas podem ter resolução espacial de 4 mm para os colimadores de alta resolução e de aproximadamente 6 mm para os colimadores de uso genérico que aumentam a sensibilidade do sistema.
É necessário avalias a linearidade, observando, no sentido X ou Y, se as barras sofreram alguma distorção.
● Sensibilidade de detecção 
A sensibilidade determina a capacidade de gama-câmara de detectar e registrar os fótons incidentes. Esse parâmetro é diretamente dependente do tipo e da espessura do cristal, da janela de energia, variando inversamente com a energia do fóton.
Sendo assim, colimadores de furos mais largos propiciam uma maior sensibilidade. Esse parâmetro pode ser degradado quando as fotomultiplicadoras estão desajustadas.
A sensibilidade pode ser avaliada considerando a taxa de contagem registrada por unidade de atividade em um determinado tempo.
● Centro de rotação
Nas gama-câmaras com capacidade de realizar tomografia, as cabeças de cintilação devem girar ao redor do paciente para coletar uma serie de projeções. Para garantir a qualidade da imagem, as cabeças de cintilação deverão girar em um círculo perfeito.
O teste que avalia se o centro de rotação (COR) está ajustado é realizado colocando uma fonte puntiforme alinhada com o centro do campo de redor da fonte. O desvio máximo permitido para as curvas do eixo X e Y não devem exceder 0,5 pixel, pois partir desse valor haverá distorções na imagem.
● Capitulo 5- PET/CT: Física, instrumentação e processamento de imagens
● Introdução
A tomografia por emissão de pósitrons (PET) é uma técnica na medicina nuclear.
Fornece informações sobre o metabolismo por conseguir analisar, de forma não invasiva, o consumo de moléculas de determinados substratos orgânicos.
Esse capítulo tem o objetivo de discutir as bases físicas e as considerações técnicas necessárias para entender os princípios de formação das imagens PET.
● Bases físicas e instrumentação
A capacidade de detectar alterações funcionais e metabólicas usando quantidades mínimas de isótopos radioativos representa a base da formação a imagem na medicina nuclear.
Alguns átomos constituintes da bioquímica humana possuem análogos radioativos que, utilizamos com traçadores, permitem o acompanhamento in vivo do metabolismo celular.
Esses radionuclídeos são produzidos por cíclotron.
Os pósitrons é uma partícula com as mesmas características do elétron, mas com carga positiva.
Os primeiros equipamentos PET eram compostos por 24 detectores de Nal (T1) dispostos em formato hexagonal. Utilizavam circuitos de coincidência que detectavam os fótons de aniquilação sem o uso de colimadores, tendo uma resolução de 20 mm.
Hoje em dia, os equipamentos compreendem múltiplos blocos de cristais detectores em oposição acoplados a circuitos de coincidência. Essa configuração aumenta consideravelmente a eficiência da detecção dos eventos de aniquilação.
O circuito de coincidência registra como um único evento dois fótons-gama, oriundos da desintegração dos pósitrons, que são detectados por dois dispositivos em ângulo de 180°, formando uma linha de resposta (LOR), ou evento verdadeiro.
Além dos eventos verdadeiros, fótons oriundos de espalhamento ou de duas aniquilações distintas (eventos randômicos). O registro desse falso evento aumenta o ruido da imagem.
Para corrigir esse efeito, é criado um mapa de atenuação, utilizando uma imagem de transmissão obtida por uma fonte externa de césio ou germânio. Com o advento do PET acoplado a um tomógrafo convencional (PET/CT), essas fontes foram substituídas pela transmissão feita por um tubo de raios X. A imagem de transmissão será comparada a imagem original de emissão e, com base nessas duas informações, faz-se a correção de atenuação, obtendo-se, dessa forma, a imagem corrigida.
O primeiro equipamento de PET/CT que combinava em um mesmo gantry o sistema de detecção da CT e os dois arcos com pequenos blocos de cristais de germanato de bismuto para detecção dos pósitrons. A união dos dois equipamentos possibilitou obter, em um mesmo procedimento, as imagens das duas modalidades.
A fusão trouxe um incremento a utilização da técnica de PET, em especial para a oncologia.
As informações obtidas pela CT têm basicamente duas funções:
↳ Calcular a correção de atenuação para as imagens de PET.
↳Adicionar a informação anatômica de alta qualidade.
● Sistema de detecção
A PET dedicada utiliza pequenos blocos de detectores, que tem maior densidade que os cristais de Nal (T1), dispostos em múltiplos anéis. Essa arquitetura aumenta a capacidade de detecção dos fótons de alta energia e melhora a qualidade da imagem.
● Aquisição das imagens
Existem duas formas de obter imagens de PET: O modo de aquisição em 2D e em 3D.
Nas aquisições 2D, septos de tungstênio são colocadas entre os anéis que suportam os detectores. Esses septos não tem a função dos colimadores da câmara de cintilação que melhoram a resolução espacial da imagem. Assemelha-se mais as grades antifusoras utilizadas em radiologia, que apenas reduzem a detecção dos fótons de espalhamento.
Com a utilização dos septos, as LOR são criadas em pequenos ângulos de incidência, reduzindo a capacidade de detecção e a de sensibilidade do equipamento. Em contrapartida, há uma relação de até 15% do registro dos falsos eventos produzidos pelos fótons de espalhamento, melhorando assim o contraste das imagens.
No modo de aquisição 3D, os septos são retirados e é utilizada uma colimação eletrônica das coincidências detectadas. Há um incremento da sensibilidade do equipamento, possibilitando uma redução tanto da atividade administrada ao paciente, quanto do tempo de aquisição. Coimo desvantagem, porém, ocorre aumento de ritmo de contagem pela contribuição do incremento das falsas coincidências.
Esse aumento da contagem pode atingir o limite de detecção do equipamento, provocando a “paralização” do detector e gerando áreas frias.
Um estudo comparando os dois modos de aquisição em humanos, demonstram que a contagem de ruido equivalente (noise equivalente count – NEC*) em ambos pode variar significadamente de acordo com a região do corpo e da circunferência do paciente.
Isso pode ser minimizado quando o indica de massa corpórea (IMC) do paciente for utilizado como base para o cálculo da atividade administrada. Além do tamanho do paciente, a capacidade de detectar lesões pode ser influenciada pelo tempo e modo de aquisição escolhido.
A aquisição 3D tem melhor capacidade de detecção em pacientes com IMC < 33.
A aquisição 2D tem melhor desempeno em pacientes com IMC > 33.
No modo 3D, os eventos verdadeiros aumento de forma linear, porem os randômicos aumentam proporcionalmente ao quadrado da atividade e podem superar os verdadeiros, deteriorando a imagem.
Pode ser explicada pelo fato de os equipamentos com cristais de BGO terem uma resolução energética limitada em relação aos cristais de LSO e GSO, cujas propriedades físicas permitem uma resposta melhor.
*NEC: Parâmetro para contagem do ruido equivalente calculado pela formula:
Sendo: T= Evento verdadeiro; R= Eventos randômicos; S= Eventos espalhados.
● Reconstrução das imagens
Para obter as imagens de PET, fatores como o tempo de decaimento do isótopo, o tempo morto do cristal, a atenuação dos fótons, etc..... interferem na sua formação e devem ser corrigidos. Quando essas correções estão inseridas nas fórmulas matemáticas utilizadas para reconstrução, o resultado final é uma imagem de excelente qualidade.
A maior desvantagem desses métodos iterativos é que a grande quantidade de equações que compõem o calculo só permite a utilização de computadores rápidos.
Uma técnica de reconstrução iterativa amplamente utilizada é a maximum-likelihood experctation maximization(MLEM). O tempo de computação para esse método é muito demorado, pois utiliza dezenas de iterações.
Uma forma de encurtar o tempo é usar um grupo menor de projeções. O subset corresponde a um grupo de projeções em um determinado ângulo. Esse método é conhecido como ordered subset expectation maximization (OSEM).
Enquanto o método MLEM necessita de muitas iterações, o OSEM chegará ao mesmo resultado com 2 ou 3 iterações.
Na pratica, o operador deve determinar o número de subsets e de iterações que irá utilizar para construir as imagens de PET, considerando que, aumentar o numero de iterações, a imagem terá mais detalhes, porém mais ruidosa. Contudo, com poucos subsets a imagem não terá definição; aumentando o número de subsets você possui uma imagem mais detalhada.
● Capitulo 6- Fundamentos de radiofarmácia
● Radiofarmácia
É um ramo da ciência que estuda os aspectos químicos, farmacológicos, bioquímicos, fisiológicos e de disciplina similares.
A radiofarmácia é classificada em:
↳Industrial: Produtora de insumos radiofarmacêuticos, radioisótopos, moléculas marcadas...
↳Hospitalar: Responsável pela preparação e fracionamento de doses individuais, marcação de reagentes liofilizados e marcação de células sanguíneas.
↳Centralizada: A partir de produtos comerciais, faz a etapa final de preparação dos radiofármacos e/ou de fracionamento.
● Radioisótopos para diagnostico e terapia
Todos os radioisótopos artificias de uso clinico são produzidos por meio de reações nucleares em reator nuclear.
Os radioisótopos utilizados para diagnostico devem possuir as seguintes características:
↳ Emitir radiação Y entre 100 e 300 KeV ou pósitrons β+.
↳ Decair por captura eletrônica ou transição isométrica.
↳ Possuir meia-vida física (T½) adequada ao estudo fisiológico de interesse.
↳ Não emitir radiação corpuscular, para minimizar a dose de radiação para o paciente.
Em contrapartida, os radioisótopos utilizados em terapia devem atender as seguintes características:
↳ Emitir radiação β-, α e elétrons Auger com energia maior que 500 KeV.
↳ Ter capacidade de se concentrar o mais especificamente possível no tecido-alvo.
↳ Transferir ao tecido-alvo uma alta taxa de dose de radiação para destruí-lo.
↳ Não prejudicar os tecidos sadios adjacentes.
● Gerador de molibdênio -99/ tecnécio -99M (⁹⁹Mo/⁹⁹Tc)
Carlo Perrier e Emilio Segrè deram ao elemento 43 o nome de tecnécio, por se tratar de um elemento produzido artificialmente pelo homem. O tecnécio passou a ser considerado um marcador universal, graças as suas caraterísticas físicas, como meia-vida de 6 horas, decaimento por transição isomérica a ⁹⁹Tc (99,9%).
É obtido através de um gerador de molibdênio -99/ tecnécio -99M (⁹⁹Mo/⁹⁹Tc).
O sistema do gerador é simples, ocorre quando a meia-vida do radioisótopo designado “pai” é pelo menos 10 vezes maior que a meia-vida do radioisótopo designado “filho”. É constituído de uma coluna de alumina ou por uma resina de troca iônica como suporte, à qual se acha adsorvido o ⁹⁹Mo. Esse radioisótopo pai (T½= 67 horas) decai par o radioisótopo filho ⁹⁹Tc (T½= 6,02 horas). O ⁹⁹Tc resultante do decaimento é facilmente elido da coluna por meio de solução salina, utilizando um frasco a vácuo.
● Problema com o rendimento do gerador de ⁹⁹Mo/⁹⁹Tc
O gerador de ⁹⁹Mo/⁹⁹Tc pode apresentar alguns problemas durante o processo de eluição.
↳Falta de vácuo no frasco.
↳Se for observado um volume maior que o esperado (6ml), relata-se como causa uma eluição anterior incompleta com a ocorrência da radiòlise. A medida corretiva é passar vácuo no sistema utilizando um frasco a vácuo e reavaliar na próxima eluição.
↳ “bater” levemente o gerador contra o chão ou realizar o processo de eluição repetidas vezes.
↳Bolhas de ar ou bloqueio de tubos ou agulhas. Nesse caso, o fabricante o gerador deve ser contatado para realizar uma avaliação neste aparelho.
● Radiofármacos
Os radiofármacos não possuem ação farmacológica e podem ser definidos simplesmente como um substrato (substancias orgânicas ou inorgânicas, partículas, biomoléculas – anticorpos, proteínas – ou células sanguíneas) que funcionam como um vetor com certa especificidade por algum órgão ou por uma função fisiológica e/ou fisiopatológica e que, ligado quimicamente a um radioisótopo, pode ser utilizado para fins diagnósticos e terapêuticos.
Cerca de 95% dos radiofármacos são utilizados com intuito diagnostico e apenas 5% para fins terapêuticos, como o Iodo-131 (¹³¹I), amplamente utilizado para realização do tratamento do carcinoma diferenciado da tireoide. Em menor escala, há o ácido etilenodiamino tetrametileno fosfonato. O octreotado-DOTA- ¹⁷⁷Lu, que está sendo utilizados para tratamentos de tumores neuroendócrinos. 
● Controle de qualidade dos radiofármacos
Para que o radiofamaco seja utilizado em medicina nuclear, alguns requisitos básicos e características devem ser atendidos, como:
↳ Meia-vida física compatível 
↳ Toxicidade baixa
↳ Pureza radionuclídica e radioquímica
↳ Atividade específica
↳ Reprodutibilidade e efetividade
↳ Esterilidade e apirogenicidade
↳ Disponibilidade e preço baixo
O radiofarmácia deve estar em conformidade com as normas e os procedimentos farmacêuticos (BPF) que fazem alusão aos requerimentos de qualidade, eficácia e seguridade. Os condiotraçador no paciente, conforme exigências das RDC-63 e RDC-38 da Agencia Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa).
Os radiofármacos devem ser submetidos aos seguintes ensaios de controle de qualidade:
↳ Características organolépticas:
Toda solução injetável, deve apresentar aspecto límpido.
↳ Ph:
Todo radiofármaco deve apresentar ph com o valor 7,4.
↳ Pureza radionuclídica:
A pureza pode ser determinada pela medida das meias-vidas e características da radiação emitida.
↳ Pureza radioquímica:
Cada radiofármaco possui uma pureza específica, normalmente 90%. 
↳ Pureza química:
É a fração do material na forma química desejada, independente de estar radiomarcado ou não.
↳ Esterilidade:
Indica a ausência total de micro-organismos em uma preparação radiofarmacêutica.
↳ Apirogenicidade:
Todo radiofármaco deve se apresentar livre de pirogênios.
● Reagentes liofilizados marcados com ⁹⁹Tc
São moléculas ou complexos que são fornecidos em forma de conjunto de reativos liofilizados (kits) para serem marcados com ⁹⁹Tc nas clinicas ou serviços de medicina nuclear, para a realização do diagnóstico de diferentes doenças.
Para evitar problemas com marcação do reagente, o profissional deve seguir corretamente as instruções de preparo descritas nas bulas. Entre os principais pontos a serem observados durante o processo de marcação de um reagente liofilizado com ⁹⁹Tc, destacam-se:
↳ O reagente deve estar na temp. ambiente e dentro do prazo de validade;
↳ Verificar o volume e atividade adequados de ⁹⁹Tc na bula;
↳ A seringa com ⁹⁹Tc não deve ter bolhas de ar;
↳ Realizar assepsia da embalagem externa (frasco) para manter a esterilidade;
↳ Ao introduzir o ⁹⁹Tc, observar a presencia de vácuo ou gás inerte no frasco do reagente; e incubar pelo tempo e condições adequados.
A escolha do reagente linfilizado para marcar com ⁹⁹Tc dependerá do tecido ou órgão estudado. (Tabela):