Unidad 1. FP Imagen para el Diagnostico

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UT1. DEFINICIÓN DEL CAMPO DE LA MEDICINA NUCLEAR
1. ESTRUCTURA DE LA MATERIA
Los átomos son los elementos constitutivos de la materia, formando las estructuras de
menor tamaño que representan las propiedades físicas y químicas de los elementos.
Cada átomo consta de un núcleo, rodeado por electrones que orbitan a su alrededor. El
núcleo a su vez está compuesto por protones y neutrones que se denominan en conjunto
nucleones.
Los protones son partículas con carga positiva y su masa aproximada es de 1,67x10-24 g.
Dicha carga es de la misma magnitud y del signo contrario a la del electrón (1,602x10-
19 culombios). Los neutrones son un poco más pesados que los protones y su carga eléctrica
es neutra.
El elemento al que pertenece el átomo viene determinado por el número de protones que
tiene el núcleo.
Se ha desarrollado una notación abreviada para
describir o definir átomos específicos.

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UT1. DEFINICIÓN DEL CAMPO DE LA MEDICINA NUCLEAR
2. NÚCLIDOS Y RADIONÚCLIDOS
Un núclido es un átomo con un número concreto de
protones y neutrones, un radionúclido es un núclido
inestable que experimenta desintegración
radiactiva.
Los isótopos son núclidos con el mismo número de protones (Z), es decir, del mismo
elemento, pero con distinto número de neutrones (N).
Los isótopos tienen las siguientes características:
• Al mantener su número atómico (Z), sus propiedades químicas son las mismas. Por eso,
su comportamiento biológico es idéntico y los mecanismos de captación y metabolización
en el organismo no se modifican.
• La variación en el número de neutrones (N) puede provocar cambios en la estabilidad
nuclear.

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3. MODELO ATÓMICO
Los electrones se disponen en órbitas alrededor del núcleo, siendo el número de electrones
de cada átomo igual al número atómico Z (número de protones)
La orbita más cercana, denominada capa K está seguida por las capas L, M, N, O, P, Q,
actualmente llamadas 1, 2, 3, 4, 5 ,6, 7.
El máximo número de electrones de cada capa es:
• K (1): 2 electrones.
• L (2): 8 electrones.
• M (3): 18 electrones.
• N (4): 32 electrones.
• O (5): 32 electrones.
• P (6): 18 electrones.
• Q (7): 8 electrones.
Existen varias clases de orbitales que se diferencian por su forma y orientación en el espacio
(s, p, d, f). En cada nivel energético hay un número determinado de orbitales de cada clase,
considerándose al orbital atómico como la región del espacio donde existe una probabilidad
aceptable de que se encuentre un electrón. En cada orbital no puede encontrarse más de
dos electrones.
No puede haber más de 8 electrones en la capa más
externa de un átomo. Los electrones de las capas
más externas se denominan electrones de valencia y
tienen un papel destacado a la hora de definir las
propiedades químicas de los elementos. Los átomos
con la capa más externa rellena por completo (con 8
electrones) no muestran reactividad química y son
los gases nobles, situados en la última columna de la
tabla periódica.

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Los electrones se mantienen en sus orbitales gracias a la fuerza eléctrica existente entre su
carga negativa y la carga positiva de los protones del núcleo. Se denomina energía de enlace
del electrón a la energía necesaria para liberar un electrón de su orbital atómico, también
se conoce como energía de ionización. La máxima energía de enlace se encuentra en los
electrones de la capa más próxima al núcleo (capa K), y disminuye de forma progresiva en
las capas más distantes. Para que pueda extraerse un electrón de su capa, deberá superarse
dicha energía de enlace.
4. RADIACIONES
Se denomina radiactividad al fenómeno de transformación nuclear en busca de estabilidad.
En algunos casos, los núcleos son marcadamente inestables y tienden a transformarse
espontáneamente en otros más estables (menos energéticos) mediante su desintegración y
la emisión del excedente energético en forma de radiación.
RADIACIÓN CORPUSCULAR
Las radiaciones corpusculares o particuladas están compuestas por partículas subatómicas
que viajan a gran velocidad transmitiendo su energía cinética. Existen varios tipos de
radiación corpuscular:
• Radiación alfa (α), compuesta por núcleos de Helio.
• Radiación beta negativa (β-), compuesta por electrones.
• Radiación beta positiva (β+), compuesta por electrones positivos (positrones)
• Radiación neutrónica, compuesta por neutrones.
RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
La radiación electromagnética se trata de energía en forma de campos eléctricos y
magnéticos oscilantes, perpendiculares entre sí, en fase y en ángulo recto con la dirección
de propagación. Los elementos individuales de radiación electromagnética se denominan
fotones.

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La energía de la radiación electromagnética es uno de los factores que condiciona su poder
de penetración y por tanto sus aplicaciones, siendo las radiaciones más energéticas las más
penetrantes. En el espectro electromagnético, las radiaciones de alta energía (radiación X y
gamma) son las que presentan las mayores aplicaciones en el diagnóstico médico.
5. LÍNEA DE ESTABILIDAD N/Z
Para que no se desintegren los núcleos, a pesar de la repulsión electrostática a que se
encuentran sometidos los protones, existen los neutrones.
• Los núcleos ligeros tienen el mismo número de neutrones que de protones (N=Z),
N/Z=1)
• A medida que Z aumenta (núcleos pesados), la proporción entre neutrones y protones
en los núcleos estables se incrementa, de manera que el número de neutrones es
superior al de protones, (N>Z; N/Z>1), creándose así la línea de estabilidad.
Un núcleo fuera de la línea de estabilidad tiende a convertirse en estable desintegrándose
espontáneamente en otro más próximo a esa línea.
• Si el núcleo se encuentra a la derecha de la región de estabilidad, es porque tiene un
exceso de protones (N<Z; N/Z<1). Su estabilidad se consigue mediante una
desintegración que aumente la relación N/Z.
• Si el núcleo se encuentra a la izquierda de la región de estabilidad, es porque tiene un
exceso de neutrones (N>Z; N/Z>1). Su estabilidad se consigue mediante una
desintegración que disminuya la relación N/Z.

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6. DESINTEGRACIONES NUCLEARES
DESINTEGRACIÓN ALFA (α)
En este tipo de desintegración, el núcleo emite una radiación corpuscular. Cada corpúsculo
está formado por dos protones y dos neutrones, es decir, un núcleo de Helio (He)
Con la emisión de la partícula α (He), el núclido hijo quedará con dos unidades menos de
número atómico y cuatro unidades menos de número másico.
Este tipo de emisión radiactiva es propio de núcleos pesados, generalmente de A superior a
140, con poderosas fuerzas de repulsión electrostática entre los protones del núcleo.
DESITNEGRACIÓN BETA MENOS O NEGATRÓNICA (β-)
El proceso de desintegración negatrónica consiste en la conversión de un neutrón en un
protón, un electrón y una partícula subatómica denominada antineutrino. El protón
permanece en el núcleo y el negatrón es expulsado.
Los negatrones o partículas beta menos son idénticos a los electrones orbitales tanto en
masa como en carga y solo difieren en el hecho de que se originan a partir del núcleo
atómico.
El núclido hijo mantiene el mismo número másico pero su número atómico aumenta en una
unidad.

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DESITNEGRACIÓN BETA MÁS O POSITRÓNICA (β+)
El proceso de desintegración positrónica consiste en la conversión de un protón en un
neutrón, un positrón y una partícula subatómica denominada neutrino. El neutrón
permanece en el núcleo y el positrón es expulsado.
El positrón es la antipartícula del electrón, es decir, una partícula de idéntica masa y carga
del mismo valor pero de signo opuesto.
El nucleido hijo mantiene el mismo número másico, pero su número atómico disminuye en
una unidad.
REACCIÓN DE ANIQUILACIÓN
Aunque la radiación emitida en la desintegración positrónica es inicialmente corpuscular,
el positrón al ser expulsado del núcleo colisiona rápidamente con su antipartícula (el
electrón) desapareciendo ambos en la llamada reacción de aniquilación y resultando dos
fotones, emitidos en la misma dirección y sentidos opuestos. El balance final es pues una
transformación de materia en energía.
Como la energía equivalente a la masa de un
electrón o positrón es de 0,511MeV, esta será la
energía de cada uno de los fotones emitidos. Dicha
emisión electromagnética se sitúa, por su valor
energético en la radiación gamma (γ).
Los radionúclidos utilizados en la tomografía por
emisión de positrones (PET) son de este tipo.

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DESINTEGRACIÓN POR CAPTURA ELECTRÓNICA (CE)
Este tipo de desintegración se caracteriza por la absorción por parte del núcleo de un
electrón situado en uno de los niveles de energía más internos (capa K o L).
Este electrón se combina con un protón nuclear generando un neutrón, que permanece en
el núcleo y se emite un neutrino.
El hueco dejado por el electrón capturado es inmediatamente ocupado por otro electrón de
una órbita más externa, emitiéndose una radiación electromagnética de alta energía
correspondiente al diferencial energético entre ambos orbitales.
El núclido hijo mantiene su número másico y disminuye una unidad su número atómico, por
lo que las consecuencias son idénticas a las derivadas de la desintegración positrónica, pero
sin la emisión de positrón.
La captura electrónica es un proceso competitivo con la desintegración positrónica. En
algunos casos un mismo radionúclido puede desintegrarse alternativamente por emisión
positrónica o por captura electrónica, dando lugar, en ambos casos, al mismo núclido hijo.
En los elementos pesados es más frecuente la captura electrónica porque los orbitales
electrónicos tienen radios más pequeños.
DESINTEGRACIÓN POR TRANSICIÓN ISOMÉRICA (TI)
Las formas de desintegración descritas anteriormente corresponden a mecanismos que
permiten compensar excesos de masa y carga. Sin embargo, algunos radionúclidos son
inestables simplemente porque se encuentran en un nivel energético superior al normal.
El proceso por el que un núcleo pasa de un estado excitado a otro de menor energía se
denomina transición isomérica y se acompaña de emisión del excedente energético en
forma de radiación gamma (γ)

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7. LEY DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
ACTIVIDAD RADIACTIVA (A)
Se denomina actividad radiactiva al número de desintegraciones por unidad de tiempo.
Es proporcional al número de nucleidos y a su constante de desintegración (λ) y disminuye
con el tiempo de forma exponencial.
CONSTANTE DE DESINTEGRACIÓN (λ)
La desintegración radiactiva no depende de factores externos, solo depende del propio
núcleo y viene definida por dicha constante de desintegración, que define la probabilidad
de que el isótopo se desintegre en la unidad de tiempo.
• Si λ es alta, el núcleo se desintegrará rápidamente.
• Si λ es baja, el núcleo se desintegrará lentamente.
Cada radionúclido tiene su propia λ y es siempre la misma.
PERIODO DE DEMIDESINTEGRACIÓN O SEMIPERIODO (T1/2)
Es el tiempo que tarda en desintegrarse exactamente la mitad del número de átomos que
existía al inicio, el cual es característico y constante de cada radionúclido.
Se expresa en unidades de tiempo, que va de años a segundos.