TEMA 6. BASES FISICAS DE LA MEDICINA NUCLEAR completa.ppt.pdf

BASES FISICAS
DE LA MEDICINA NUCLEAR
Diana Sánchez
Médico Nuclear

BASES FISICAS DE LA MEDICINA NUCLEAR
INTRODUCCION:
•La utilización de sustancias radioactivas es la base de
la medicina nuclear (MN), sin ellas no existiría esta
especialidad
•Por este motivo, el conocimiento de las
características, propiedades y comportamiento físico
de este tipo de átomos resulta imprescindible para
comprender el proceso de obtención de las imágenes
de la MN

•La parte más pequeña de la materia de un elemento que
puede participar en una reacción química es el átomo, el cual,
está compuesto de un núcleo de protones y neutrones y
alrededor de éste, se encuentran diversas capas donde se
encuentran electrones

Estructura de la materia
▪ En el átomo encontramos 3 partículas fundamentales:
Neutrones
Protones
Electrones Corteza
Núcleo
e

Estructura Atómica
• Los e-
giran en órbitas alrededor del núcleo y a cada órbita
corresponde un nivel de energía: las más próximas al núcleo
corresponden a niveles de energía mas bajos
= > energía
= < energía

protones = número atómico
protones + neutrones = número másico
43
número
atómico
(98)
Número
másico

• Existen algo más de cien elementos químicos distintos, la diferencia
entre ellos se debe a que poseen distinto número de protones en su
núcleo = se diferencian entre si por su número atómico (Z)
Uranio Z=92 Carbono Z=6 Tecnecio Z=43
• Aunque los átomos de un elemento tienen el mismo número de
protones en el núcleo (número atómico Z), el de neutrones puede
variar (número másico A), dando origen a diferentes “especies” o
núclidos de un mismo elemento
• Núclido: un átomo con un número característico de protones y de
neutrones.
Número atómico: protones
Número másico: p + n

Núclido es el nombre genérico que se aplica a todos los átomos
que tienen un número específico de protones (número atómico) y
de neutrones
Para distinguir entre un núclido y otro, se emplea el símbolo
químico del elemento correspondiente y se coloca a su izquierda
dos cantidades: arriba su número másico A (protones + neutrones),
y debajo su número atómico Z (protones)
Así el número de neutrones N es la diferencia N = A - Z

Dos núclidos que difieren en el número másico pero tienen un mismo
número atómico son "especies" de un mismo elemento químico. Es
decir que estos dos núclidos son isótopos de dicho elemento
De acuerdo con estas definiciones núclido se refiere a considerar
cada especie por sí misma, mientras que el concepto isótopo implica
una relación de comparación
Familia RODRIGUEZ
RODRIGUEZ
López
RODRIGUEZ
Gómez
RODRIGUEZ
Guzmán
núclidos
isótopos
Un núclido es cada una de las posibles agrupaciones de nucleones (protones y neutrones),
caracterizadas por un número másico A (protones + neutrones), un número atómico Z
(protones) y un número N = A – Z (neutrones)
Estos núclidos son isótopos de dicho elemento ( por ej: familia Rodríguez)

Estos núclidos son isótopos del mismo elemento (Carbono)
12
C (seis protones y seis neutrones) Z=6 A=12
13
C (seis protones y siete neutrones) Z=6 A=13
14
C (seis protones y ocho neutrones) Z=6 A=14

Si se tiene 1 gramo de
molibdeno 99
Mo, justo ahora
mismo, entonces cuando
pasen 66 horas, se tendrá
medio gramo de 99
Mo y medio
gramo de tecnecio 99
Tc.
El 99
Mo se obtiene al
bombardear uranio 235
U con
neutrones (fisión).
El 99
Mo resultante, decae con
una semi-vida de 66 horas, a un
estado metaestable de Tecnecio
(99m
Tc)

Los núclidos se clasifican en: isótopos
isóbaros
isótonos
isómeros
Isótopos: igual número atómico (protones), pero distintos números
de masa (protones + neutrones)
"iso“: igual y "topos“: lugar
Isóbaros: igual número másico (p+n), pero distinto número atómico
(p)
Isótonos: igual número de neutrones, pero con números atómico
(p) y másico (p+n) distintos
Isómeros: números másico (p+n), atómico (p) y neutrones (N)
iguales, y difieren únicamente por su estructura de agrupamiento,
que implica diferente nivel energético

mismo número atómico: Z
15
O y 16
O 8
8
Isótopos: Son átomos de un mismo elemento
Tienen el mismo número atómico Z (presentan propiedades
químicas iguales), pero diferente número de neutrones en su
núcleo, es decir diferente número másico A
Si la relación entre el número de protones y de neutrones no es
la apropiada para obtener la estabilidad nuclear, el isótopo es
radiactivo.

Isómeros:
•Mismo número atómico (Z), mismo número másico (A), pero
diferente estado energético
•Núcleo excitado que tiende a retornar a estado fundamental
emitiendo radiación electromagnética:
99
Tc y 99m
Tc

El isómero del Tecnecio es 99m
Tc, que es la sustancia radioactiva
más utilizada en Medicina Nuclear y que se conoce como Tecnecio
99 metaestable.
El tecnecio 99m
Tc es inusual, ya que tiene una vida media de emisión
gamma de 6 horas (muy larga para un decaimiento electromagnético)
Esa “larga” semi-vida para su estado excitado y que conduce a este
decaimiento hace que se le denomine metaestable 99m
Tc: es inestable
(excitado), pero no tanto pues tiene una vida media “relativamente” larga.

Algunos isótopos son naturales (por ejemplo: hidrógeno) y otros
artificiales producidos en laboratorios por bombardeo de
partículas subatómicas o en centrales nucleares
Aunque la gran mayoría son estables, existen isótopos con
núcleo inestable y son llamados radioisótopos o isótopos
radioactivos ya que buscan la estabilidad produciendo
desintegraciones espontaneas del núcleo y a su vez la emisión
de radiación (partículas), cuya energía es característica para
cada isótopo
El número de desintegraciones o transformaciones espontáneas
por unidad de tiempo (en 1 seg) se conoce como actividad

RADIOACTIVIDAD
Un isótopo puede ser inestable (radioisótopo) por un
exceso de Protones o de Neutrones que producen un
desequilibrio:
- Cuando hay un exceso de neutrones el átomo puede presentar
desintegración Beta negativa ( B -)
- Cuando tiene exceso de protones, suele presentar
desintegración Beta positiva ( B +)
- Cuando tiene exceso de protones en isótopos con números
atómicos (Z) altos mayores de 80, ocurre con frecuencia la
desintegración Alfa

PROCESOS DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA
•Procesos mediante los cuales un isótopo inestable
(radioisótopo) alcanza la estabilidad, emitiendo radiación o
partículas, dando lugar a la aparición de nuevos nuclídos
•De esta forma se genera una cadena de nuevos isótopos que
dan lugar a nuevos procesos de desintegración asemejando un
árbol genealógico:
El “padre” es el radioisótopo origen y el resto representan a los “hijos”
es decir los isótopos resultantes de la desintegración
99
Molibdeno
99
Tecnecio
Padre
Hijo

PROCESOS DE DESINTEGRACION RADIOACTIVA
Esta emisión espontánea de radiación (partículas) por parte de
un isótopo inestable buscar por lo general la transformación en
un isótopo estable, no obstante algunas veces se genera otro
isótopo igualmente inestable
Entre los isótopos radioactivos inestables y artificiales está el
99m
Tecnecio, el más usado en Medicina Nuclear
La letra m significa metaestable (“aparentemente estable” o
menos inestable), emisor de rayos gamma de energía de 140
keV que decae rápidamente con una vida media de 6 horas

Haz de partículas Haz de partículas
Haz sin partículas (sin carga eléctrica)
(FOTONES)
α
γ
β
Los procesos de desintegración producen RADIACIONES
IONIZANTES alfa, beta (positivas, negativas) gamma y
captura electrónica

DESINTEGRACIÓN ALFA
Ocurre cuando un isótopo inestable con núcleo pesado
(número atómico >80) tiene exceso de protones, generando
en el núcleo una alta repulsión eléctrica, emitiendo a alta
velocidad una partícula alfa (2n y 2p)
El núcleo residual queda con cuatro unidades menos de
número másico (n+p) y dos unidades menos de número
atómico (p)
-Recorren un trayecto muy corto en el que
depositan toda su energía
-Son detenidas por una hoja de papel o
por la piel.
Núcleo con 2 protones y 2
neutrones menos

DESINTEGRACIONES BETA
Ocurren por exceso de neutrones o de protones
(ß negativa) (ß positiva)
1. Desintegración Beta negativa (B -): emisión espontánea de
electrones (partículas beta negativas) debido al exceso de neutrones.
Un neutrón se convierte en: un protón, un electrón y un antineutrino
electrónico
El número atómico del “hijo” aumenta al producirse un protón mas (Z+1)
pero su número másico no cambia
B- se usa en terapia metabólica
ß-

(-)
DESINTEGRACION BETA NEGATIVA

2. Desintegración Beta positiva (B+):
Emisión de un POSITRON (antipartícula del electrón), debido al
exceso de protones
Un protón se transforma en un POSITRON, un neutrón y un
neutrino
El número atómico del “hijo” disminuye al perderse un protón (Z-1)
Los positrones son la antipartícula del electrón,
misma masa y energía con carga positiva, en
cuanto se ponga en contacto con un electrón
reacciona aniquilándose, en dos fotones de 511
keV
B+ (Positrones = PET)

Desintegración Beta positiva (B+):
POSITRON
un neutrón
y un
neutrino
protón

Beta (+)
DESINTEGRACION BETA POSITIVA Y GAMMA
(-)

DESINTEGRACIÓN GAMMA
El núcleo que se encuentra con un exceso de energía pasa
a un nivel de menor energía mediante emisión de radiación
electromagnética llamada radiación gamma
Un ejemplo de esta desintegración es el 99m
TC y que se
desintegra con la emisión de radiación gamma con una
energía de 140 KeV
- Recorre una gran longitud
- Es muy penetrante: requiere de materiales como plomo y
hormigón para ser detenida

Decaimiento del radioisótopo 99m
Tc:
El modo de desintegración dominante da el rayo gamma de 140,5 keV
(98,6%)

DESINTEGRACIÓN POR CAPTURA ELECTRÓNICA
Los electrones durante su movimiento se acercan al núcleo y este
captura un electrón cuando el átomo es rico en protones (+),
emitiéndose posteriormente una radiación X característica.
Ocurre principalmente con los electrones de las capas más cercanas al
núcleo (electrones K) y es menos probable en las capas mas lejanas.
El electrón capturado se asocia con un protón
para dar origen a un neutrón y un neutrino:
Electrón + protón = neutrón y neutrino
(capturado)
Radiación X

DESINTEGRACIÓN POR CAPTURA ELECTRÓNICA
•El “espacio” del electrón capturado es ocupado por un
electrón de una orbita más alejado que al bajar de órbita
libera energía
Electrón + protón = neutrón y neutrino
(capturado)
•El nucleído hijo resultante es Z-1
pierde un protón que se fusiona
con el electrón capturado

DESINTEGRACION POR CAPTURA ELECTRÓNICA
(RAYOS X)

ACTIVIDAD
Expresa la cantidad de radionúclido que contiene una
sustancia radioactiva y representa el número de
desintegraciones o transformaciones espontáneas por unidad
de tiempo (en 1 seg)
▪La unidad en el sistema internacional (SI) es el Bequerelio
(Bq), que representa la actividad correspondiente a una
desintegración por segundo
▪La unidad antigua es el curio Ci, es la actividad de una
sustancia que experimenta 3.7x10 10
desintegraciones/seg

1 mCi (milicurio) = 37 MBq (megabequerelios)
Habitualmente la actividad se expresa en submúltiplos:
1 mCi (milicurio) = 37 MBq (37 x 106
Bq)
1 µCi (microcurio) = 37 kBq (37 x 103
Bq)

Unidades de Actividad
ELECTRON-VOLTIO (eV)
Es la unidad de energía utilizada en física atómica
Se usa habitualmente el múltiplo Kilo-electrón-voltio (keV)
1000 eV = 1 keV
-Rayos gamma de 99mTc = 140 keV
-Fotón de aniquilación Beta positiva (PET) = 511 keV

Período de semidesintegración o T/2
• Se define como tiempo necesario para que la actividad de
una sustancia radiactiva se reduzca a la mitad
• Dicha magnitud es muy variable de unos átomos a otros
• La velocidad no depende de factores externos, depende
del mismo núcleo

Período de semidesintegración o T/2
• Ejemplos de T/2
18
F = 110 minutos
99m
Tc = 6 horas
123
I = 13,3 horas
67
Ga = 78 horas
131
I = 8,04 días

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA
•Una de las características de las radiaciones es su capacidad para
penetrar en la materia e interaccionar con los átomos constituyentes
de la misma
•En estas interacciones, la radiación
pierde parte de su energía, o la
totalidad, que es absorbida por el
medio material que está atravesando.
•Esta transferencia de energía es la causa
de los distintos efectos producidos por las
radiaciones, tales como los efectos
biológicos sobre la materia viva.
Reducción del #
partículas
radioactivas
•Transferencia de
energía al medio

INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA
DE LA RADIACION CON LA MATE
Ionización:
Si un e- de la corteza recibe una energía
que es superior a su energía de enlace, será
expulsado del átomo y se formará un par de
iones
- ión positivo: formado por el átomo al que ahora le
falta un electrón
- ión negativo: el electrón libre / expulsado
Excitación:
Si la energía recibida hace que el
electrón sea promocionado a un orbital
de mayor energía
Esta energía no es tan fuerte como
para expulsar el e- del átomo
IONIZACIÓN y EXCITACIÓN
Fenómenos por los que se produce la atenuación
Cada órbita atómica tiene un nivel propio de energía que se comunica a los
electrones de esa órbita para mantenerlos alejados del núcleo

Radiaciones IONIZANTES
•Se denominan radiaciones ionizantes a todas aquellas
partículas (electrones, neutrones, protones, partículas
alfa, fotones) que tienen la propiedad de penetrar en la
materia y producir ionización en los átomos
constituyentes de la misma

Radiaciones IONIZANTES
•En el caso de los fotones (radiación electromagnética)
solo aquellos con suficiente energía para extraer
electrones de los átomos (rayos X y radiación gamma) son
radiaciones ionizantes
•Para distinguir estos tipos de radiación electromagnética
que siempre causan ionización, se establece un límite
energético inferior arbitrario para la radiación ionizante,
que se suele situar en torno a 10 kiloelectronvoltios (keV)

INTERACCIÓN DE LOS FOTONES CON MATERIA
La interacción de los fotones con la materia depende
de su energía y de la naturaleza del medio estas
interacciones se produce por tres fenómenos de
gran interés en imagen:
a)Efecto Fotoeléctrico
b) Efecto Compton
c) Producción de pares
El hecho que se produzca cada efecto depende de la ENERGÍA DE LA
RADIACIÓN Y DEL MATERIAL ABSORBENTE

EFECTO FOTOELÉCTRICO
Fotón interactúa con un electrón de la
corteza, le absorbe toda su energía,
lo expulsa y actúa como un partícula
ionizante
•Es el efecto que predomina a
energías bajas (< 100 keV)

EFECTO COMPTON
Fotón colisiona con un
electrón cortical al que le
cede parte de su energía
proporcionándose energía
capaz de producir
ionización del átomo
El fotón final ha perdido su trayectoria y ha perdido energía.
El electrón es expulsado del átomo

CREACION DE PARES
Al colisionar el fotón es absorbido
totalmente hacia el núcleo,
interactúa con el núcleo y se
produce conversión de energía en
materia, generándose un positrón
y un electrón
•Este fotón debe tener una alta energía (>1.022 keV= 1.02 MeV)
para producir el positrón y el electrón
El positrón se aniquila con un electrón, emitiendo dos fotones de
511 keV cada uno

Interacción de los fotones con la materia
La absorción por efecto fotoeléctrico es
mayoritaria si el haz de fotones es de
baja energía
La absorción por efecto Compton
domina en las radiaciones de
energía intermedia
La creación de pares no es posible si el fotón
incidente es de menos de 1.02 MeV (esta
energía no se utiliza en medicina nuclear)

Al colisionar el fotón es absorbido totalmente hacia el núcleo,
interactúa con el núcleo y se produce conversión de energía en
materia, generándose un positrón y un electrón
Fotón colisiona con un electrón de la corteza al que le cede parte
de su energía proporcionándose energía capaz de producir
ionización del átomo
El electrón es expulsado del átomo
El fotón final ha perdido su trayectoria y ha perdido energía
Fotón interactúa con un electrón de la corteza, le absorbe toda su
energía, lo expulsa y actúa como un partícula ionizante
INTERACCIÓN DE LOS FOTONES CON MATERIA

NATURALEZA DE LA SUSTANCIA ATRAVESADA
•A mayor Z del material absorbente, mayor absorción por
efecto fotoeléctrico y por formación de pares si el haz es de
alta energía
•Para las radiaciones utilizadas en MN los mecanismos
de absorción son por efecto Compton y en menor medida
por efecto fotoeléctrico
•La atenuación de las radiaciones al atravesar la materia es
la base para la construcción de los blindajes

TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGÍA (TLE)
Cuando las radiaciones ionizantes atraviesan la materia, van
cediendo su energía en el medio (interacciones) y produciendo
ionizaciones, es decir que en cada punto donde interactúen van
a depositar una pequeña cantidad de energía
La energía cedida al medio se llama transferencia lineal de
energía (TLE)
La TLE determina el daño biológico
Depende de las características de la radiación (fotones,
electrones, partículas alfa o positrones) y del número atómico
de la materia absorbente

DOSIS ABSORBIDA
Corresponde a la energía depositada por unidad de masa y esta
relacionada con el daño biológico producido por las radiaciones
ionizantes
Se expresan con la unidad del (SI) sistema internacional Gray (Gy)
DOSIS EQUIVALENTE
Es la magnitud utilizada para expresar la dosis absorbida multiplicada
por un factor de ponderación que tiene en cuenta el tipo de radiación
ionizante que produce la exposición
Mide el efecto biológico de las radiaciones
La unidad es el julio/kg que se denomina sievert (Sv)
DOSIS EFECTIVA
Sumatorio de dosis equivalente (en cada órgano/tejido) multiplicado
por un factor de ponderación que tiene en cuenta la diferente
sensibilidad de órganos y tejidos a la radiación ionizante
Mide el riesgo de las radiaciones
La unidad es el julio/kg que se denomina sievert (Sv)
Magnitudes y unidades de medida de las radiaciones ionizantes
Las radiaciones ionizantes son invisibles, silenciosas, inodoras, insípidas y no pueden tocarse, en definitiva no podemos
detectarlas con nuestros sentidos. Sin embargo, se pueden detectar y medir por distintos procedimientos:

Para entender todas estas magnitudes, vamos a imaginarnos que estamos debajo de una tormenta de
granizo…
La cantidad de granizo que cae representa la actividad radiactiva.
No todos los granizos que caen nos alcanzarán y solo aquellos que impacten con nuestro cuerpo son
los que nos van a producir daño, por tanto el número de granizos que nos alcancen representará la
dosis absorbida
DOSIS ABSORBIDA
Aquellos que impacten con nuestro cuerpo
son los que nos van a producir daño, por
tanto el número de granizos que nos
alcancen representará la dosis absorbida
DOSIS EQUIVALENTE
Daño producido en función del
número y tamaño del granizo
DOSIS EFECTIVA
Daño producido a la persona en función del
número y tamaño del granizo y de la parte
del cuerpo con la que impacta
ACTIVIDAD RADIOACTIVA
(cantidad de granizo que cae)
El daño que nos produzca el granizo no sólo
dependerá de la cantidad y del tamaño del
granizo que nos impacten (cuanto mayor sea
su número y su tamaño más daño nos hará)
La cantidad de granizo que nos alcanza y su
tamaño es lo que, para las radiaciones
ionizantes, nos indica la dosis equivalente
Por último, si realmente queremos saber el daño que nos producirá el granizo, además del número que
nos impacta y su tamaño, tendremos que tener en cuenta en qué parte de nuestro cuerpo nos alcanzan,
ya que no todas ellas son igual de sensibles.
Lo mismo ocurre con las radiaciones ionizantes y los tejidos de nuestro cuerpo y por eso es necesario
utilizar la dosis efectiva

Existen una gran variedad de instrumentos que permiten medir las radiaciones ionizantes:
contadores de radiactividad y dosímetros
Un dosímetro es un instrumento que permite medir la dosis de radiación ionizante.
Existen una gran variedad de dosímetros, por lo que es importante seleccionar el más
adecuado en función de la utilización que esté prevista. Así, existen dosímetros
personales o de área
Los dosímetros personales se utilizan cuando es necesario medir la dosis recibida por
una persona determinada. Existen distintos tipos de dosímetros personales: de solapa, de
muñeca o anillo, utilizándose uno u otro dependiendo de la zona del cuerpo que pudiera
recibir la irradiación
Los dosímetros de área se utilizan cuando no es necesario conocer la dosis recibida por
una persona determinada, pero si es necesario conocer las dosis recibidas en lugares o
puestos de trabajo

❖¡Transmutación de la materia!
❖¡Obtención de gran cantidad de energía!
REACCIÓN NUCLEAR
Bombardeo nuclear con partículas o fotones de alta energía.
El núcleo resultante puede ser inestable: ¡RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL!
BLANCO (proyectil, partícula o fotón desprendido) NÚCLEO RESIDUAL
B( p, p´)X

• REACCIONES DE DISPERSIÓN: El proyectil se dispersa. No hay núcleo compuesto
* Colisión mecánica elástica: no hay alteración nuclear
* Colisión inelástica: núcleo excitado
• CAPTURA RADIATIVA: El núcleo compuesto emite radiación gamma (1 fotón o
cascada de fotones)
113
Cd (n, γ) 114
Cd
• EMISIÓN DE PARTÍCULAS: El núcleo compuesto emite partículas
(Típica de núcleos ligeros. En núcleos pesados hay una barrera coulombiana mayor)
6
Li(n,α)3
H 14
N(n,p)14
C
• FOTODESINTEGRACIÓN: El proyectil es un fotón
REACCIÓN NUCLEAR

FISIÓN: El núcleo compuesto se escinde en varios fragmentos asimétricos
emitiendo neutrones
Ej.: 235
U bombardeado con un neutrón; en su fragmentación emite otros neutrones
Fermi fue el primero en conseguir una reacción en cadena en un reactor nuclear.
Universidad de Chicago, 1942
FUSIÓN: varios núcleos ligeros se unen para formar otro más pesado
REACCIÓN NUCLEAR

TEMA 6. BASES FISICAS DE LA MEDICINA NUCLEAR completa.ppt.pdf

TEMA 6. BASES FISICAS DE LA MEDICINA NUCLEAR completa.ppt.pdf

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a TEMA 6. BASES FISICAS DE LA MEDICINA NUCLEAR completa.ppt.pdf

Similar a TEMA 6. BASES FISICAS DE LA MEDICINA NUCLEAR completa.ppt.pdf (20)

Último

Último (20)

TEMA 6. BASES FISICAS DE LA MEDICINA NUCLEAR completa.ppt.pdf