Bases físicas

2. Medicina Nuclear
 Especialidad médica dedicada a tratamiento y
diagnóstico patologías mediante el uso de
rayos gamma.
 Usa fuentes emisoras de radiación:
 isótopos radiactivos ligados a radiofármacos,
administrados al paciente
 Se dirigen y fijan según función biológica en órgano
en estudio
 Detector externo
 Gammacámara, SPECT, PET, PET/CT
 Rodea a paciente
 Mide y luego visualiza distribución de los núcleos,
obteniendo imagen nuclear

3. Isótopos radiactivos
 Átomo formado por e, p y n
 Número másico (A) = p+n
 Número atómico (Z)
 N° protones. Define identidad del átomo,
propiedades químicas y físicas
 Isótopo
 Átomo con igual Z pero distinto A (≠ n° neutrones)
 Mantiene propiedades químicas del átomo. Por
ende, comportamiento biológico, mecanismo de
captación y metabolización NO se modifican.
 Pero, variación n° neutrones condiciona estabilidad.

5.  P y n se unen porque les resulta menos energético, por
ende, más estable.
 Durante formación del núcleo se libera masa en forma
de energía conocida como energía de enlace.
 Defecto de masa
○ La masa total de un núcleo no coincide con la suma de la
masa de las partículas nucleares que lo componen; el núcleo
como unidad pesa menos, por una equivalencia que existe
entre masa y energía según la expresión: E= mxc^2
 Energía de enlace
○ La energía que se libera durante la formación del núcleo
debido a la pérdida de masa por los nucleones.
○ Si se deseara desintegrar un núcleo en sus nucleones
constituyentes, es preciso aplicar al menos un valor
energético igual a su energía de enlace.
○ Es por este motivo que la energía de enlace es uno de los
parámetros que caracterizan la estabilidad del núcleo.

6.  Si energía media de enlace es:
 Alta  núcleo estable
 Baja  núcleo inestable
 Además esta varía de acuerdo a:
○ A y Tipo combinación n+p
 Existen núcleos formados que son marcadamente
inestables, pero que tienden a transformarse
espontáneamente en otros más estables a través de su
desintegración y emisión de excedente energético en
forma de radiación.
 Radiactividad
 Fenómeno de transformación nuclear en busca de la
estabilidad, a este tipo de isótopos se le llama isótopos
radiactivos, radioisótopos, radionúclidos o
radionucleídos.
 Estos permiten obtener imagen y realizar tratamiento.

7. Estabilidad nuclear
 Afectada por n° n; presencia de estos
impide desintegración núcleo por
repulsión entre protones
 Núcleos ligeros poseen N=Z para
mantenerse estables
 Pero, con Z>30 aumenta N para
mantener estabilidad

8.  Atomos que tienen un Z muy
elevado abandonan la bisectriz
y poseen valores de N muy
elevados, y tienden a buscar la
estabilidad desintegrando
espontáneamente.
Posición en banda estabilidad
 Si está al lado derecho, posee
exceso de protones y su
desintegración se obtiene
aumentando N/Z
 Si está al lado izquierdo, posee
exceso de neutrones y se estabiliza
disminuyendo N/Z
Banda de
Estabilidad
nuclear
Además, es posible apreciar que el tipo de decaimiento puede ser a través de partículas,
radiación pura o ambas; y que puede dar origen al fenómeno de transmutación, es decir,
cambiar las propiedades del núcleo original. Todos los isótopos con número atómico
sobre 84 (Polonio), son radiactivos.
↓ N/Z
↑ N/Z

9. Tipos de radiaciones
 Propagación energía a través de un medio en un tiempo
determinado
 Resulta de:
 Choque electrones de alta Ek con material de alto Z (rayos x)
 Desintegración núcleo que busca estabilidad (alfa, beta,
neutrones y gamma)
 Existen 2 tipos según características:
1. Radiación corpuscular o de partículas
 Partículas subatómicas que viajan a gran Vo transfiriendo Ek
 Alfa, beta negativa, positrones y neutrones
2. Radiación electromagnética
 Propagación E electromagnética en forma de fotones
 Viajan a C en vacío y E depende su v o λ
 Rayos X  movimiento electrón capa > a < E
 Rayos Gamma  movimiento nucleones de niveles de > a < E
 La energía medida en eV condiciona su poder de penetración y
aquellas radiaciones de alta energía que atraviesan el cuerpo
permiten imágenes médicas.

10. Desintegración nuclear
 Decaimiento radiactivo es producido por
un intercambio de energía y
reordenamiento componentes del
núcleo; lo que origina emisión de
partículas o radiación electromagnética.
 De acuerdo a su naturaleza hay
distintos tipos de desintegraciones

11. Desintegración alfa (α)
 Radiación corpuscular formada por 2p+2n
(núcleo de He)
 El resultado de esta emisión es un núcleido
hijo con un Z 2 unidades menor que el padre y
un A 4 unidades menor.
 Se produce un nuevo elemento con lugar Z-2
en tabla periódica
 Ocurre en elementos pesados (Z > 83,
Bismuto o Bi)

12. Desintegración Beta Negativa (β-)
 Ocurre en núcleos inestables que poseen exceso de
neutrones.
 Se estabiliza transformando un neutrón en protón,
que permanece en el núcleo, a la vez que se emite
un electrón y un antineutrino.
 Núcleido hijo mantiene A, pero Z aumenta en 1
unidad (transmutación)
 Núcleo suele quedar excitado, por lo que emite un
rayo gamma, para volver a estado basal, lo que se
usa imagen de MN (I 131)

15. Desintegración Beta Positiva (β+
o positrones)
 En núcleos inestables con exceso de protones
o escaso n° de neutrones
 Se estabiliza convirtiendo un protón en
neutrón, que permanece en el núcleo, seguido
de la emisión de un neutrino y un positrón
(antipartícula del electrón, con misma masa y
carga, pero signo contrario)
 El núcleido hijo tendrá un Z menor

16. Desintegración Beta Positiva (β+
o positrones)
 Esta emisión de principio es de tipo corpuscular,
pero luego se transforma en una de tipo
electromagnética
 Al salir el positrón del núcleo colisiona con un
electrón orbital, se aniquilan mutuamente, originando
2 fotones sin Q ni m, con la misma dirección pero en
sentidos opuestos.
 La E de cada fotón equivale a la masa de un
electrón o un β+ = 0,511 Mev
 Isótopos emisores de positrones se usan en PET

19. Captura electrónica
 En núcleos inestables con un mayor n° de protones.
 Núcleo absorbe e orbital K o L, que se combina con
un protón, para formar un neutrón, que permanece
en el núcleo y se emite un neutrino.
 La vacante es llenada por e más externo, emitiendo
fotón alta% energético, correspondiendo a diferencia
E entre ambos orbitales.
 Núcleo hijo posee un Z menor.

20. Captura electrónica
 Este decaimiento suele competir con
desintegración β+
 Un núcleo se puede desintegrar por ambas
alternativamente dando el mismo
resultado.
 Pero, este decaimiento es más común en
átomos pesados debido a que sus radios
orbitales son menores.
 Ej. En Talio 201

21. Desintegración por transición
isomérica
 Ocurre en radionúclidos que son inestables sólo
porque tienen nivel energético superior al normal.
 Están excitados y para estabilizarse emiten
radiación gamma pura, lo que se denomina
transición isomérica.
 Comúnmente, son estos estados excitados son
breves y se acompañan de emisión alfa y beta.
 Pero, los que se mantienen más tiempo excitados
son los radionúclidos metaestables, que emiten
rayos gamma puros.
 Ej. Tc 99m, el más usado en MN diagnóstica

22. Desintegración por emisión de
neutrones
 Rara en naturaleza y se limita a reactores
nucleares y aceleradores lineales.
 Ocurre cuando un átomo de núcleo pesado
(blanco) es bombardeado por un neutrón (sin
carga llega fácilmente al núcleo para
desestabilizarlo)
 Se originan 2 núcleos distintos y más livianos
 Más 2,5 neutrones, los que al chocar con un nuevo
núcleo causan su ruptura, generando reacción en
cadena (principio reactor)
 Neutrón puede cruzar más de 1m pared
hormigón y viajar largas distancias al ser
emitido, solo frenado por un núcleo de materia
(neutrón lento)

23. Para conseguir la estabilidad, un núcleo puede
desintegrarse las veces que sean necesarias, a
través de emisiones de radiación y energías
distintas; pudiendo originar otros núcleos
inestables que continuarán desintegrándose
hasta alcanzar un elemento estable.

24. Ley desintegración radiactiva
 Es un proceso aleatorio. Se puede conocer ley que rige
decaimiento de un núclido, tomando en cuenta un gran n°
átomos del mismo.
 Actividad radiactiva: expresa el n° de desintegraciones
por tiempo
 1 Bq=1 desintegración/s
 1 Cu= 3,7x10 ^10 desintegraciones/s, siendo la actividad
de 1 gr de Radio 226.
 En MN se sitúa en mCi o MBq y µCi o KBq
λ: Constante de desintegración
radiactiva (representa la probabilidad
de que el isótopo se desintegre en la
unidad de tiempo y es propia de cada
radionúclido- λ=0,693/T½).

25. Ley desintegración radiactiva
 Desintegración no depende de de t°, p°,
etc.la velocidad de decaimiento tan sólo
depende del núcleo y se define por λ.
 A > λ, más rápido decae y viceversa.

26. Periodo de semidesintegración o
semiperíodo (T½)
 Tiempo promedio que tarda isótopo en desintegrarse.
 Define tiempo que tarda en desintegrar exactamente la
mitad del n° de átomos que habían al inicio.
 Es característico de c/a núcleo y se mide en unidad de
tiempo.
 Determina aplicabilidad núcleo a MN:
 No sirven:
○ T½ muy largos (meses, años)  larga exposición
○ T½ my cortos (minutos, segundos) período exploración será
muy corto
 Sirven:
○ T½ de horas a días (18F: 110 min.; 99mTc: 6 hrs.; 131I: 8 días)
decaimiento ocurre de forma exponencial
Desintegración radiactiva de un
radionúclido.

27. T½ efectivo
 Al administrar radionúclido, el tiempo de
emisión radiactiva es menor que el
establecido por decaimiento físico.
 Trazador es eliminado por biológicamente
eliminado (renal, fecal, etc).
 Siendo el T½ efectivo el que considera
el decaimiento físico y biológico:

28. Interacción radiación con la
materia
 Haz de radiación transporta E, como onda
o partícula
 Característica del haz: penetrar materia e
interacción con e, causando cambio
trayectoria y/o pérdida E, que es absorbida
por este material.
 El haz es atenuado si hay disminución n°
fotones incidentes; hay interacción.
 La probabilidad interacción depende de:
 Características del haz (tipo rad y E)
 Tipo material (estado físico, composición, etc)

29. Procesos comunes interacción
 Excitación
 Parte o toda E transferida a e corticales
 E no es suficiente para expulsar e del
átomo, este salta a órbita más externa (>E y
vacante)
 Solo si E disponible es igual a diferencia E
entre ambas órbitas.
 Átomo queda excitado, alta E y por ende,
inestable.
 Se estabiliza reorganizando e y liberando
exceso E como radiación

30. Procesos comunes interacción
 Ionización
 E cedida a e es suficiente para arrancarlo del átomo,
creando un par iónico: ión positivo (átomo) y ión negativo
(e expulsado), produciéndose una vacante e.
 Si vacante es de órbita interna, se reorganizan e
corticales y e de orbitales superiores ocupan niveles E
más bajos.
 Ahí se emite E, correspondiente a la diferencia E entre
capas orbitales, que puede ser luz, IR o Rayos X.
 La diferencia E orbital es propia de cada elemento, por lo
que la E emitida se llama E caracterítica.
La E emitida que no sale del átomo
Puede ser absorbida por un e cortical,
El que es expulsado, llamado electrón Auger

31.  Las radiaciones que pueden ionizar la
materia se denominan radiación ionizante.
 la radiación de partículas alfa y beta son
directamente ionizantes, puesto que la
ionización del medio es producida por la
propia partícula al colisionar con el
electrón.
 La radiación neutra (electromagnética y
neutrones) producen ionización indirecta a
través de los electrones que, expulsados
fuera del átomo, se convierten en
partículas ionizantes secundarias

32. Interacción partículas cargadas
con la materia
 Partícula cargada en un medio, aparecen
fuerzas eléctricas entre ambos; atracción o
repulsión
 Existe interacción con átomos, e y núcleos
del átomo material. Denominado colisión,
que solo es atracción y repulsión, no
contacto físico.
 Colisiones generan pérdida E partículas,
que son frenadas y luego absorbidas.
 Partículas cargadas van generando pares
iónicos en su recorrido

33. TLE
 E cedida al medio por unidad de
recorrido
 Depende de características rad, y de la
densidad y Z material absorbente.
 E cedida proporcional (Q/V)2
 TLE indicador daño biológico de rad en
el cuerpo

34.  Son másicas y de gran carga, poseen una
alta TLE
 En su camino chocan con e, causando
ionización y excitación
 Se genera gran cantidad pares iónicos y
gran pérdida E, por lo que recorren corta
trayectoria
 Detenidos por papel, ropa o piel (en aire
pocos cm)
 No requieren blindaje, pero son radiotóxicos
al ser inhalados o ingeridos
Interacción partículas alfa con la
materia

35. Interacción partículas beta con la
materia
 Rad compuesta por e, tienen menor
masa que alfa, por lo que son más
penetrantes y tienen un TLE menor que
ellas.
 Alcanzan pocos mts en aire y cm en
agua. Absorbidos por delgada capa de
madera o Al
 Sobrepasan piel, pero no tej subcutáneo
 En MN, como terapia Ca folicular
tiroides con I 131

36. Interacción fotones con la
materia
 Efecto fotoeléctrico
 Colisión frontal de fotón con e cortical,
cediendo toda su E, y se produce
fotoelectrón que expulsado del átomo.
 Fotón incidente desaparece y fotoelectrón
actúa como nueva partícula ionizante.
 Cuando fotoelectrón es de capas internas,
se produce reordenamiento, apareciendo E
característica o electrón Auger.

37. Interacción fotones con la
materia
 Efecto compton
 Fotón colisiona con e externo, cediendo parte
de su E, siendo la necesaria para ionización.
 Fotón no desaparece, pierde parte de su E y
cambia su trayectoria (se dispersa)
 Formación de pares
 Fotón colisiona y absorbido completamente.
 Conversión E en materia; aparece electrón y
positrón.
 Se necesita E mínima de 1,022 Mev
 Ocurre con positrones al colisionar con e

40.  El que predomine algunos de estos
mecanismos de interacción, depende de la
energía de la radiación y del tipo de material
absorbente:
 E radiación
○ Fotoeléctrico a E más bajas
○ Comptom a E medias
○ Formación de pares con E sobre 1,02 Mev
 Naturaleza sustancia atravesada
○ A > Z, > efecto fotoeléctrico y formación de pares si
haz es de alta E.

41.  En el Tc99m la absorción en el cuerpo
humano se produce mayoritariamente por
efecto Compton.
 La absorción en un blindaje de Pb se produce
fundamentalmente por efecto fotoeléctrico.
 La atenuación de las radiaciones al atravesar
la materia es la base del blindaje de las
fuentes radiactivas; factor importante a
considerar, puesto que el blindaje permite su
manipulación sin que el operador sufra una
irradiación indebida.
 A este se le llame espesor de semirreducción
(D ½) y es el espesor que al ser interpuesto
en la trayectoria de la radiación reduce su
intensidad a la mitad.

42.  Radiotrazadores
Para que un radionucleido sea utilizado en Medicina Nuclear, se
requiere que sea de baja energía, corta vida media de no mas de
unos días y trace una vía fisiológica o sea constituyente
molecular esencial.
 Por ejemplo el uso de Iodo radioactivo, que puede administrarse vía
oral e incorporarse a nivel Tiroideo para la síntesis hormonal.
 El isótopo mas usado en Medicina Nuclear es el Tecnecio 99
metaestable (Tc-99m), que es producido en Reactores Nucleares o por
medio de Generadores de Molibdeno-Tecnecio.
El tecnecio 99m, tiene una vida media de 6.02 horas y es emisor de
energía gamma de 140 Kev,antes de decaer a Tecnecio 99 y el radio-
trazador mas empleado es el Tc-99m para estudios de Cintigrafía
Osea.
 Puede al igual un radio-isótopo ser ligado a una molécula que siga una
vía metabólica definida (Radio-trazador, mal llamado radio-fármaco
ya que no tiene efecto farmacológico), como es el caso del MDP
(metilendifosfonato) que unido a Tc-99m, se incorpora en el
metabolismo óseo osteoblástico.
Otros como el MIBI ( metoxi-isobutil-isonitrilo ), que es un catión
lipofílico atraviesan la membrana celular y se unen a la mitocondria, es
trazador de metabolismo energético y su distribución es proporcional al
flujo sanguineo, siendo usado en evaluación de tejidos de alta
concentración mitocondrial por interacción electrostática, como del
miocardio para estudios de perfusión miocárdica Spect, evaluación de
hiperfunción Paratiroidea o en algunos tumores malignos como de
mama.