Rodrigo Penna PCTN – UFMG – Nov/2005 Uso de Cristais Cintiladores como Método de Análise Rodrigo Penna PCTN – UFMG – Nov/2005

Professor Rodrigo Penna Sítio na internet: www.fisicanovestibular.com.br Blog: www.quantizado.blogspot.com Link para currículo no Sistema Lattes: http://lattes.cnpq.br/6150368513460565 EMAILs professorrodrigopenna@yahoo.com.br penna@nuclear.ufmg.br

OS CRISTAIS CINTILADORES A utilização de cristais cintiladores é bastante difundida, tanto para detecção qualitativa quanto quantitativa da radição. São vários os tipos de cristais utilizados para esta função: NaI(Tl), BGO, cintiladores plásticos, Germânio hiperpuro, Silício. O princípio básico de funcionamento: ao ser atingido por um fóton de radiação, o cristal cintila, isto é, emite luz, que pode ser contada (eletrônica associada) e serve como parâmetro de medida da radiação. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br ESQUEMA 1. Radiação atinge o cristal. 2. Um pulso de luz é emitido. 3. Essa luz vai para a fotomultiplicadora. 4. O sinal é pré-amplificado. 5. Depois, amplificado. 6. Finalmente, contado ou processado. LUZ. Radiação incidente. Cristal cintilador. Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Aplicação na Medicina: CINTILOGRAFIA Professor Rodrigo Penna BASES FÍSICAS - 1 Núcleos instáveis sofrem um processo de DECAIMENTO RADIOATIVO. Neste processo, eles liberam energia sob a forma de radiação. Com isto, tornam-se mais estáveis. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna BASES FÍSICAS - 2 A radiação  (gama) emitida no decaimento pode ser detectada. Para isto, utiliza-se um cristal cintilador, usualmente iodeto de sódio ativado com tálio NaI(Tl). O cristal emite luz (cintila!) ao incidir radiação. Esta “luz” é amplificada e contada, dando uma medida desta radiação incidente. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna O REATOR NUCLEAR Para produzir 99mTc, Urânio-235 físsil é atingido por um nêutron térmico e no processo de fissão é gerado 99Mo, que decai para o 99mTc. Reação: Professor Rodrigo Penna

CÂMARA DE CINTILAÇÃO OU GAMA-CÂMARA - 1 Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Professor Rodrigo Penna GAMA-CÂMARA - 2 FOTOMULTIPLICADORA Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna GAMA-CÂMARA - 3 Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna O GERADOR Mo-Tc mCi 250 500 750 1000 1250 1500 2000 GBq 9,25 18,50 27,75 37,00 46,25 55,50 74,0 IPEN→ Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br A MARCAÇÃO Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Professor Rodrigo Penna O EXAME Administração do Radiofármaco: em geral, endovenosa, mas também pode ser ingerido ou inalado. São raros efeitos colaterais ou alérgicos (Obs: gravidez). Geração das imagens: o paciente é posicionado na gama-câmara. Pode ser necessário se esperar horas ou até dias! Análise das imagens: feita por um médico especialista, que dá um laudo. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna NA GAMA-CÂMARA Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna GAMA-CÂMARAS Professor Rodrigo Penna

VANTAGEM DA CINTILOGRAFIA E- Radiografia normal após tratamento com 131I. D- Micronódulos em cintilografia. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br TRATANDO A METÁSTASE 131I A- 3GBq B- 5,5GBq C- 14GBq Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

FRATURA DE STRESS TÍBIA ANTES E DEPOIS DO TRATAMENTO - UM ANO DEPOIS. Professor Rodrigo Penna

Cintilografia pré e pós stent em CD Professor Rodrigo Penna

USOS DO NaI(Tl) – Espectometria  Figura 1: cristal de NaI(Tl) e fotomultiplicador. Figura 2: um espectro típico de gamametria. Laboratório de Instrumentação Nuclear - UFMG Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

USOS DO NaI(Tl) – Atenuação Figura 1: cintilador com uma fonte de Amerício. Figura 3: tela com contagens da atenuação para vários materiais. Figura 2: contagem da atenuação com algumas placas de acrílico. Laboratório de Instrumentação Nuclear - UFMG Professor Rodrigo Penna

PET – POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY Outra aplicação na Medicina.

Professor Rodrigo Penna ANIQUILAÇÃO Quando um par elétron-pósitron se encontra, eles se aniquilam, e surgem dois fótons de radiação  de energia 511KeV. Observe que os dois fótons saem em direções opostas, a partir da aniquilação. O PET se baseia neste princípio. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna ESQUEMA DO CICLOTRON Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna OS CICLOTRONS - Brasil Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br CICLOTRON AUSTRÁLIA Atualmente, mais de 120 ciclotrons para aplicação médica se encontram em operação espalhados pelo mundo. 3 na Austrália. Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Professor Rodrigo Penna PRINCÍPIOS BÁSICOS Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna DESCRIÇÃO - 1 Um radiofármaco específico é produzido e administrado no paciente. Dentro do paciente, um núcleo pai sofre um decaimento +: 1 próton decai em 1 nêutron, 1 pósitron e um neutrino. O pósitron encontra um elétron e sofre uma aniquilação. Dois fótons de 511KeV são emitidos. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br PRINCÍPIOS BÁSICOS - 2 Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Professor Rodrigo Penna DESCRIÇÃO - 2 Numa câmara PET, os detectores (cristais cintiladores como na cintilografia!) são construídos em posições opostas. Os cristais opostos detectam então as chegadas dos dois fótons de 511KeV emitidos em sentidos opostos. Somente os eventos coincidentes são contados para efeito de geração de imagem. Professor Rodrigo Penna

OS CRISTAIS DETECTORES Ao contrário da Cintilografia, onde se usa mais comumente o NaI(Tl), muitos sistemas PET atualmente usam o cristal de germanato de bismuto (Bi4Ge3O12 – BGO). Suas vantagens são uma maior eficiência para os fótons de 511KeV do PET. Apesar de sua saída de luz ser de apenas cerca de 12 a 14% do NaI(Tl), o BGO é mais denso e tem e tem um maior peso atômico. Professor Rodrigo Penna

AS CÂMARAS PET AUSTRÁLIA Austin & Repatriation Medical Centre Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Professor Rodrigo Penna MAIS CÂMARAS Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna O EXAME Professor Rodrigo Penna

PET - CT A grande vantagem de PET em relação à cintilografia convencional e aos demais exames de diagnóstico por imagem como Tomografia Computadorizada, Ressonância e Ultra-som, é que o método é capaz de detectar com enorme precocidade mínimas áreas de tumor (até 4 mm) que não podem ser vistas nos demais exames, senão tardiamente, quando o tumor já apresenta grandes dimensões e portanto maior gravidade para o paciente. Apesar das imagens de PET serem altamente informativas da presença do tumor, muitas vezes não se consegue identificar com precisão a localização das mesmas em um determinado órgão. Os aparelhos de PET de última geração foram portanto concebidos híbridos, isto é, com a associação em um mesmo equipamento, do PET que é chamado de um método metabólico com um tomógrafo convencional (CT) que é um método morfológico. Tal associação (PET + CT = PET-CT) permite então que se localize com grande precocidade e com alta precisão as pequenas lesões tumorais. Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Carcinoma Pulmonar COMPARAÇÃO ENTRE IMAGENS Professor Rodrigo Penna

Cintilografia - carcinoma Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br PET - carcinoma Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

CINTILADORES NA INDÚSTRIA A detecção de radiação por cristais cintiladores possibilita uma série de aplicações na indústria. Alguns exemplos são medidas de densidade e nível em vários ramos, como indústria petroquímica e siderúrgica. Nestes casos, os cintiladores plásticos, por suas características e versatilidade são dos mais utilizados. Porém, as câmaras de ionização e os bons e velhos Geigers têm suas aplicações ainda. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br MEDIDORES DE NÍVEL Linha FiberFlex Ohmart-Vega Uma fonte selada emite radiação em um tanque cujo nível se precisa medir. 2. Detectores de radiação colocados no lado oposto captam a radiação emitida. 3. Se o tanque está cheio, a radiação é atenuada e absorvida e a quantidade que chega ao detector é menor. 4. Caso o tanque esteja vazio, chega mais radiação ao detector. 5. Os sinais são processados e interpretados de acordo com as necessidades específicas de cada processo industrial. Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Professor Rodrigo Penna SOFISTICAÇÕES Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna COMPARANDO Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna ELETRÔNICA “La electrónica GEN2000ä tiene aprobaciones para aplicaciones en lugares peligrosos.” Carcaza Compacta de Aluminio Vaciado · La carcaza de aluminio vaciado es ligera y compacta · Protegida con un acabado exterior recubierto con pintura epóxica Electrónica Modular · Las tarjetas electrónicas son compactas y modulares · Fácil mantenimiento · El diseño incorpora la tecnología de componentes de montaje superficial para mejorar su resistencia a la vibración. Las Salidas Incluyen: - 4 - 20 mA CD con Protocolo de Comunicación HART® - Protocolo Digital Foundation Fieldbus - Salida de frecuencia para el SmartPro, ProPac o el procesador remoto HART® (RHP). Professor Rodrigo Penna

CINTILADOR PLÁSTICO SÓLIDO Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Professor Rodrigo Penna APLICAÇÕES Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna MEDIDA DE DENSIDADE Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna APLICAÇÕES ESPECIAIS Tubo Foto Multiplicador de Alta Sensibilidad Un tubo foto multiplicador de alta sensibilidad es usado para aprovechar totalmente las ventajas del desempeño del cristal sintético de centelleo. Cristal Sintético de Centelleo de Alta Durabilidad Los cristales sintéticos de centelleo se usan en lugar de los antiguos cristales de yoduro de sodio para proporcionar un alto desempeño con una mejor protección contra la vibración, humedad y cambios de temperatura. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br AS FONTES Os parâmetros que variam são: Tipo de Fonte, atividade e tipo de radiação. Para materiais de grande espessura e dimensões, utiliza-se fontes de maior atividade; Ra-226, Co-60 e Cs-137 (1 a 5 Curie). Para materiais de baixa densidade, como medidores de latas, espessuras de papel, pesagem de cigarros e detectores de fumaça, utiliza-se o Am-241 e o Sr-90 ( 100 a 300 mCi) Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Professor Rodrigo Penna BLINDAGEM AS BLINDAGENS DEVEM SER TOTALMENTE AUTOMATIZADAS PARA OPERAÇÃO REMOTA, COM FECHAMENTO AUTOMÁTICO EM CASO DE FALHA. DEVEM SER Á PROVA DE FOGO E SUPORTAREM TEMPERATURAS DE ATÉ 800°C. DEVEM SER EXTREMAMENTE RESISTENTES, APRESENTANDO OPERAÇÃO SEGURA APÓS UMA QUEDA DE 9,1 METROS, IMPEDINDO QUE O OBTURADOR TRAVE NA POSIÇÃO ABERTA. Professor Rodrigo Penna

V&M TUBES (Mannesmann) Medidor de espessura, fonte de cobalto. Professor Rodrigo Penna

V&M TUBES (Mannesmann) Professor Rodrigo Penna

V&M TUBES (Mannesmann) Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

Professor Rodrigo Penna Bibliografia Guia Prático em Medicina Nuclear: a Instrumentação, Amaury Castro Jr., Guilherme Rossi e Renato Dimenstein, Ed. SENAC. Radiações ionizantes para médicos, físicos e leigos, Antônio Renato Biral, Ed. Insular. The Essential Physics of Medical Imaging, Bushberg, Seibert, Leidholdt e Boone, Ed. Lippincott Williams & Wilkins. Química Nuclear, revista eletrônica, UFSC, site http://quark.qmc.ufsc.br/qmcweb/ em 26/10/04. Disciplina Instrumentação Nuclear ministrada pelo Professor Doutor Clemente Cardoso Silva, Departamento de Engenharia Nuclear, UFMG, site http://cctn.nuclear.ufmg.br/instrumentacao/ em 26/10/04. Fundamentos de Radiodiagnósticos por Imagem, UFRGS, site http://www.if.ufrgs.br/ast/med/imagens/node1.htm em 26/10/04. IPEN (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares), site http://www.ipen.br/ acessado em 26/10/04. Disciplina Radiofármacos ministrada pelo Professor Doutor Valbert do Nascimento Cardoso, Departamento de Engenharia Nuclear, UFMG. Tabela de Nuclídeos, site http://atom.kaeri.re.kr/cgi-bin/decay?Mo-99+B- em 31/10/04. Home page do Professor Osvaldo Sampaio, Médico Especialista em Medicina Nuclear, Mestre e Professor da UCB, site http://www.osvaldo.med.br/ em 31/10/04. Radioproteção e Dosimetria: Fundamentos, Luiz Tauhata, Ivan P. A. Salati, Renato Di Prinzio e Antonieta R. Di Prinzio, IRD, CNEN. Baixei na internete, site http://www.ird.gov.br/tauhata/FundamentosCORv5.pdf (ou http://www.ird.gov.br/ e procurar no site) em 08/08/2004. Centro de Medicina Nuclear do ABC, site http://www.cmnabc.com.br/home.htm em 31/10/04. Professor Rodrigo Penna

Professor Rodrigo Penna Bibliografia 2 13. Austin & Repatriation Medical Centre, centro médico da Austrália, site http://www.petnm.unimelb.edu.au/ em 10/11/04. 14. Sociedade Espanhola de Medicina Nuclear, site http://www.semn.es/ em 18/11/04. 15. Ohmart-Vega fabricante de produtos para processos industriais, site http://www.ohmartvega.com/ acessado em 20/11/2005. 16. Relatório da Companhia V&M TUBES DO BRASIL, sobre a utilização de fontes em áreas de produção: SRW.IMC.ACIARA, Lingotamento Contínuo, emitido pela CNEN/MG. Professor Rodrigo Penna