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PRINCIPIOS FISICOS DE MEDICINA NUCLEAR
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PRINCIPIOS FISICOS DE MEDICINA NUCLEAR
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PRINCIPIOS FISICOS DE MEDICINA NUCLEAR
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TABLA DE PARTICULAS
• Partículas fundamentales:• Fermiones:• Quarks:• Arriba• Abajo• Encantado• Extraño• Cima• Fondo• Leptones:• Positrón• Muón
• Tauón• Bosones de gauge:• Fotón• Bosón W • Bosón Z• Gluón• Gravitrón• Bosón de Higgs• Axión• Partículas compuestas:• Mesones:• Pión carado
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• Pión neutro • Kaón carado• Kaón neutro• Kaón corto• Kaón largo• Eta• Eta prima• Rho cargado• Rho neutro• Omega neutra• Phi• D cargado• D neutro• D extraño• J/Psi
• B cargado• B neutro• B extraño• B encantado• Upsilon• Bariones:• Delta doble positiva• Delta neutra• Delta negativa• Sigma positiva• Sigma neutra• Sigma negativa• Xi neutra• Xi negativa• Omega
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• Omega encantada• Xi positiva encantada• Xi neutra encantada• Lambda encantada• Xi doble encantada• Lambda inferio• Compañeras
supersimétricas:• Squarks: • Sarriba• Sabajo• Sencantado• Sextraño• Sima• Sfondo• Sleptones:
• Selectrón• Sneutrino electrónico• Smón• Sneutrino muónico• Stauón• Sneutrino tauón• Gauginos: • Fotino• Gluino• Wino• Gravitino• Sino• Higgsino
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EL ATOMO
– Constituye la materia
– Elemento y Compuesto
– 2 componentes: núcleo y corteza
– Nucleones: Protones Z y Neutrones N
– Número atómico (Z): Protones
– Número másico o Masa atómica (A): Z + N
– Número de Neutrones (N)
– Núclido: tiene Z y A
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ISOTOPOS
• Núclidos : = Z y A
• Isótopos del H (Z=1): H-3 (Tritio), H-2 (Deuterio), H-1
• ISOBAROS: Z e =A. K-40 (Z:19) y Ca-40 (Z:20)
• ISOTONOS: Z, A e =N. B-10 y C-11. A-Z=N
• ISOMEROS: =Z, =A, Estado energético. Tc-99m
• EXCITADO -- Metaestable
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MODELO ATOMICO DE BOHR
• Núcleo – Corteza – Orbita – e- – e- de Valencia
• Atomo neutro: e- = Z
• Capas K, L, M, N… # e-: 2 n2
• E de Ligadura
• Interacciones de e- y Radiaciones electromagnéticas: imágenes médicas
• Modelo simple, pero suficiente. Modelos sofisticados
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RADIACTIVIDAD
• Núcleo – Estado Energético -- + Estable
• Defecto de masa: masa liberada en forma de E
• Núcleo↔ N + Protón. E=m.c2
• E de enlace: estabilidad de núcleo
• N: atenúan la repulsión electrostática de Z
• Núcleos ligeros (A20): Z=N. Estables hasta 209Bi
• Núcleos pesados (A209): NZ- Inestables –Emisión espontánea -- Radiactividad
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• Series radiactivas – Naturales: U, Ac y Th - - - Pb estable
– Artificial: Np - - - Bi Estable
• Radiactividad: desintegración nuclear y “emisión de E”
• Isótopos radiactivos: radioisótopos, radionúclidos o radionucleidos
• Tipos:– Corpusculares: , -, +, N
– Electromagnéticas: Fotones. Rayos X y rayos γ
• Fotón: cantidad min de E que se puede transmitir
• Espectro electromagnético
• eV
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LEY DE LA DESINTEGRACION RADIACTIVA
• Aleatorio, transformación de la materia en un tiempo dado, no el momento ni el átomo
• Actividad radiactiva: # desitegraciones/t
• Constante de desintegraciòn → ↕
• Período de Semidesintegraciòn o Semiperíodo (T½ o T)
• Uso clínico F-18:110min, Tc-99m: 6h, i-131:8d
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•Talio-201 (eliminación renal):•T½ físico: 74 h•T½ efectivo: 56 h
•Vida media: radioisótopo - tiempo sin desintegración •Actividad:
•# desintegraciones/t. Velocidad•1 Bq: actividad en 1 desintegración•1 Curie (Ci): actividad de 3.7x10-10 desinteg/s•1 Ci: actividad de 1 gr de Ra-226
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DESINTEGRACION NUCLEAR
• Tipos:
– Natural: , , γ
– Artificial: +, captura electrónica, conversión interna, emisión de N y transición isomérica
• Fotones:
– Núcleo: rayos γ
– e-: rayos X
• Z: emisiones positivas y negativas
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DESINTEGRACION ALFA
• Núcleo →Partícula -Atomos de He(2 Z y 2 N)
• Ra-226 (Z:88 y A:226)→ Rn-222 (Z:86 y A:222). Nucleido hijo
• Isótopos emisores de partículas : depósitos energéticos en tumores pequeños-neuroendocrinos. Mínima irradiación
• Emisores : tumores grandes
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DESINTEGRACION - o NEGATRONICA
• N →Z + e- + v (antineutrino)
• e- → Negatrón o Partícula
• Cs-137 (Z:55 y A:137) → Ba-137 (Z:56 y A: 137)
• I estable → I-127 (Z:53 y A:127)
• I inestable → I-131 (Z:53 y A:131) → Xe-131 (z:54 y A:131)
• Emisores -: si “exceso de N”. Terapia Interna
• Inconveniente: ↑ dosis irradiación
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DESINTEGRACION - o NEGATRONICA
N →Z + e- + v (antineutrino)e- → Negatrón o Partícula Cs-137 (Z:55 y A:137) → Ba-137 (Z:56 y A: 137)I estable → I-127 (Z:53 y A:127)I inestable → I-131 (Z:53 y A:131) → Xe-131 (z:54 y A:131)Emisores -: si “exceso de N”. Terapia InternaInconveniente: ↑ dosis irradiación
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DESINTEGRACION + (e+, POSITRONES)
• Protón → N + v (neutrino) + e- (Positrón)
• F-18 (Z:9 y A:18) → O-18 (Z:8 y A:18)
• Rx inicial Corpuscular x Positrón → colisión con antipartícula (e-) → Rx de aniquilación → emisión electromagnética (2 fotones)
• Emisores +: “exceso de protones”
• Penetra 15 mm en la materia, masa despreciable
• PET
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DESINTEGRACION POR CAPTURA ELECTRONICA
• Núcleo + e- → e- + Z → N + v (neutrino)
• Na-22 (Z:11 y A:22) → Ne-22 (z:10 y A:22)
• Emisión electromagnética: rayos X → x
ocupación de otro e- más externo
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DESINTEGRACION POR TRANSICION ISOMERICA
• El núcleo pasa de un estado excitado metaestable a otro de menor energía (estable), acompañado de emisiòn de energía en forma de radiación γ•Transición Isomérica → el Z no varía, por lo que la transformación es de un isómero a otro•Tc-99m (Z:43 y A:99) → Tc-99 (Z:43 y A:99) + Emisión γ•Desintegración por Conversión Interna
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DESINTEGRACION POR EMISION DE NEUTRONES
•Núcleo → N + Energía escasa. =Z y
A disminuye 1 unidad → se
convierte en un isótopo del padre
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RADIACION γ
• Radiactividad natural – electromagnética
• No se modifica por el campo magnético
• Penetra mas la materia
• Ausencia de carga y masa
• Origen: – Por aniquilación de positrones
– Por transición isomérica
• Núcleo excitado cede energía y tiende al estado fundamental
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INTERACCION DE LA RADIACION CON LA MATERIA
• Atravieza la materia → Absorción parcial de las radiaciones → Atenuación →↓ Fotones que emergen
• Fotones interaccionan con materia → Formas de atenuación → Electrones y Nucleones
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• e-
– Efecto fotoeléctrico
– Efecto Compton
– Difusión Rayleigh*
• Núcleo:
– Difusión Thomson*
– Creación de pares
– Efecto fotonuclear**
• *Fotón desintegra núcleo, poca emisión
• **Interacción elástica, no cede energía
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• Fenómenos de atenuación:
– Excitación
– Ionización
• Exitación: e- → orbital interno. Estado de alta E. Inestable.Tiende a volver a su estado inicial, emite radiación
• Ionización: E suficiente arranca el átomo → ión ionizado+ e ión expulsado-
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• Radiaciones ionizantes:
– Pueden ionizar la materia
– Principalmente y
• Radiaciones Neutras:
– Electromagnéticas y neutrones
– Ionización indirecta
– e- fuera del átomo se convierte en partículas ionizantes 2ª
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TRANSFERENCIA LINEAL DE ENERGIA (TLE)
• → E cedida por la radiación al medio/unidad de recorrido
• Refleja intensidad de ionización provocada y determina el daño biológico de la radiación al atravezar el cuerpo humano
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RADIACION
• Núcleos de He → ↑ masa y carga eléctrica
• ↑ TLE
• Muy ionizante → “choca con todo”
• Poco penetrante
• No necesita blindaje protector
• ↑ radiotoxicidad si se ingiere o se inhala
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RADIONUCLIDOS EMISORES -
• Radiación de e-
• masa y carga que partículas
• TLE -- ionizantes
• penetrantes
• Llega hasta TCS
• Terapéuticos: dx cells cancerosas, Ca diferenciado de tiroides I-131
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EMISION +, CAPTURA ELECTRONICA Y TRANSICION ISOMERICA
• Radiación electromagnética de alta E (Fotones X y γ)
• No carga ni masa
• ionizantes y penetrantes
• Atraviezan el cuerpo
• Protección/blindaje
• Dx en Medicina nuclear
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INTERACCION DEL FOTON CON LA MATERIA
• Efecto fotoeléctrico:
– Fotón colisiona y cede su E a e- cortical que es expulsado del átomo
– Fotón desaparece y e- emitido actúa como partícula ionizante
– Puesto del e- ocupado por otro y emisión X
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• Efecto Compton:– Fotón colisiona pero sólo cede parte de su E al e-
cortical. Da E cinética que permite emitir ionizaciòn
– Fotón no desaparece pero ha perdido E (radiación dispersa)
• Producción de Pares:– Colisión y absorción total del fotón
– E se convierte en materia → aparece e- y e+
– e- se aniquila y genera 2 fotones
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