Aplicações da Física de Partículas
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- Samuel Stachinski de Sintra
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1 Aplicações da Física de Partículas Luis Peralta (FCUL e LIP)
2 Aceleradores em aplicações médicas A pré-história William Crooks 2
3 Aceleradores em aplicações médicas Descoberta dos raios-x O tubo de Raios-X contem um pequeno acelerador electrostático William Roentgen Mão de Anna Berthe Roentgen 22 Dezembro 1895 Instituto de Física da Universidade de Würzburg, Alemanha
4 Aceleradores em aplicações médicas Primeiras aplicações à Medicina Imagiologia (fluoroscopia) Terapêutica (radioterapia 1920) 4
5 Wideroe Aceleradores em aplicações médicas O acelerador Linear l 1 l 2 l 3 l 4 l 5 l 6 l 7 Fonte O feixe é descontinuo (pacotes) L 1 <L 2 <L 3 Para se obter uma energia elevada são necessário grandes comprimentos ~ Fonte RF 5
6 Aceleradores em aplicações médicas Acelerador clínico de electrões moderno 6
7 Aceleradores em aplicações médicas Instalação de um acelerador linear 7
8 Aceleradores em aplicações médicas Conformação do feixe de fotões Várias incidências feixe de fotões IMRT (RadioTerapia de Intensidade Modulada) Orgão em risco 8
9 Sobrevivência de células tumorais / normais Mortalidade Células tumorais Células normais 9
10 Radiocirurgia - Feixes finos com fotões de alta energia colimadores adicionais Sistema planeamento comercial Simulação MC 10
11 Aceleradores em aplicações médicas Deposição de energia 11
12 Aceleradores em aplicações médicas Deposição de energia dos protões 12
13 Aceleradores em aplicações médicas Terapia com protões Centros Terapia com protões In Physics Laboratories In Hospitals (mostly) Courtesy Janet Sisterson, MGH
14 Aceleradores em aplicações médicas Terapia com protões 14
15 Radiografia com feixe de protões Raios-X Imagem Protões (MC) Tumor
16 Aceleradores em aplicações médicas Terapia com iões carbono 16
17 17
18 18
19 19
20 Terapia com fontes radioactivas Braquiterapia Mamária 20
21 Terapia com fontes radioactivas Braquiterapia da Próstata 21
22 FIBRAS DE POLIESTIRENO Fibras ópticas como dosimetros Câmara de ionização I N D U S T R I A L FI B E R O P T I C S, INC Dosimetro MOSFET Dosimetro de Fibra
23 O DosFib Fibra plástico emitindo no azul, 5 mm comprido (2 mm diâmetro) Fibra não-cintilante c/ 1 m comprimento Fotodetector de silício Leitura do sinal com electrómetro 23
24 Elementos do DosFib Hamamatsu Photodiode S9195 Resposta espectral Fibras azuis e verdes 24
25 Testes em laboratório do DosFib O DosFib foi testado com feixes de raios-x de 20 a 100 kvp Philips PW 2184/00 X-ray tube Dosimetro num fantoma de acrílico Câmara de ionização para testes Dispositivo experimental
26 Testes do DosFib no Hospital de Santa Maria Ir-192 Source Energia Ir-192 Afterloading Energia Raios-γ (kev) I γ (%)
27 Testes do DosFib no HSM Fonte Ir-192 Dispositivo experimental
28 Resposta do DosFib
29 O ciclotrão E. Lawrence 1929
30 Cintigrafia - Preparação do radiofármaco
31 Cintigrafia O exame clínico A radiação emitida pelo radiofármaco é detectada na câmara gama Câmara gama
32 Exemplos de cintigrafias Tiróide Detecção de anomalias na tiróide Doenças no cérebro
33 Exame aos pulmões usando gás kripton radioactivo a perfusão (feita com um radiofármaco injectado) mostra que um coágulo de sangue impede a circulação! o ar circula mas... ventilação perfusão
34 Detecção de metastases
35 Tomografia de Emissão de Positrões O Fluor-18 é um emissor de positrões Positrão + Electrão 2 Fotões O radiofármaco (FDG) é preparado num ciclotrão Aniquilação
36 Preparação do doente
37 Câmaras PET-CT
38 Um caso clínico de utilização: mulher 47 anos Antes do tratamento 8 meses após tratamento
39 O projecto ClearPEM Scanner ClearPEM desenvolvido no quadro da colaboração Crystal Clear Collaboration do CERN kev (%) Y-axis (cm) 4 cm off-axis 3 cm off-axis 2 cm off-axis 1 cm off-axis central slice X-axis (cm) Consórcio PET-Mammography. LIP - Laboratório de Instrumentação e Partículas Hospital Garcia Orta - Serviço Medicina Nuclear IBEB - Instituto Biofisica e Engenharia Biomédica IBILI - Instituto Biomédico de Investigação da Luz e Imagem INOV- INESC Inovação INESC-ID - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores INEGI - Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial TAGUSPARK Parque de Ciência e Tecnologia 39
40 Mamografia de emissão de positrões PET dedicado a mamografia Breast exam Requisitos ClearPEM : Alta sensibilidade Boa resolução espacial (1-2 mm FWHM) Boa resolução temporal p/rejeição fundo (1-2 ns) Exames mais curtos menos radiação dada ao paciente (370 MBq) Conceito do detector: Duas cabeças planas Exame mama e axila Exame c/paciente deitado Distância ajustável das cabeças e rotação Axilla exam 40
41 Tecnologia usada no Detector Cristais 20 mm de LYSO:Ce Matriz de cristais de BaSO 4 reflector Fotodiodos de avalanche (APD) Duplo readout mode Depth-of-interaction (DOI) measurement 6144 cristais Arrays com 32 cristais 384 APD arrays 192 detector modules (2 APD por cristal) (2 APD cada módulo) 41
42 Cada cabeça 4 supermodulos, 92 módulos 1 Bordo de serviço 2 pratos de arrefecimento Cabeça do detector Cada Supermodulo: 24 grupos de módulos electronic channels 42
43 Detector montado no robot Assembled Detector Heads 43
44 PET-Ultra-Sons Baseado no ClearPEM Cabeças do detector Permitirá melhor qualidade de imagem Visualização de tecidos moles Não adiciona dose de radiação ao paciente
45 Tumor na mama Remoção do nódulo sentinela
46 Identificação do nódulo sentinela Injecção de um corante ou radioisótopo
47 Cirúrgia Imagens pre-operativas da localização do nódulo sentinela
48 Câmaras portáteis MiniCam II
49 O Detector ISPA 49
50 Avaliação SPECT camera 140 kev point source ISPA-tube 122 kev point source 50
51 Avaliação da qualidade da imagem SPECT camera ISPA-tube contagens FWHM ~4.3 mm 5 minutos Tempo equivalente 2800 contagens FWHM ~0.6 mm 51
52 Efeitos de uma irradiação aguda corpo inteiro Dose (Gy) Sintomas Observações 0-0,25 Nenhums Não existem efeitos clínicos relevantes 0,25-1 Nada ou algumas náuseas Medula óssea danificada. diminuição de glóbulos vermelhos e brancos bem como de plaquetas. Nódulos linfáticos e baço danificados. Diminuição do número de linfócitos. 1-3 Náusea e anorexia intensa, mal estar geral, surgimento de infecções. Os danos hematológicos são mais severos. A recuperação é possível mas não é segura. 3-6 Hemorragias, infecções, diarreia, epilação, esterilidade temporária. As mortes começam a verificar-se para doses superiores a 3,5 Gy mais que 6 Dano do sistema nervoso central. Incapacidades várias. Morte provável 52
53 Irradiação excessiva durante uma angioplastia coronária 1990 Individuo de 40 anos 120 min exposição RX 6 8 semanas semanas meses 53
54 Radiology: Volume 248: Number 1 July
55 Radiology: Volume 248: Number 1 July 2008 Dose média anual devida a radiação de fundo ~ msv 55
56 Desenvolvimento de dispositivos de monitorização pessoal 56
57 Agradecimentos João Varela (CERN) Adérito Chaves (IPO) João Seco (Harvard) Marta Dias (FCUL) Patrick Sousa e Conceição Abreu (LIP) Florbela Rego (LIP) FIM 57
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