Aplicações da Física de Partículas (à Medicina)
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- Aníbal Santana Alencastre
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1 Aplicações da Física de Partículas (à Medicina) 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 Aceleradores em aplicações médicas Acelerador Linear Fonte l 1 l 2 l 3 l 4 l 5 l 6 l 7 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 Simulação do acelerador 10
11 Radiocirurgia - Feixes finos com fotões de alta energia colimadores adicionais Sistema planeamento comercial Simulação MC 11
12 Aceleradores em aplicações médicas Terapia com protões 12
13 Centros Terapia com protões In Physics Laboratories In Hospitals (mostly) Courtesy Janet Sisterson, MGH
14 Aceleradores em aplicações médicas Deposição de energia 14
15 Aceleradores em aplicações médicas Deposição de energia dos protões 15
16 Aceleradores em aplicações médicas Terapia com protões 16
17 Radioterapia com feixe de protões Melanoma no globo ocular Um ano depois do tratamento 17
18 Radioterapia intracavitária Irradiação ginecológica Fonte Ir
19 Braquiterapia Mamária 19
20 Braquiterapia da Próstata 20
21 Fibras ópticas como dosimetros FIBRAS DE POLIESTIRENO 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
22 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 22
23 Elementos do DosFib Hamamatsu Photodiode S9195 Resposta espectral Fibras azuis e verdes 23
24 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
25 Testes do DosFib no HSM Ir-192 Source Energia Ir-192 Afterloading Energia Raios-g (kev) I g (%)
26 Testes do DosFib no HSM Fonte Ir-192 Dispositivo experimental
27 DosFib response as a function of the distance DosFib and the ionization chamber responses, which were normalized to unity for a distance of 1 cm The behavior of the two dosimeters is identical and in agreement with the theoretical model and the variation of 1/d 2 for short distances. For distances greater than 100 mm begins to exist a greater divergence
28 Influência da luz de Cherenkov e fluorescência Para além da luz de cintilação também é produzida luz (parasita) de Cherenkov e fluorescência
29 Testes de temperatura dos fotodiodos 29
30 Resposta do fotodiodo em função da temperatura Sistema de aquecimento Fonte radioactiva Luz visível Regulador de potência Electrómetro
31 O ciclotrão força centripeta = força Lorentz E. Lawrence 1929 frequência do ciclotrão
32 Compact Cyclotron: Still River System Ciclotrão (10 Tesla) Montado numa gantry pesada (25T) Ciclotrão está na mesma sala do paciente Mas a sua operação é cara Pode haver um problema sério de contaminação com neutrões? Still River
33 Compact Cyclotron Still River
34 Cintigrafia - Preparação do radiofármaco
35 Cintigrafia O exame clínico A radiação emitida pelo radiofármaco é detectada na câmara gama Câmara gama
36 Exemplos de cintigrafias Tiróide Detecção de anomalias na tiróide Doenças no cérebro
37 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
38 Detecção de metastases
39 Simulação da Siemens E.Cam Dual Head Simulado Simulado Câmara gama Hospital do Alvor Experimental Experimental
40 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
41 Preparação do doente
42 Câmaras PET-CT
43 Um caso clínico de utilização: mulher 47 anos Antes do tratamento 8 meses após tratamento
44 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 offaxis 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 " 44
45 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 45
46 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 crystals 384 APD arrays 192 detector modules 46
47 Electrónica de Frontend Sistema de cabeças compactas Detector Supermodule 6000 canais APD 400 linhas HV 160 linhas de saída rápidas (600 MHz) Frequência do relógio MHz High-voltage board Fronten d Board 47
48 Cabeça do detector Supermodulo: 24 grupos de módulos 2 Bordos de Front-End 4 ASICs com 192 canais Detector head : 4 supermodulos 1 Bordo de serviço 2 pratos de arrefecimento electronic channels 48
49 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
50 Assembled Detector Heads Detector Heads Data Acquisition Electronics (L1 hardware trigger) 50
51 Tumor na mama
52 Identificação do nódulo sentinela Injecção de um corante ou radioisótopo
53 Cirúrgia Imagens pre-operativas da localização do nódulo sentinela
54 Câmaras portáteis MiniCam II
55 O Detector ISPA 55
56 Avaliação final SPECT camera 140 kev point source ISPA-tube 122 kev point source 56
57 Avaliação final After a normalization of both test condition setups (time-activity concentration and energy sensitivity) SPECT camera ISPA-tube counts FWHM ~4.3 mm 5 minutes equivalent 2800 counts FWHM ~0.6 mm 57
58 Agradecimentos João Varela (CERN) Jorge Neves (LIP) Adérito Chaves (IPO) João Seco (Harvard) Patrick Sousa e Conceição Abreu (LIP) Florbela Rego (LIP) Ken Peach (Oxford Univ.) 58
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