Física Médica: uma área

(1)

Física Médica: uma área

multidisciplinar

(2)

(3)

(4)

(5)

Periodização do Curso de Física Médica da

UFRJ

1o_Período ₂o_Período ₃o _Período ₄o_Período ₅o_Período ₆o_Período ₇o_Período ₈o_Período

Cálculo I Cálculo II Cálculo III

Métodos de Física Teórica I Física das Radiações I Conceitos de Mecânica Quânt. Ultra-som RNM

Física I Física II Física III Física IV Estágio IEN Física das

Radiações II Estatística Aplicada

Trabalho de fim de curso

Simone C. Cardoso

Física Exp. I Física Exp. II Física Exp. III Física Exp.

IV Radiobiologia e Fotobiologia

Estágio IRD I Estágio HU I Estágio INCA

(6)

(7)

O que faz um físico médico?

Físico médico

Simone C. Cardoso

Hospitalar

(8)

Mercado de trabalho

(9)

(10)

(11)

O que faz um físico médico?

(12)

(13)

IMRT

IMRT-- Feixe

Feixe Intensidade

Intensidade não

não Uniforme

Uniforme

(14)

Radiocirurgia

•

Modalidade da radioterapia;

•

Não invasiva;

(15)

(16)

Métodos em Física Médica

(17)

Espalhamento:

Compton ou elástico

Nenhuma interação

Simone C. Cardoso

Nenhuma interação

Efeito foto-elétrico

(18)

e

E2 E3 E1

e

(19)

θ

σ

₂ ₂ ₂

cos

)

(x

f

r

d

o Rayleigh

=

Ω

1

f

F

Z i i

=

∑

= Simone C. Cardoso

–Seção de choque dependente

do ângulo de espalhamento

–Seção de choque diferencial

(20)

–Seção de choque

2 f i f 2 0 KN KN Compton

)

sin

E

(

E

2 r

d

S

d

θ

−

+

=

Ω

σ

Ω

σ

=

Ω

σ

–Seção de choque

dependente do ângulo de

espalhamento

–Seção de choque diferencial

varia com o número atomico

(21)

(22)

• Maior dose de radiação ao volume irradiado

• Danificando o mínimo possível os tecidos sadios

Dose absorvida varia com:

• profundidade

Radioterapia

• profundidade • tipo de tecido • energia do feixe • tamanho de campo

(23)

(24)

IMRT

(25)

• Heterogeneidades

– Mudanças na distribuição de dose

• tipo da heterogeneidade

Variações na absorção do feixe primário e fótons espalhados Variações na fluência dos elétrons

Radioterapia

• tipo da heterogeneidade • energia da radiação

• tamanho de campo de irradiação

Somente

Somente 1010 %% dosdos hospitaishospitais dodo mundomundo tratamtratam oo corpocorpo humanohumano comocomo umum meiomeio heterogêneo

heterogêneo..

• Pulmão;

(26)

(27)

(28)

(29)

Estudos demonstram que a radioterapia pós-mastectomia

possui benefícios associados a sobrevida da paciente.

- Maior tempo de vida;

Heterogeneidade metálica

- Menores chances de reincidiva;

(30)

Radioterapia pós-mastectomia

• -

Reconstrução mamária

-

Tumores com diâmetro ≥ 5cm - Pele comprometida

- Dissecação inadequada da axila - Margem comprometida

(31)

(32)

(33)

Braquiterapia de próstata

Casos novos de próstata estimados para o Brasil em 2008:

49.530. Tumor na fase inicial: pouco sintomático, maior probabilidade

cura.

- PSA

33

- PSA

(34)

Indicações

– Massa da próstata <40g.

– Indicadores químicos: Gleason <6 PSA<10 ng/ml.

– Tumor confinado à cápsula prostática.

Braquiterapia de próstata

Vantagens

– 1 dia de hospitalização.

– Anestesia peridural.

(35)

Desvantagens

– Custo das sementes (US$ 60,00 cada uma).

Efeitos colaterais

Braquiterapia de próstata

35

– Uretrite (frequente, porém transitória).

– Retenção (rara, tratável).

– Impotência (<17%).

– Retite (rara).

(36)

Braquiterapia de próstata

1- Ultrassom completo 2 - Marcação do 3 - Digitalização

(37)

Braquiterapia de próstata

37

(38)

(39)

Braquiterapia de próstata

39

Atividades típicas: 11,1 a 14,8 MBq ou 0,38 a 0,51 U. T_1/2 : 59,4 dias.

Principais energias de fótons: 27,202 keV, 27,472 keV, 30,98 keV, 31,71 keV, 35,492 keV.

(40)

Braquiterapia de próstata

Implante planejado para entregar uma dose mínima.

Problemas:

Edema pós-implante pode favorecer a redução da dose entregue.

Edema tipicamente aumenta o volume da próstata de 40 a 50%.

Cálculo das distribuições de dose via sistema de planejamento

- fontes pontuais.

- paciente é considerado um meio homogêneo.

- efeito entre as sementes é desprezado.

(41)

Pesquisa em Física Médica

(Radiação não ionizante)

(42)

Foto ilustrativa de uma aplicação laser Foto ilustrativa de uma aplicação laser da terapia fotodinâmica

da terapia fotodinâmica em carcinoma oral

em carcinoma oral

Dispositivo LED desenvolvido no laboratório que Dispositivo LED desenvolvido no laboratório que vem sendo utilizado para o tratamento em

vem sendo utilizado para o tratamento em pacientes.

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

Física e Biologia

Uso da Radiação Ionizante como

Ferramenta no Estudo da

(48)

O que são células-tronco?

Células não diferenciadas que tem a capacidade de formar qualquer célula adulta.

- coração, fígado, nervosas, da pele…

• 1980: CTE, derivada da massa interna de embrião de camundongos, foram isoladas pela primeira vez;

pela primeira vez;

• Diferenciação in vitro

• geração de proles com carga genética da CTE injetada • 1990: CTE humanas

(49)

Pluripotência

Capacidade de diferenciação de todos os tipos de células

(50)

• 2008

As pesquisas com CTE foram definitivamente aprovadas pelo Supremo Tribunal Federal (STF), em um julgamento histórico.

Naquela época os opositores às pesquisas com CTE já defendiam que as células IPS

Base legal para o estudo

Naquela época os opositores às pesquisas com CTE já defendiam que as células IPS iriam substituí-las.

(51)

Qual foi então o grande achado de Yamanaka?

• Estudar todos os tecidos de um paciente, sem usar nenhum método invasivo.

• As células (cobaias) passam a ser o paciente.

• Comparar diferentes tecidos de uma mesma pessoa e verificar como se expressam os genes nas diferentes células

expressam os genes nas diferentes células

• Porque um tecido é afetado e outro não?

• Porque pessoas com a mesma mutação genética podem ter quadros clínicos totalmente discordantes?

(52)

Células reprogramadas de espécies em risco de extinção

Nature Methods:

Scripps produziu células iPS de duas espécies ameaçadas de extinção: o macaco mandril (parente do babuíno) e o rinoceronte-branco-do-norte, que atualmente possui apenas oito do-norte, que atualmente possui apenas oito exemplares vivos.

(53)

Novas ferramentas

• Radiação ionizante

• É aquela capaz de arrancar elétrons de átomos ou moléculas, produzindo íons • Ex: Raios-X, Gama, elétrons, nêutrons...

• Nível atômico

• Células-tronco:

(54)

Modelagem de doenças neurais por espectroscopia de

Raios-X utilizando Células-tronco de pluripotência induzida para aplicação em Medicina Personalizada

• Doenças do cérebro e distúrbios mentais são pouco compreendidas – Diferentes origens

• Doença de Huntington: alterações genéticas

• Alzheimer: acúmulo de monômeros de Aβ e genes relacionados

• Outras desordens: perfil pouco padronizado em termos de alterações fisiológicas.

– Dificuldade de acesso

• Redução dos custos de testes de eficiência de fármacos;

(55)

• Modelo

– Animal

» Útil na modelagem de doenças que se sabe qual o tipo de alteração ocorre.

» Apesar de termos de levar em consideração as diferenças entre o » Apesar de termos de levar em consideração as diferenças entre o

organismo

» Alzheimer: camundongos apresentam acúmulo de Aβ, mas não apresentam os sinais de degeneração neural.

» Ainda, existem desordens em que não se sabe precisamente quais alterações são relativas ao organismo, e quais são

relativas ao ambiente ou ao histórico de vida, de modo que a modelagem em animais é complicada e pode ser muito

(56)

• Modelo :

– Cérebros post-mortem

» Biópsias: estágio final da doença

– iPS

» linhagens derivadas de pacientes, quando comparadas ás de indivíduos saudáveis podem ressaltar fenômenos precoces do estabelecimento da doença.

(57)

Esquizofrenia

• Acomete 1/100 indivíduos

• Alta morbidade, mortalidade, incapacitação pessoal e custo socioeconômico • Diagnosticada na adolescência mas gerada durante o desenvolvimento do

sistema nervoso

• Pouco se sabe sobre os mecanismos fisiológicos e bioquímicos que levam à doença

• Síndrome clínica x única doença • Síndrome clínica x única doença

• Inexistência de tratamentos satisfatórios!!!

• 20-30 % são resistentes ao tratamento com antipsocóticos clássicos – Efeitos adversos

(58)

Doenças neurais a nível atômico e embrionário: esquizofrenia

• Esquizofrenia

– Doença neural

– Reprogramação das células – iPS saudáveis

– iPS esquizofrênicas

– Células-tronco embrionária – Células-tronco embrionária

• Neuroesferas

– Um modelo experimental para estudos da potencialidade das células-tronco neurais

– Agregados celulares que crescem em suspensão na presença de fatores de crescimento, como FGF-2 ( crescimento, como FGF-2 (ﬁﬁ broblast growth factor-2 broblast growth factor-2) e EGF (epidermal growth factor);

– Podem diferenciar-se nos três tipos celulares do SNC: neurônios, astrócitos e oligodendrócitos

(59)

Doenças neurais a nível atômico e embrionário: esquizofrenia

• Hipótese:

Variações espacias e de concentração de alguns elementos químicos destas células tenham relação com erros na diferenciação dos neurônios

(60)

Doenças neurais a nível atômico e embrionário: esquizofrenia

4000 5000 6000 K - lio colônia neuroesfera 0 1000 2000 3000 H9 FN EZQ 2

Tratar as neuroesferas com fármacos:

Ácido valproico (VPA): diminui o ROS.

(61)

(62)