Aplicações da Física de Partículas (à Medicina)

(1)

Aplicações da Física de

Partículas

(à Medicina)

Luis Peralta

(2)

Aplicações da Física de Partículas - CERN 2010 2

Aceleradores em aplicações médicas

“A pré-história”

(3)

Aceleradores em aplicações médicas

“1895 - Descoberta dos raios-X”

O tubo de Raios-X contem

um pequeno acelerador

electrostático

(4)

Aceleradores em aplicações médicas

“Primeiras aplicações à Medicina”

Terapêutica

(radioterapia 1920)

Imagiologia

(fluoroscopia)

(5)

Aceleradores em aplicações médicas

“Acelerador Linear”

Fonte

~

l

₁

l

₂

l

₃

l

₄

l

₅

l

₆

l

₇

Wideroe - 1928

O feixe é descontinuo (pacotes)

L

₁

<L

₂

<L

₃

…

Para se obter uma energia elevada são

(6)

Aceleradores em aplicações médicas

(7)

Aceleradores em aplicações médicas

“Instalação de um acelerador linear”

(8)

Aceleradores em aplicações médicas

“Conformação do feixe de fotões”

Várias incidências feixe de fotões

_{IMRT (RadioTerapia de}

Intensidade Modulada)

(9)

Sobrevivência de células tumorais / normais

Mo

rt

al

id

ad

e

Células tumorais Células normais

(10)

(11)

colimadores adicionais

(12)

Aceleradores em aplicações médicas

“Terapia com protões”

(13)

Centros Terapia com protões

In Physics Laboratories

(14)

Aceleradores em aplicações médicas

“Deposição de energia ”

(15)

Aceleradores em aplicações médicas

“Deposição de energia dos protões”

(16)

Aceleradores em aplicações médicas

“Terapia com protões”

(17)

Um ano depois

do tratamento

Melanoma no globo ocular

(18)

Radioterapia intracavitária

Fonte Ir-192

(19)

(20)

(21)

FIBRAS DE POLIESTIRENO

Fibras ópticas como dosimetros

I N D U S T R I A L FI B E R O P T I C S, INC

Câmara de ionização

Dosimetro MOSFET

(22)

Aplicações da Física de Partículas - CERN 2010

O DosFib

22

Fibra plástico emitindo no azul, 5 mm comprido (2 mm diâmetro)

Fibra não-cintilante c/ 1 m comprimento

Fotodetector de silício

(23)

Elementos do DosFib

Hamamatsu Photodiode S9195

(24)

Testes em laboratório do DosFib

O DosFib foi testado com feixes de raios-X de 20 a 100 kVp

Câmara de ionização

para testes

Philips PW 2184/00 X-ray tube

Dispositivo experimental

(25)

Testes do DosFib no HSM

Energia Raios-g (keV) I_g(%) 295 29 308 30 316 83 486 48 604 8 612 5

Ir-192 Source

Energia Ir-192

(26)

Testes do DosFib no HSM

Fonte Ir-192

(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)

(30)

Electrómetro

Regulador de

potência

Sistema de aquecimento

Fonte radioactiva

Resposta do fotodiodo em função da temperatura

(31)

frequência

O ciclotrão

força centripeta = força Lorentz

(32)

Compact Cyclotron: Still River System

Ciclotrão está na mesma

sala do paciente

–  Mas a sua operação é cara

–  Pode haver um problema

sério de contaminação com

neutrões?

Ciclotrão (10 Tesla)

Montado numa gantry pesada (25T)

(33)

(34)

(35)

Câmara gama

A radiação emitida pelo radiofármaco é

detectada na câmara gama

(36)

Tiróide

Detecção de

anomalias na tiróide

Doenças no

cérebro

Exemplos de cintigrafias

(37)

o ar circula

mas ...

a perfusão (feita com um

radiofármaco injectado) mostra

que um coágulo de sangue

impede a circulação!

(38)

(39)

Simulação da Siemens E.Cam Dual Head

Câmara gama

Hospital do Alvor

Experimental Experimental

(40)

O Fluor-18 é um emissor de positrões

Positrão + Electrão

! 2 Fotões

O radiofármaco (FDG) é

preparado num ciclotrão

Aniquilação

(41)

(42)

(43)

Antes do tratamento

_{8 meses após tratamento}

(44)

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 "

Sensitivity@350 keV (%) central slice 4 cm off-axis 3 cm off-axis 2 cm off-axis 1 cm off-axis Y-axis _(cm) X-axis (cm)

Scanner ClearPEM desenvolvido no quadro da

colaboração Crystal Clear Collaboration do CERN !

Consórcio PET-Mammography.

(45)

 

PET dedicado a mamografia

 

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

Breast exam

Axilla exam

(46)

6144 crystals

384 APD arrays

_{192 detector modules}

 

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”

(47)

Sistema de cabeças compactas

•  6000 canais APD

•  400 linhas HV

•  160 linhas de saída rápidas (600 MHz)

•  Frequência do relógio - 100 MHz

Detector

Supermodule

Fronten

d Board

High-voltage board

Electrónica de Frontend

(48)

12 288 electronic channels

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

(49)

PET-Ultra-Sons

Cabeças do detector

Baseado no ClearPEM

Permitirá melhor qualidade de imagem

Visualização de tecidos moles

Não adiciona dose de radiação ao

paciente

(50)

Detector

Heads

Data Acquisition

Electronics

(L1 hardware

trigger)

(51)

(52)

Injecção de um corante ou radioisótopo

(53)

Imagens pre-operativas da localização

do nódulo sentinela

(54)

MiniCam II

Câmaras portáteis

(55)

(56)

ISPA-tube

122 keV point source

SPECT camera

140 keV point source

(57)

ISPA-tube

SPECT camera

After a normalization of both test condition setups

(time-activity concentration and energy sensitivity)

5 minutes

equivalent

14000 counts

FWHM ~4.3 mm

2800 counts

FWHM ~0.6 mm

Avaliação final

(58)