Dosimetría Interna en Medicina Nuclear Ana María Rojo Dosimetría Interna Gerencia de Apoyo Científico y Técnico Autoridad Regulatoria Nuclear - Argentina
Medical Internal Radiation Dose (MIRD) Committee Desarrolla y provee un marco y metodología de dosimetría interna para medicina nuclear Compila, evalúa y disemina datos necesarios para su implementación incluyendo propiedades de los radionucleídos, emisiones, fracciones de energía absorbida y modelos anatómicos Colecta y evalúa datos experimentales publicando reportes de dosis de nuevos radiofármacos Desarrolla, testea y publica software y herramientas para implementar el cálculo MIRD incluyendo datos de dosis-respuesta. Trabaja junto a comités internacionales para establecer uniformidad en los modelos dosimétricos, técnicas, magnitudes y unidades de dosis y respuesta biológica
Libros de referencia AU TORI D AD REGULATORIA NUCLEAR
MAGNITUDES Y UNIDADES
Cuando la radiación incide en un cuerpo deposita en él su energía. La DOSIS ABSORBIDA es una medida de la cantidad de energía depositada.
Dosis absorbida El símbolo es D Unidad = gray (Gy); (1 joule por kilogramo) Algunos países aún usan el rad (= 0,01 Gy)
METODOLOGIA
Qué es el sistema MIRD? ( Medical Internal Radiation Dose) Es una metodología de cálculo que fue establecida por la Sociedad de Medicina Nuclear de USA en 1968 para asistir a la comunidad médica en las estimaciones de dosis a órganos y tejidos debido a la incorporación de material radiactivo.
Esquema de cálculo de Dosis El número de desintegraciones en el órgano fuente X La energía que cada desintegración entrega en el órgano blanco Dosis en el órgano blanco
Esquema de cálculo de Dosis El número de desintegraciones en el órgano fuente (S) Es la Actividad Integrada
FUENTE AU TORI D AD REGULATORIA NUCLEAR BLANCO Bq ACTIVIDAD (Bq) Bq γ BLANCO Emisión γ: Se irradia el órgano fuente y órganos vecinos Emisión α y β: Solo se irradia el órgano fuente
Organos fuente Organos Blanco
Medical Internal Radiation Dose r h 2 Sufijos k : tejido u órgano blanco (r k ) h : tejidos u órganos fuente (r h ) r h 1 r h 3 ( ) = ( ) D r A % S r r k h k h h r k Nº desintegraciones en el órgano fuente r h [ µci h] Dosis impartida en r k por cada desintegración en rh cgy µci. h
Actividad Acumulada ( ) = ( ) D r A % S r r k h k h h Nº desintegraciones en el órgano fuente r h Dependencias decaimiento físico dinámica del radiofármaco A% A t dt Ci h h = 0 h ( ) [ µ ] 1 0.9 0.8 0.7 0.6 del paciente 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 10 20 30 40 50 60
Cálculo de la Actividad Integrada Es el número de desintegraciones que se producen en el órgano fuente Es necesario conocer la Curva de Actividad, esto es: la actividad presente en el órgano fuente en función del tiempo Esta curva puede tenerse en forma gráfica o analítica A ~ Es el área bajo la curva de actividad
ACTIVIDAD vs. TIEMPO A ~ tiempo Unidades del área bajo la curva = Actividad x tiempo Desintegraciones por unidad de tiempo x tiempo = = Nº de desintegraciones
Curva de Actividad La Curva de Actividad se obtiene: Directamente, por medición de la actividad retenida a distintos tiempos luego de la administración del radiofármaco. Planteando modelos matemáticos que describen la cinética de los radiofármacos y resolviendo las ecuaciones diferenciales que resultan de ellos
Casos especiales: ACTIVIDAD vs. TIEMPO A ~ Unidades del área bajo la curva = Actividad x tiempo Desintegraciones por unidad de tiempo x tiempo = = Nº de desintegraciones
DECAIMIENTO EFECTIVO ORGANO FUENTE A 0 e T 1 / ln 2 2 físico t Decaimiento Físico A S (Bq;mCi) Eliminación Biológica A 0 e T 1 / ln 2 2 biológico t
DECAIMIENTO EFECTIVO Físico Biológico Decaimiento Efectivo A S e T 1 / ln 2 2 efectivo t
DECAIMIENTO EFECTIVO ( ) A t = A S e T ln 2 1/ 2 físico t e T ln 2 1/ 2 biológico t T efectivo = T T biológico biológico + T T físico físico
Con radiofármacos: T físico << T biológico T efectivo = T físico
ACTIVIDAD VS TIEMPO 1.0 0.8 RETENCIÓN: UNA SOLA EXPONENCIAL Gráfico lineal ACTIVIDAD 0.6 0.4 0.2 1 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 TIEMPO (horas) RETENCIÓN: UNA SOLA EXPONENCIAL Gráfico semi logaritmico ACTIVIDAD 0.1 0.01 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 TIEMPO (horas)
ACTIVIDAD VS TIEMPO RETENCIÓN: Captación y eliminación ACTIVIDAD 0.1 0.01 0 5 10 15 20 TIEMPO (horas)
MIRD 16: Numero y espaciado puntos 1 Fraction 0.1 0.01 0 20 40 60 80 100 Time (h)
Tiempo de Residencia - τ Se define para un órgano fuente τ = ~ A A 0 Actividad Integrada Actividad Suministrada
Tiempo de Residencia - τ ~ A = fa 0 0 e ln 2 T 1/ 2 fis t dt ~ A = fa 0 T 1/ 2 fis ln 2 ( 0 1) = ~ A = fa 0 T 1/ 2 fis 1.44
Tiempo de Residencia - τ ~ τ = A A 0 = 1.44 f T 1/ 2 fis [ tiempo]
Esquema de cálculo de Dosis El número de desintegraciones en el órgano fuente X La dosis que cada desintegración entrega en el órgano blanco Dosis en el órgano blanco
( ) = ( ) D r A % S r r k h k h h Dependencias física del radionucleído (energía, emisividad) parámetros anatómicos (masas y relaciones anatómicas) AU TORI D AD REGULATORIA NUCLEAR Factor de Conversión de Dosis Dosis impartida en r k por cada desintegración en r h ( r ) S r k ( ) φ r r cgy i i k h h = i m k µ Ci h del paciente Datos de: fantomas (tablas)
Factor de Conversión de Dosis ( ) = ( ) D r A % S r r k h k h h g cgy µci h i = ni Ei Dosis impartida en rk por cada desintegración en r h ( r ) S r k ( ) φ r r cgy i i k h h = i m k µ Ci h Energía emitida por transición nuclear mk [ g] masa del órgano blanco
Factor de Conversión de Dosis ( ) = ( ) D r A % S r r k h k h h Dosis impartida en r k por cada desintegración en r h r h ( r ) S r k ( ) φ r r cgy i i k h h = i m k µ Ci h r k ( r r ) φ = k h energía absorbida en blanco energía emitida en fuente Fracción absorbida de energía
MANIQUIES (FANTOMAS)
Fantoma Físico
Fantoma Computacional
valores de S (rk rh) Software Mirdose OLINDA Snyder, Ford, Warner "Absorbed Dose per Unit Cumulated Activity for Selected Radionuclides and Organs" MIRD Pamphlet nº 11. New York. The Society of Nuclear Medicine, 1975
Evolucion de los modelos computacionales 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Stylized Voxel Hybrid ICRU sphere 1950 s MIRD/ORNL 1980 s ICRP/ICRU 2009 MASH 2009
Donde encontrar los valores de S (rk rh) RADAR Web http://www.doseinfo-radar.com
RADAR - Available Phantoms
RADAR - Available Phantoms
RESUMIENDO: Ã Depende de: Distribución del radiofármaco Parámetros fisiológicos del individuo Factor S Depende de: Esquema de Decaimiento del Radionucleído Geometría de los Organos (masa, distancia)
µci - día UNIDADES Ã MBq - segundo Factor S rad / µci - día mgy / MBq - segundo
magnitudes, parámetros, símbolos y unidades en los sistemas dosimétricos MIRD y ICRP RADAR 1/2
Energía promedio de lai sima transición por transformación nuclear AU TORI D AD REGULATORIA NUCLEAR o Fracción absorbida Sin unidades Masa de la región blanco Fracción específica absorbida magnitudes, parámetros, símbolos y unidades en los sistemas dosimétricos MIRD y ICRP RADAR 2/2 Actividad integrada en el tiempo en la región fuente* Coeficiente de actividad integrada en el tiempo + Dosis equivalente en el blanco No se define No se define Factor de ponderación de la radiación Dosis absorbida en el blanco para el tipo de radiación R No se define Sin unidades No se define S Radiación ponderada Coeficiente de dosis equivalente
ESTUDIOS PRECLINICOS EN RATONES
MetodologíaExperimental
50 µci de RF MetodologíaExperimental aplicada al ratón NIH AU TORI D AD REGULATORIA NUCLEAR 24 ratones Jeringa 4 ratones Medir actividad de cuerpo entero en activímetro (en t=0 y a los 30 min, 2 h, 4h, 24 h, 48 h y 1 semana ) Aplicar Factor de Corrección por Isótopo Estimar actividad en cuerpo entero Medir actividad en activímetro Inyectar a ratón NIH en la vena de la cola Sacrificar ratón (a las 0.5h, 2 h, 4h, 1d, 2d y 7d) Extraer órganos (sangre del corazón, hígado, pulmones fémur, riñones, estómago, intestino y bazo) Determinar masa Medir actividad de cada órgano y la cola Calcular dosis inyectada A 0 A JERINGA Medir actividad en jeringa post-inyección Calcular Actividad administrada al animal A ADM = A JERINGA - A REMANENTE A 0 = A ADM A cola A REMANENTE Estimar las fracciones de actividad en cada órgano para cada tiempo A(t)/A 0
Estudio Biocinético: Curvas de retención
EXTRAPOLACIÓN DE DATOS ANIMALES A HUMANOS A partir del análisis biocinético en animales la extrapolación a humanos se realiza con alguno de los siguientes métodos de : Escalación por masa Escalación por tiempo Uso Directo de los datos en animales
Estudio dosimétrico Fantomas de ratón Fantoma humano
Máxima Actividad Tolerable Máxima Actividad Tolerable MBq Kg ( mgy) DosisUmbral = Coeficiente de Dosis ( mgy / MBq) masa La masa CE toma el valor de la masa corporal total de los fantomas empleados: 73,7 Kg para el hombre de referencia 56,9 Kg para la mujer de referencia CE Dosis umbral para Médula ósea = 200 cgy
Resolución de Casos
Caso 1 Calcular la dosis recibida por la tiroides como consecuencia de la administración de 5 mci de I-123 Datos: τ =? Hombre adulto captación en tiroides: 45% T físico = 13.2 horas D tiroides =? T biológico en tiroides = 80 días
METODOLOGIA MIRD ~ A = A 1. 44 f T h 0 efectivo τ ~ Ah h = = 1. 44 f T A 0 efectivo [ hora]
Caso 1 Calcular la dosis recibida por la tiroides como consecuencia de la administración de 5 mci de I-123 Datos: Hombre adulto captación en tiroides: 45% τ = 1.44 x 0.45 x 13.2 = = 8.55 horas T físico = 13.2 horas T biológico en tiroides = 80 días
METODOLOGIA MIRD D k = A τ 0 h S ( k h) h
S (T-T) = 3.86 E-3 rad/uci-h
Caso 1 D k = A τ 0 h S ( k h) h D / uci Tiroides ( 3.86E 3rad uci h) = 8.55hs / h D tiroides = 3.3 E-2 rad/uci D tiroides = 3.3 E-2 rad/hci x 5000 uci = 165 rad (1.65 Gy)
Caso 2 Calcular la dosis en hígado como consecuencia de la administración de 2 mci de Tc-99m Datos: Hombre adulto Lo administrado se deposita en: T físico = 6 horas hígado: 85% bazo: 10% tejido óseo: 5% Decaimiento biológico despreciable Blanco: hígado Fuentes: hígado bazo tej. óseo τ h =? τ hígado =? τ bazo =? τ hueso =?
Caso 2 Calcular la dosis en hígado como consecuencia de la administración de 2 mci de Tc-99m Datos: Hombre adulto Lo administrado se deposita en: T físico = 6 horas hígado: 85% bazo: 10% tejido óseo: 5% Decaimiento biológico despreciable Blanco: hígado Fuentes: hígado bazo tej. óseo τ h = 1.44x6 horas x f h τ hígado = 7.3 horas τ bazo = 0.86 horas τ hueso = 0.43 horas
Caso 2 S S S S AU TORI D AD REGULATORIA NUCLEAR ( k h) rad µ Ci ( hígado hígado) = 4.3E ( hígado bazo) = ( hígado hueso) = 9.6E 07 6.4E 07 hora 05 D k = A τ 0 h h S ( k h)
Caso 2 D k = A τ 0 h h S ( k h) D hígado = = 2 10 3 5 Ci 7.3 4.3 10 + 0.86 9.6 10 µ 7 + 0.43 6.4 10 7 + hora rad µ Ci hora D hígado = 0. 63 rad
Caso 2 rad D hígado = 2 mci 0.316 = 0. 632 mci rad
Caso 3 Calcular la dosis en médula por unidad de actividad administrada de Sm-153- EDTMP Datos: Hombre adulto Blanco: médula ósea sup. ósea Fuentes: tejido óseo T físico = 1.95 días= 46.8 hs T biológico = 1000 días captación ósea: 65% (distribuido por igual entre hueso cortical y trabecular) τ =? τ trabecular = τ cortical =?
Caso 3 AU TORI D AD REGULATORIA NUCLEAR Calcular la dosis en médula por unidad de actividad administrada de Sm-153- EDTMP Datos:Hombre adulto T físico = 1.95 días= 46.8 hs Blanco: médula ósea sup. ósea Fuentes: tejido óseo T biológico = 1000 días captación ósea: 65% (distribuido por igual entre hueso cortical y trabecular) S (Méd.- h. Cor.)=1.46E-6 rad/uci/h τ = 1.44 x 0.65 x 46.8 = 43.8 hs. τ trabecular = τ cortical = 21.9 hs. S (Méd. -h.trab.) = 1.31E-4 rad/uci/h
Caso 3 AU TORI D AD REGULATORIA NUCLEAR D médula = 6 21.9 1.46 10 + 21.9 1.31 10 = 1µ Ci 4 hora rad µ Ci hora
D = 0.78 mgy / médula ósea MBq D médula ósea = 0.78 E-3 Gy/ MBq Umbral para mielotoxicidad = 2 Gy Calcular la actividad a administrar
Umbral para mielotoxicidad = 2 Gy Máxima actividad tolerable 70 mci
Bioquímica Ana María Rojo Dosimetría Interna Gerencia de Apoyo Científico Autoridad Regulatoria Nuclear arojo@arn.gob.ar Centro Atómico Ezeiza TE 4125 8482
Ana María Rojo arojo@arn.gob.ar Dosimetría Interna Gerencia de Apoyo Científico y Técnico Autoridad Regulatoria Nuclear - Argentina GRACIAS!!!!