MEDICINA NUCLEAR

SEL 5705 – FUNDAMENTOS FÍSICOS DOS PROCESSOS DE FORMAÇÃO DE IMAGENS

(Sub-área de Imagens Médicas)

2

MEDICINA NUCLEAR

Histórico

Conceito

O Exame

Como se realiza o exame

Em quais casos é indicado

Radiação Gama

Radiofármacos

Comportamento Biológico

Formação da Imagem

Cíclotron

3

MEDICINA NUCLEAR

Câmara Gama

Colimadores

SPECT / PET

Principais Aplicações;

Vantagens e Desvantagens

Cintilografia

Tipos de Exames

Controle de Qualidade Imagem/Equipamento

Aplicações Médicas

Conclusão

Referências Bibliográficas

4

MEDICINA NUCLEAR

Histórico

5

Físico francês;

1896: observou a existência de

“raios” emitidos pelo urânio capazes

de impregnar um filme fotográfico;

MEDICINA NUCLEAR

Antonie-Henri Becquerel

1859 - 1906

“Pai da radioatividade”.

6

Físico alemão;

Contador Geiger;

Tubo Geiger Muller (capaz de medir pequenas quantidades

de radioatividade.

MEDICINA NUCLEAR

Hans Wilhelm Geiger

7

Físico e químico francês;

Co-autor da descoberta do Po-210

e Ra-226.

MEDICINA NUCLEAR

Pierre Curie

1859 - 1906

8

Matemática e química polonesa;

Co-autora do isolamento do Po-210

e Ra-226;

MEDICINA NUCLEAR

Marie Curie

1867 - 1934

Nomeou os “misteriosos” raios de

radioatividade.

9

Físico-Químico húngaro;

1943: Prêmio Nobel pelo desenvolvimento dos radiotraçadores;

Estudou o chumbo e fósforo no metabolismo de plantas e ratos;

MEDICINA NUCLEAR

George Charles de Hevesy

1859 - 1906

“Pai dos radiotraçadores”.

10

1926: pioneiro no uso de radiotraçador no homem;

Bismuto 214: avaliou a velocidade do fluxo sanguíneo de um

braço a outro;

MEDICINA NUCLEAR

Hermann Blumgart

“Pai do uso diagnóstico dos radiotraçadores”.

11

Descobriram a radioatividade artificial;

1934: Direcionaram um feixe de partículas alfa de uma fonte

de rádio num alvo de alumínio.

MEDICINA NUCLEAR

Frèdrèric Joliot Curie e Irène Curie

12

Físico americano;

1939: Prêmio Nobel de física pela invenção do Cíclotron;

MEDICINA NUCLEAR

Ernest Lawrence

1901 - 1958

13

1937: empregou P-32 no tratamento de pacientes com

leucemia;

MEDICINA NUCLEAR

John H. Lawrence

“Pai da terapia com radioisótopos”.

14

Físico italiano;

1936/37: descobriu o Tc-99m;

* palavra grega techetos (artificial)

MEDICINA NUCLEAR

Emílio Segre

1905 - 1989

15

1949: Demonstrou a erradicação de metástase de CDT pelo

Iodo-131;

MEDICINA NUCLEAR

Sam Seidlin

“Pai da radioterapia”.

16

Inventor do cintilógrafo retilíneo (1950);

MEDICINA NUCLEAR

Benedict Cassen

“Pai da imagem na Medicina

Nuclear”.

17

Convenceu a Comissão de Energia Atômica americana sobre o benefício do uso de RF pelos médicos;

Preconizou cursos de formação médica ;

1º presidente do SMN;

“Pai da estruturação da MN”.

MEDICINA NUCLEAR

Marshall Brucer

1913 - 1994

18

1957: câmara de cintilação;

Estudos dinâmicos e de corpo inteiro;

MEDICINA NUCLEAR

Hal Anger

1905 - 1989

“Pai da imagem dinâmica”.

19

MEDICINA NUCLEAR

Utiliza pequenas quantidades de substâncias radioativas ou

"traçadores" para o diagnóstico ou tratamento de doenças.

mostra a causa da doença;

função dos órgãos e tecidos.

Conceito

20

MEDICINA NUCLEAR

Câmara:

câmara gama ou câmara de cintilação;

transformação das emissões em imagens;

informações de como se encontra a função do órgão em estudo.

O médico nuclear:

interpreta estes estudos (ou cintilografias);

determina qual a causa da doença.

Conceito

21

MEDICINA NUCLEAR

Utiliza técnicas seguras e indolores para formar imagens do

corpo e tratar doenças.

Única por revelar dados sobre a anatomia e a função dos

órgãos.

Conceito

22

MEDICINA NUCLEAR

É uma maneira de coletar informações de diagnóstico médico que, de outra forma, não estariam disponíveis.

requereriam cirurgia;

exames de diagnóstico mais caros.

A avaliação funcional realizada pela medicina nuclear traz, muitas vezes, informações diagnósticas de forma precoce em diferentes patologias.

Conceito

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MEDICINA NUCLEAR

3 passos principais:

administração do traçador;

aquisição de imagens;

análise das imagens.

Uma pequena quantidade de material radioativo é absorvida

pelo corpo.

A aquisição das imagens, que pode variar de poucas horas a

alguns dias, dependendo do tipo de exame a ser realizado.

Como se realiza um exame de MN

24

MEDICINA NUCLEAR

Uma câmera especial é utilizada para tirar fotografias de seu

corpo.

Possui detectores especiais que podem captar a imagem dos

materiais radioativos localizados dentro do corpo.

A imagem, gravada em filme ou em um computador, é, então,

avaliada por seu médico.

Como se realiza um exame de MN

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MEDICINA NUCLEAR

Danos fisiológicos ao coração;

Restrição do fluxo sangüíneo ao cérebro;

Tireóide, rins, fígado e pulmões;

Tratamento do hipertireoidismo;

Alívio da dor para certos tipos de câncer dos ossos.

Em quais casos é indicado

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MEDICINA NUCLEAR

Surgem a partir de reações nucleares e têm energias associadas

com níveis de excitação nuclear, tipicamente na faixa de 30

KeV a 3 Mev.

Devem possuir energias suficientes para que não sejam

indevidamente absorvidos pelo corpo.

Radiação Gama

27

MEDICINA NUCLEAR

Radiação Gama

O limite superior é determinado pela diminuição da eficiência dos detectores.

Vai a qualquer profundidade, embora a intensidade decresça com a espessura atravessada.

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MEDICINA NUCLEAR

Radiação Gama

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MEDICINA NUCLEAR

Radiofármacos

Esses agentes, conhecidos como radiofármacos, têm a função de mostrar a função fisiológica de órgãos ou sistemas.

A distribuição desses agentes no corpo é determinada pela forma como eles são administrados e por processos metabólicos.

Cloreto deTálio (Tl-201)

músculo cardíaco.

Iodeto de Sódio (I-131)

Tireóide.

MDP (Tc-99M)

Osso.

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MEDICINA NUCLEAR

Radiofármacos

Todos, exceto testes in vitro, requerem a administração de

elementos radiofarmacêuticos para o paciente.

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Radiofármacos Utilizados na Avaliação da Função e Morfologia da Glândula Tireóide

MEDICINA NUCLEAR

32

Decai pela emissão de radiação gama de 140 KeV;

Não emite radiação beta e tem meia vida de apenas 6 h, é possível que se

administrem atividades radioativas mais elevadas do que aquelas utilizadas

com I-131 e I-123, o que contribui para a qualidade da imagem obtida.

Tecnécio-99m

MEDICINA NUCLEAR

33

uma substância com um isótopo radioativo é administrado

no paciente por via oral ou intravenosa.

Dependendo do radiofármaco utilizado, um ou mais órgãos

específicos do corpo tornar-se-ão radioativos. a radiação emitida é utilizada para localizar a

quantidade de substância recolhida pelo tecido.

Radiofármacos

MEDICINA NUCLEAR

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Radiação Gama

Tc-99m

140 keV

Tecnécio-99m

MEDICINA NUCLEAR

35

Gerador de Tecnécio-99m

MEDICINA NUCLEAR

Exemplo de um gerador de 99mTc

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Comportamento Biológico

MEDICINA NUCLEAR

Quantidade e tempo de permanência do elemento radioativo

no corpo (meia vida).

Fatores que devem ser considerados na seleção de um

radionuclídeo:

são os tipos de radiação emitida;

a energia e abundância de raios gama;

e a sua meia vida.

37

Formação da Imagem

MEDICINA NUCLEAR

38

MEDICINA NUCLEAR

Distribuição predominante do órgão que se deseja estudar;

Resolução baixa comparada com CT ou ressonância;

Valor diagnóstico muito alto fornece informações funcionais;

Formação da Imagem

39

MEDICINA NUCLEAR

Equipamento capaz de produzir radioisótopos (elementos químicos radioativos) necessárias para se obterem as imagens funcionais.

É possível produzir substâncias como:

carbono-11;

oxigênio-15;

flúor-18.

Cíclotron

Um ciclotron para a síntese de radiofármacos

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MEDICINA NUCLEAR

Cíclotron

Canhão circular;

Formado por dois eletrodos

ocos em forma de D,

separados por um espaço

intermediário;

Um acelerador de

partículas nucleares

subatômicas.

41

MEDICINA NUCLEAR

Cíclotron

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MEDICINA NUCLEAR

Cíclotron

43

MEDICINA NUCLEAR

Aplicações dos Radioisótopos

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MEDICINA NUCLEAR

Câmara Gama

Desenvolvida por HAL ANGER década de 60;

É um equipamento usado na Medicina Nuclear:

PET e SPECT, para detectar e localizar a origem espacial

de raios gama emitidos pelos radiofármacos.

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MEDICINA NUCLEAR

Câmara Gama

Imagens em vários planos;

Cristal de cintilação (NaI) de 25 à 40 cm;

Fotomultiplicadores com informações sobre as coordenadas (x,y);

Colimadores;

Saída: Filme ou monitor;

Possibilita imagens dinâmicas.

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MEDICINA NUCLEAR

Protótipo da câmara para radiação gama

Técnica

uma substância com um

isótopo radioativo é

administrado no paciente;

a radiação emitida é

utilizada para localizar a

quantidade de substância

recolhida pelo tecido.

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MEDICINA NUCLEAR Colimadores utilizados em Medicina Nuclear Orifícios Paralelos Convergente

Divergente Obturador (pinhole)

Imagem

Objecto

Imagem

Objecto

Objecto

Imagem

Objecto

Imagem

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MEDICINA NUCLEAR

Colimador de Alta Resolução

Cintilografia da tiróide utilizando colimador de alta resolução.

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MEDICINA NUCLEAR

Colimador Pinhole

Cintilografia da tiróide utilizando colimador "pin-hole".

50

Imagem fica invertida;

Imagem pode ficar ampliada ou reduzida;

Alta resolução de pequenos órgãos a pequenas

distâncias;

Tamanho da imagem depende da distância

entre o objeto e o colimador b.

MEDICINA NUCLEAR

Colimador Pinhole

51

MEDICINA NUCLEAR

Colimadores utilizados em Medicina Nuclear

Material de elevado número atômico (Pb ou W);

Colocado o mais próximo possível do detector e do paciente para melhorar a resolução espacial;

Septa e furos definidos para cada aplicação:

alta resolução;

elevada eficiência;

grande campo de visão.

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MEDICINA NUCLEAR

Colimadores utilizados em Medicina Nuclear

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0º

colimador

Cristal cintilador

*

A partícula, ao atravessar o material cintilador, colide com electrões atômicos

através do Efeito Foto Eléctrico ou Espalhamento de Compton O electrão é promovido para um nível de energia superior

deixando uma vaga no seu estado natural

Após um curto período de tempo o electrão da orbital acima decai

para o estado de energia inferior emitindo radiação

MEDICINA NUCLEAR Princípio do Funcionamento Câmara Gama

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MEDICINA NUCLEAR Princípio do Funcionamento Câmara Gama

0º

colimador

Cristal cintilador

*

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MEDICINA NUCLEAR

SPECT – Single Photon Emission Computed

Tomography

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MEDICINA NUCLEAR

Utiliza 1 ou 2 sensores ou ainda anel em torno do paciente;

Tipicamente 2 imagens em planos diferentes;

Imagens de cérebro, coração, pulmão, fígado, ossos.

SPECT – Single Photon Emission Computed

Tomography

Principal área de utilização ONCOLOGIA

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MEDICINA NUCLEAR

SPECT – Single Photon Emission Computed

Tomography

VANTAGENS:

Emprega-se radiofármacos convencionais;

Custo acessível;

Seu princípio é o uso de um radiofármaco.

58

MEDICINA NUCLEAR

1 Detector 2 Detectores à 180º

2 Detectores com ângulo variável

SPECT – Single Photon Emission Computed

Tomography

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MEDICINA NUCLEAR

Conventional SPECT

Colimador Paralelo;

Reconstrução 2D (slice-by-slice).

SPECT – Single Photon Emission Computed

Tomography

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MEDICINA NUCLEAR

SPECT Ideal

Atividade detectada deve ser a mesma em

todas as projeções.

Problemas encontrados na prática:

Angulação do detector ou colimador;

Variação da atividade com o tempo;

Atenuação não uniforme;

Movimento do paciente.

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MEDICINA NUCLEAR

SPECT Cardíaco - Posicionamento

Posicionar bem centralizado com os braços o mais confortável;

Informar o paciente para não movimentar;

Aproximar o máximo o detector do paciente;

Ajustar a angulação do detector.

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MEDICINA NUCLEAR

Detecta com precisão quando determinada parte do corpo apresenta alteração de metabolismo.

A máquina obtém uma série de imagens e as agrupa, criando uma figura tridimensional na tela do computador.

PET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEAR

Seu princípio é o uso de um radiofármaco chamado FDG, ou fluoro-deoxi-glicose, marcado com o flúor-18 (FDG-18F), que é semelhante à glicose.

O FDG-18F é captado por células que têm grande consumo de glicose por ter maior atividade metabólica.

PET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEAR

PET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEAR

Como a radiação gama emitida dentro do cérebro é simétrica, o par de detectores posicionados a 180 graus um do outro simultaneamente poderão sentir os raios.

PET (Positron Emissor Tomography)

66

MEDICINA NUCLEAR

PET (Positron Emissor Tomography)

Um seção do cérebro obtida pelo PET Orientação da fatia

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MEDICINA NUCLEAR

PET (Positron Emissor Tomography)

A atividade dos receptores de DOPA no

cérebro

Uma reconstrução 3d das imagens do PET

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MEDICINA NUCLEAR

PET (Positron Emissor Tomography)

Imagens cerebrais utilizando o 18F-FDG obtidas com o PET.

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MEDICINA NUCLEAR

PET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEAR

PET (Positron Emissor Tomography)

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MEDICINA NUCLEAR

O que o PET pode fazer

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MEDICINA NUCLEAR

O que o PET pode fazer

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MEDICINA NUCLEAR

O que o PET pode fazer

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MEDICINA NUCLEAR

Principais Aplicações SPECT/PET

Neurologia – demências, epilepsias, parkinson...

Farmacologia – testes de novos fármacos

Cardiologia - obstruções

Oncologia – desenvolvimento de tumores

Nefrologia – distúrbios renais

Angiologia – doenças vasculares

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MEDICINA NUCLEAR

Vantagens SPECT/PET

Vantagens

Não necessita de intervenção cirúrgica;

Resultado rápido;

Confiabilidade;

Pode identificar problemas futuros (análise metabólica).

Minimamente invasivo.

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MEDICINA NUCLEAR

Desvantagens SPECT/PET

Desvantagens

Ingestão ou inalação de radiofármacos;

Custo dos exames;

Preço do equipamento;

Infra estrutura necessária.

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MEDICINA NUCLEAR

É um procedimento que permite assinalar num tecido ou órgão

interno a presença de um radiofármaco e acompanhar seu

percurso graças à emissão de radiações gama que fazem

aparecer na tela uma série de pontos brilhantes (cintilação).

Os elementos radioativos utilizados são de baixa energia,

não expondo o paciente a grandes doses de radiação.

Cintilografia

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MEDICINA NUCLEAR

Cintilografia da Tiróide

Cintilografia

79

MEDICINA NUCLEAR

Cintilografia

80

Cintilografias da tiróide realizadas utilizando o I-131, o I-123 e o Tc-99m

MEDICINA NUCLEAR

Cintilografia

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MEDICINA NUCLEAR

Tipos de Exames

Cintilografia de perfusão miocárdica

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MEDICINA NUCLEAR

Tipos de Exames

Cintilografia Óssea

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MEDICINA NUCLEAR

Tipos de Exames

Cintilografia de perfusão cerebral

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MEDICINA NUCLEAR

Tipos de Exames

Cintilografia renal dinâmica com diurético

Cintilografia renal estática

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MEDICINA NUCLEAR

Tipos de Exames

Cintilografia pulmonar (inalação/perfusão)

Cintilografia para pesquisa de Refluxo gastro-

esofágico

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MEDICINA NUCLEAR

Afetada por existirem diferentes graus de absorção entre os tecidos;

Comparação entre tecido normal e patológico;

Contraste prejudicado por sobreposição de estruturas;

Dependente do equipamento utilizado.

Resolução é função do cristal (NaI) e dos colimadores;

Qualidade da Imagem

87

MEDICINA NUCLEAR

Para obter imagens cintilográficas precisas e verdadeiras;

Para corrigir problemas nas imagens antes que alterem as imagens

clínicas;

Para aceitação de uma câmera nova: Comparar parâmentros obtidos

com as especificações do fabricante através da norma NEMA (

National Electrical manufacture’s Association)

Para determinar a frequência e a necessidade de uma manutenção

preventiva.

Controle de Qualidade – Câmaras de Cintilação

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MEDICINA NUCLEAR

Controle de Qualidade – Artefatos

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MEDICINA NUCLEAR

Controle de Qualidade – Artefatos

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MEDICINA NUCLEAR

Imagem da glândula tireóideo com 123I

melhor resolução espacial;

muito adaptado a exames pediátricos;

melhor uso das instalações existentes para adultos;

Cintimamografia com 99mTc-MIBI

detecção precoce de tumores com imagem funcional de alta

resolução;

melhor capacidade de diagnóstico que a mamografia

convencional ou digital.

Aplicações Médicas

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MEDICINA NUCLEAR

Tratamento de Hipertiroidismo:

Dose elevadas de Iodo radioativo 131I;

Radiação Beta;

Via oral e exame realizado após 2 e 24 horas para efeito

de comparação;

Morte de células e redução da multiplicação das

restantes;

Aplicações Médicas

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MEDICINA NUCLEAR

O 131I sendo um beta-emissor é um potente agente terapêutico

capaz de destruir tecidos que captam iodo.

No tratamento da síndrome de Graves (Hipertireoidismo).

Fins Terapêuticos

93

No tratamento da doença de Plummer (multi nódulos) causando

aumento da glândula da tireóide.

MEDICINA NUCLEAR

Fins Terapêuticos

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MEDICINA NUCLEAR

Fornece informações que outros métodos não apresentam;

Sensibilidade elevada em detectar alterações na função de um determinado órgão;

Os exames são mais sensíveis para detecção de doenças do que a maioria dos outros exames de diagnóstico;

Identifica as alterações muito antes do problema se tornar aparente por outros exames.

Conclusão

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MEDICINA NUCLEAR

Exames de medicina nuclear hoje disponíveis, incluem:

estudos cerebrais, diagnóstico e tratamento de tumores;

avaliação das condições dos pulmões e coração;

análise funcional dos rins e de todos os sistemas dos principais órgãos do corpo.

Preço;

PET-Scan - US$ 2,5 milhões.

pode reduzir os gastos de reinternação do paciente;

gastos de um hospital.

Conclusão

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MEDICINA NUCLEAR

Discurso de Eisenhower

Átomos para a paz”

08/12/1953 em NY:

“Não é suficiente retirar arma das mãos dos soldados. Deve ser colocada nas mãos

daqueles que conhecem como adaptá-la na arte da paz”.

Criação da Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA)

A medicina nuclear no contexto mundial

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MEDICINA NUCLEAR

Evolução do símbolo da radiação

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MEDICINA NUCLEAR

Vídeo

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MEDICINA NUCLEAR

Muito Obrigada!

LUCIANA DE TORO G. GUIMARÃES

lutoro@sel.eesc.usp.br

Engenharia Elétrica - EESC - São Carlos

Universidade de São Paulo - USP

Laboratório de Análise e Processamento de Imagens Médicas e Odontológicas.

119

MEDICINA NUCLEAR

Rocha, A. F. G. “Medicina Nuclear”. Editora: Guanabara Koogan, 1976.

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Referências Bibliográficas

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Referências Bibliográficas