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1 Health Professionals Magazine HPM 2013; 1(1):53-64 DOI: /HPM Articolo originale Tubercolosi & Fumo di Tabacco: Taratura di problema un Captatore immunitario tiroideo per ma non la valutazione solo della contaminazione interna da Iodio-131 Tuberculosis & tobacco smoke: Thyroid probe immune counter problem calibration but not only for Iodine-131 internal contamination assessment. Paola Pironti 1 Dott.re Stefano U.O. di Mannucci, Pneumotisiologia 2 Paola Territoriale, Saletti, 3 Luca AUSL Vaggelli, di Bologna 4 Cesare Gori Società Italiana di Tabaccologia, SITAB 1 TSRM, U.O Diagnostica per Immagini Azienda Ospedaliero-Universitaria Meyer, Firenze, Italia 2 Dirigente Fisico, SOD Fisica Sanitaria, Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi, Firenze, Italia 3 Dirigente Medico, SOD Medicina Nucleare, Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi, Firenze, Italia 4 Dirigente Fisico, SOD Fisica Sanitaria, Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi, Firenze, Italia Riassunto Introduzione e scopo del lavoro. Il Captatore tiroideo è impiegato nella routine clinica per la valutazione della funzione iodoconcentrante ed efficienza follicolare della ghiandola tiroidea in pazienti ipertiroidei destinati a terapia con 131 I. Un altro possibile campo di applicazione riguarda la radioprotezione degli operatori per la determinazione dell attività introdotta a seguito di contaminazione per esposizione professionale. Lo scopo del presente lavoro è quello di effettuare la taratura del Captatore in termini di attività-conteggio in modo da poter ottenere, laddove ci trovassimo di fronte ad un soggetto contaminato da 131 I, una stima dell attività introdotta al momento della contaminazione per poi calcolare la dose efficace e quindi il rischio clinico. Materiali e metodi. Presso il reparto di Medicina Nucleare dell AOU Careggi il test di captazione prevede la somministrazione di una attività nota di 131 I(70 µci) e mediante misure combinate tiroide-coscia eseguite alla 24^, 72^ e 96^ ora la valutazione della percentuale di uptake ghiandolare. L operazione di taratura consiste nell eseguire misure in fantoccio simulante collo e tiroide a diverse distanze e con attività nota per ricavare relazioni conteggi-tempo e conteggi-attività. Il confronto dei dati ottenuti con quelli derivanti da misure di captazione eseguite su pazienti ipertiroidei ci è servito per simulare una contaminazione e per verificare la bontà del metodo. I fantocci sono stati appositamente realizzati con struttura: tipo collo (di forma cilindrica) tipo tiroide (ellissoidali, da inserire in fantoccio collo) Le acquisizioni in fantoccio sono state eseguite per alcune settimane a diverse distanze (contatto, 5, 10 e 25 cm). Le misure a 25 cm sono state effettuate allo scopo di confrontare i dati ottenuti con quelli clinici, in modo da poter verificare l ordine di grandezza dell attività iniettata. Risultati e discussione. La relazione conteggi-tempo ottenuta è funzionale a ricavare la relazione conteggi-attività per calcolare l attività introdotta (o almeno il suo ordine di grandezza) in caso di contaminazione da 131 I. Per effettuare il confronto con i dati paziente, utilizzando i dati di percentuale di captazione della ghiandola, sono state costruite delle curve captazione-tempo e ricavato il tempo di dimezzamento efficace. Ad esempio, con riferimento ad uno dei pazienti ipertiroidei considerati, abbiamo ricavato una attività introdotta di circa 23 µci che, pur non essendo identica a quella reale (70 µci), risulta tuttavia dello stesso ordine di grandezza. Conclusioni. Laddove ci trovassimo di fronte ad un soggetto contaminato con 131 I, eseguendo con il Captatore almeno tre misure in tiroide al trascorrere del tempo, è possibile associare il conteggio ottenuto al momento della misura ad una percentuale di captazione al momento dell introduzione. Dalla curva che otteniamo possiamo ricavare il conteggio al tempo zero e quindi al momento dell incorporazione, trascurando la fisiologia dell organo nonché una sua possibile patologia. Confrontando il valore ottenuto con i dati ricavati in fase di sperimentazione in fantoccio è possibile associare al conteggio un valore di attività. L attività ricavata permette, utilizzando il modello MIRD, una valutazione del rischio clinico calcolando la dose assorbita dagli organi a rischio e la dose efficace. Parole chiave: captatore tiroideo, contaminazione interna, dosimetria interna Copyright Società Editrice Universo (SEU)

2 54 Health Professionals Magazine 1, 01, 2013 Abstract Thyroid probe counter calibration for Iodine-131 internal contamination assessment Introduction and aim of work. Thyroid probe counter is used in clinical routine iodine concentrating function and follicular efficiency of thyroid gland for evaluation in hyperthyroid patients selected for 131 I therapy. Another possible field of application is operators protection for during their professional activities. The aim of this work is to perform the calibration of thyroid probe counter in terms of activity-counts to obtain, when we face a subject contaminated by 131 I, an estimation of the activity at the time of contamination, in order to calculate the effective dose and thus the clinical risk. Materials and methods. At Nuclear Medicine department of AOU Careggi (Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi) uptake test is based on the administration of a known activity of 131 I (70 μci) and on combined measurements thyroid-thigh (24^, 72^ and 96^ hour) to assess percentage glandular uptake performed. Calibration is based on measurements on phantom simulating the neck and thyroid gland at different distances and with a known activity to extrapolate relations counts-activity and counts-time. Comparison between collected data and uptake measurements in hyperthyroid patients, allows us to verify the reliability of the method. Phantoms employed in such experiment are specially made with this structure: Neck type (cylindrical) Thyroid type (ellipsoidal, to be inserted in phantom neck) Acquisitions were performed for some weeks, at different distances (contact, 5cm, 10cm and 25cm). Measurements at 25cm have been conducted in order to compare collected data with those relating to measurements on hyperthyroid patients, to verify the order of magnitude of the injected activity. Results and Discussion. Collected counts-time data are used to extrapolate counts-activity table and thus to calculate injected activity (or at least the order of magnitude) in the event of contamination with 131 I. In order to make the comparison with patient data, using gland uptake percentages, gland uptake-time curves were built and effective half-life was calculated. For example, refering to one of hyperthyroid patients considered, we estimated an injected activity of about 23 μci that, although not the same as actual (70 μci), is of the same order of magnitude. Conclusions. When we face a person contaminated with 131 I, the execution of 3 measurements over time with thyroid probe counter, makes it possible to associate obtained counting at the time of measurement with uptake percentages at introduction time: from such curve we can extract the counting at time zero and thus at the time of introduction, neglecting the physiology of the organ as well as a possible pathology. By comparing the obtained value with acquired in phantom mesurements it s possible to associate a counting value of activity. Derived activity allows, using standard MIRD model for calculation of internal radiation dosimetry, an assessment of clinical risk by calculating the dose absorbed by organs at risk and the effective dose. Key words: thyroid probe counter, internal contamination, internal dosimetry Sigle ADC: Convertitore Analogico Digitale AOU: Azienda Ospedaliero-Universitaria BGO: Germanato di Bismuto GSO: Ortosilicato di Germano LSO: Ortosilicato di Lutezio MCA: Analizzatore Multicanale MIRD: Medical Internal Radiation Dose MN: Medicina Nucleare NaI(Tl): Cloruro di Sodio attivato al Tallio PC: Personal Computer PET: Tomografia a Emissione di Positroni PMT: Tubo Fotomoltiplicatore Z: Numero Atomico

3 Taratura Captatore tiroideo 55 Introduzione e scopo In Medicina Nucleare l utilizzo del Captatore tiroideo è finalizzato alla valutazione della funzione iodo-concentrante e dell efficienza follicolare tiroidea allo scopo di stabilire l opportuno dosaggio terapeutico con Iodio 131. Presso la AOU Careggi infatti, esso è routinariamente impiegato, unitamente alla scintigrafia tiroidea, per determinare lo stato di funzionalità della tiroide o del residuo ghiandolare post-intervento chirurgico in pazienti selezionati in quanto ipertiroidei. L apparecchiatura può tuttavia costituire un valido strumento per la determinazione dell attività introdotta a seguito di contaminazione per esposizione professionale o incidente nucleare. Lo scopo del presente lavoro consiste nella taratura del Captatore tiroideo della Medicina Nucleare della AOU Careggi mediante la misura dei conteggi in fantoccio simulante collo e tiroide umani. Nello specifico, si tratta di fantocci in plexiglas che sono stati appositamente realizzati per le misure oggetto di questo studio; gli stessi sono stati riempiti con una miscela di acqua e 131 I avente attività nota e posizionati a varie distanze dal Captatore sì da ottimizzare la sensibilità della misura in funzione della attività presente. Sono state quindi ricavate relazioni conteggi-tempo e conteggi-attività dalle quali, note le percentuali di uptake, è possibile risalire al valore di attività introdotto o almeno al suo ordine di grandezza. Una verifica indicativa della bontà della metodica seguita è stata successivamente effettuata confrontando i risultati ottenuti con i dati relativi alle captazioni effettuate su pazienti candidati alla terapia per ipertiroidismo. Materiali e metodi Principio di funzionamento del Captatore Il Contatore PROBE COUNTER ISOMED 101 oggetto del presente lavoro è un sistema di misura in vivo per applicazioni generali in Medicina Nucleare (Figura 1). È disponibile separatamente o in combinazione con altri strumenti quali sonde a scintillazione e rivelatori a semiconduttore. Le applicazioni tipiche riguardano i test di funzionalità della ghiandola in pazienti ipertiroidei e l impiego come spettrometro gamma per misure di radioprotezione. Il Contatore ISOMED 101 lavora sulla base di un PC dotato di monitor a colori. Il PC è collegato ad un sistema di rivelazione composto da cristallo scintillatore, fotomoltiplicatore, convertitore analogico digitale (ADC) ed analizzatore multicanale (MCA). L ampiezza degli impulsi forniti dalla sonda a scintillazione nella rivelazione è proporzionale all energia della radiazione gamma incidente. Gli impulsi vengono amplificati da un sistema di tubi fotomoltiplicatori e l analizzatore multicanale permette di memorizzarli nei canali pertinenti in base alla loro ampiezza. La visualizzazione dei dati avviene su monitor a colori per mezzo di un set di finestre energetiche caratteristiche per i diversi radionuclidi impostati e memorizzati. Sistema di rivelazione La combinazione di un cristallo scintillatore con un tubo fotomoltiplicatore rappresenta uno dei sistemi di rivelazione delle radiazioni ionizzanti più utilizzati, soprattutto per le applicazioni di Medicina Nucleare. Sono infatti molti i vantaggi che il rivelatore a scintillazione Figura 1 - Sistema PROBE COUNTER ISOMED 101 Figure 1 - PROBE COUNTER ISOMED 101 system

4 56 Health Professionals Magazine 1, 01, 2013 presenta rispetto ad altri tipi di rivelatori quali, il veloce tempo di risposta ed un alta efficienza di rivelazione. Utilizzo del Captatore nella routine clinica Le prime indagini cliniche di Medicina Nucleare sono state indirizzate allo studio della ghiandola tiroidea permettendo di approfondirne la conoscenza fisiopatologica. Ancora oggi, nonostante l evoluzione di altre tecniche di imaging volte allo studio funzionale della tiroide, le indagini medico nucleari hanno un ruolo prioritario nello studio di patologie a carico di questo organo. Ne è un esempio il test di captazione tiroidea, effettuato con l utilizzo del Captatore, necessario per la valutazione della funzione iodoconcentrante e dell efficienza follicolare: utilizzando come tracciante lo Iodio 131 il test permette di determinare lo stato di funzionalità della tiroide o del residuo ghiandolare post-intervento chirurgico in pazienti che dovranno essere indirizzati alla terapia con radioiodio. Il test di captazione tiroidea viene eseguito principalmente: - in soggetti ipertiroidei per valutare la cinetica dello Iodio e quindi stabilire la giusta dose da erogare alla ghiandola mediante terapia con radioiodio - in soggetti operati di cancro della tiroide per la valutazione di eventuale residuo ghiandolare e quindi possibili candidati alla terapia ablativa - per individuare possibili alterazioni del processo di organificazione dello Iodio Ipertiroidismo e sua terapia L utilizzo di radioisotopi a scopo terapeutico in endocrinologia risale ai primi anni 40 quando soggetti affetti da ipertiroidismo furono trattati con dosi terapeutiche con uno degli isotopi dello Iodio, lo Iodio 131 ( 131 I). Da allora il trattamento con 131 I è divenuto la terapia elettiva per questo tipo di patologia; questa circostanza ha permesso di consolidare la conoscenza sulla sicurezza e sull efficacia di questo trattamento. Lo Iodio 131 Lo Iodio 131, detto anche radioiodio, è uno degli isotopi dello Iodio maggiormente impiegati in Medicina Nucleare. Ha un tempo di dimezzamento di 8 giorni ed emissioni di tipo γ e β utilizzate rispettivamente per diagnosi e terapia. Il suo impiego principale è in ambito medico e farmaceutico anche se viene annoverato come uno dei pericoli radioattivi maggiori visto che è uno dei prodotti della fissione nucleare (fissione dell Uranio e del Plutonio). La capacità di concentrazione dello Iodio 131 all interno delle cellule tiroidee è utilizzata in Medicina Nucleare sia a scopi diagnostici che terapeutici. Da un lato viene sfruttata la sua emissione γ al fine di valutare la funzionalità dell organo e per la ricerca di eventuali metastasi; dall altro la sua tossicità, dovuta all emissione β, per distruggere interamente la ghiandola in caso di malattia. Test di captazione tiroidea con Iodio 131 Il test di captazione tiroidea con Iodio 131 viene effettuato mediante l utilizzo del Captatore tiroideo. Prima dell esecuzione dell esame è necessario accertarsi che il paziente non abbia assunto farmaci o sostanze che possano interferire con la captazione dello Iodio rendendo il test inattendibile, tra cui: - prodotti che contengono Iodio - tireostatici - ormoni tiroidei - farmaci che aumentino il metabolismo della ghiandola La dose traccia consiste in circa70 µci di Iodio 131 misurata tenendo conto della radioattività di fondo presente all interno della cella calda. Il primo giorno (gg. 0) la siringa contenente la dose traccia viene contata al Captatore permettendo così la conversione dell attività in colpi per minuto (cpm) in modo da poter in seguito effettuare un confronto con le misure fatte sul paziente con lo stesso strumento. La siringa viene contata per 180 secondi, in una determinata posizione, alla distanza clinica di 25 cm, misurata mediante un opportuno distanziatore. Dopo l iniezione del tracciante al paziente viene misurata la siringa vuota, nelle stesse identiche condizioni, per valutare il residuo e conoscere quindi il valore dell attività realmente somministrata; allo stesso scopo viene misurata anche l attività di fondo presente all interno della sala, come già spiegato. Effettuate queste operazioni il paziente viene congedato e invitato a presentarsi di nuovo il giorno seguente, possibilmente alla stessa ora (a distanza di 24 ore). Il secondo giorno (gg. 1) il paziente si ripresenta in Medicina Nucleare; la quasi totalità dello Iodio introdotto sarà concentrato in tiroide. Nelle stesse condizioni del gg. 0 viene fatto distendere sul lettino ed eseguita una misura di 180 secondi con il Captatore, posizionando la

5 Taratura Captatore tiroideo 57 sonda sul giugulo a distanza clinica (sempre 25 cm). Dopo di che si effettua una ulteriore misura sulla coscia a circa 10 cm dalla rotula, per avere una indicazione dell attività che è rimasta nel circolo sanguigno e non è stata captata dalla tiroide (fondo biologico). La misura combinata tiroide-coscia viene effettuata anche alla 72^ e 96^ ora. I dati acquisiti vengono inseriti in un programma che permette di ottenere una curva di captazione (captazione-tempo), cioè la percentuale di Iodio concentrato in tiroide dalla 24^ alla 96^ ora. Il risultato della valutazione della curva di captazione viene espresso in percentuale. Generalmente alla 24^ ora si ha il picco massimo di captazione mentre alla 72^ ora ci troviamo nella fase di dismissione del tracciante dalla ghiandola. Solitamente la captazione media si aggira intorno al % ed è ricavata dal rapporto tra il conteggio del paziente alla 24^ ora ed il conteggio della siringa al giorno zero. Valutando la percentuale di captazione e le dimensioni della ghiandola (così come risultanti dalla scintigrafia con γ camera) il medico nucleare è in grado di capire, sulla base di protocolli e linee guida, come il paziente risponde al radioisotopo e stabilire l opportuna terapia. Cenni di dosimetria interna Con il Captatore tiroideo andremo a valutare l attività introdotta nell organismo in caso di contaminazione da Iodio 131: questo dato permette un calcolo di dosimetria interna al fine di valutare la dose efficace ai vari organi determinata dalla fisiologica biodistribuzione del radioisotopo (Figura 2). La Dosimetria Interna si occupa del calcolo della dose ai diversi organi e tessuti del corpo umano in seguito all introduzione di sostanze radioattive, ovvero in tutti quei casi in cui la sorgente sia un radionuclide che irraggia dall interno dell organismo. Non sono generalmente inclusi casi in cui il radionuclide viene introdotto per mezzo di impianti brachiterapici, ma solamente quelli in cui il radioisotopo segue un determinato processo metabolico. La stima della dose viene effettuata facendo ricorso a modelli compartimentali che scambiano e rinnovano continuamente tra loro elementi (molecole, ioni, etc.) secondo una determinata cinetica. Conoscere l evoluzione nel tempo della biodistribuzione del radionuclide è quindi di fondamentale importanza nei calcoli di dosimetria interna. Il tempo necessario affinché l attività del radionuclide si riduca alla metà, per effetto dei processi biologici, è definito come tempo di dimezzamento biologico (T 1/2 b). Questo, in combinazione con il tempo di dimezzamento fisico (T 1/2 f) del radionuclide, dà luogo al tempo di dimezzamento efficace (T 1/2 eff): 1/Teff = 1/Tf + 1/Tb Il fine che si pone la dosimetria interna, quando un radionuclide sia stato introdotto nell organismo (nel nostro caso Iodio 131), è quello di conoscere quale sarà la dose assorbita da ciascun organo in modo da poter calcolare la dose efficace. Le informazioni necessarie per il calcolo sono di natura biologica e fisica. Tra le prime abbiamo: - la cinetica del radionuclide all interno dell organismo - gli organi interessati dalla distribuzione - la frazione dell attività introdotta presente in ogni organo e la sua evoluzione nel tempo mentre dal punto di vista fisico: - l energia in gioco e la qualità della radiazione (α, β, γ) Figura 2 - Rappresentazione schematica della distribuzione di vari radionuclidi Figure 2 - Schematic representation of some radionuclides distribution

6 58 Health Professionals Magazine 1, 01, la geometria del sistema (organi e tessuti del corpo umano) - il contributo alla dose da ciascun organo sorgente ad un organo bersaglio Per le stime di dosimetria interna vengono utilizzati opportuni formalismi, il più impiegato dei quali è attualmente il Modello M.I.R.D. (Medical Internal Radiation Dose). L apparato sperimentale Verranno descritti i materiali utilizzati e tutte le procedure effettuate prima, durante e dopo le operazioni di misura mediante il Captatore tiroideo atte a finalizzare il nostro scopo: risalire all attività introdotta in caso di contaminazione da Iodio 131. Nel nostro studio intendiamo simulare il caso in cui, a differenza del test di captazione tiroidea per cui il Captatore è normalmente utilizzato, l attività presente non è conosciuta e rappresenta l incognita da risolvere in occasione di introduzione accidentale di radioiodio all interno dell organismo. La contaminazione da Iodio 131 può presentarsi fondamentalmente in due condizioni: - contaminazione di un operatore durante lo svolgimento delle proprie mansioni - contaminazione di uno o più soggetti in caso di incidente nucleare In entrambe sappiamo di sicuro che il soggetto è contaminato ma non è nota l attività introdotta. Effettuando misure in tiroide mediante il captatore, opportunamente tarato si intende risalire a quanto ammonta l attività introdotta e successivamente alla dose agli organi al fine di poter far fronte ad eventuali danni precoci o tardivi. Per la taratura dello strumento abbiamo utilizzato un fantoccio di geometria nota simulante il collo di un individuo, all interno del quale è stato inserito un inserto ellissoidale a forma di tiroide standard contenente una sorgente di attività conosciuta. L attività utilizzata sarà nell ordine di poche decine di µci di 131 I. Le misure in fantoccio sono state effettuate con cadenza settimanale per circa 2-3 mesi in modo da poter costruire una curva d attività in funzione del tempo. Lo scopo ultimo è quello di correlare alle varie attività della sorgente il relativo numero di conteggi misurati. Le acquisizioni sono state eseguite a varie distanze: - clinica (~ 25 cm) - contatto, 5 e 10 cm per massimizzare la sensibilità di conteggio in caso di introduzione di attività molto minori di quelle impiegate in diagnostica (contaminazione o incidente) Le misure a distanza di 25 cm sono state effettuate allo scopo di procedere, in un secondo momento, al confronto tra i dati ottenuti mediante studio sperimentale su fantoccio ed attività nota e quelli ottenuti mediante misure su pazienti ipertiroidei, per verificare l attività iniettata o almeno il suo ordine di grandezza, simulando così una contaminazione da Iodio 131. I fantocci I fantocci utilizzati sono stati fatti appositamente realizzare dall Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi (Figura 3). La loro struttura è stata studiata in modo tale da rendere le condizioni di acquisizione più riproducibili e realistiche possibile. Avremo a disposizione un fantoccio cilindrico in plexiglas Figura 3 - Fantocci per sperimentazione Figure 3 - Phantoms for experimentation

7 Taratura Captatore tiroideo 59 simulante il collo del paziente. Il fantoccio collo è dotato di un alloggio decentrato verso la superficie, in modo da simulare la naturale posizione della tiroide, all interno del quale possono essere inseriti vari inserti realizzati con lo stesso materiale: - inserto per siringa standard - inserto per siringa da insulina - inserto simulante le dimensioni di una ghiandola tiroidea standard, in condizioni fisiologiche - inserto simulante le dimensioni di una ghiandola tiroidea in condizioni patologiche Per facilitare la comprensione chiameremo gli ultimi due con il nome di fantoccio tiroide. Gli inserti per le siringhe sono dotati di una apposita scanalatura e vengono inseriti nel fantoccio collo per eseguire, utilizzando il Captatore, il conteggio dell attività preparata prima di essere trasferita all interno degli inserti simulanti la tiroide o direttamente al paziente. I fantocci tiroide presentano al loro interno delle cavità ellissoidali di diverse grandezze atte a riprodurre più fedelmente possibile la morfologia della ghiandola (più grande per la tiroide fisiologica, più piccola per quella patologica); queste comunicano con l esterno mediante un condotto chiuso ermeticamente da un tappo a vite. Con l ausilio di una siringa è possibile riempire la cavità con l attività (poche decine di µci) desiderata, diluita in soluzione fisiologica, fino al completo riempimento della stessa. Il fantoccio tiroide utilizzato nella sperimentazione è quello simulante una ghiandola di individuo standard in condizioni fisiologiche (dimensioni mm 50x16, volume cc 6.7). Preparazione dell attività L attività necessaria per il nostro lavoro è stata messa a disposizione dalla Medicina Nucleare dell Azienda Ospedaliero-Universitaria Careggi. La siringa contenente 131 I è stata preparata dal personale TSRM del reparto di Medicina Nucleare all interno della Camera Calda e misurata con il Calibratore di Dose, dopo aver opportunamente effettuato sullo stesso i controlli di misura del fondo e stabilità giornaliera, in modo da avere assoluta certezza sul valore dell attività presente. In seguito, previo conteggio della siringa al Captatore, l attività è stata trasferita all interno del fantoccio tiroide. Questa operazione è stata eseguita totalmente a mano in Camera Calda, al riparo di apposite schermature e senza l ausilio del Frazionatore di Dose a causa della ridotta attività e delle evidenti difficoltà di trasferimento della stessa all interno dell inserto mediante apparecchiatura automatica. Utilizzando la stessa siringa contenente il radioiodio, si è aspirata la soluzione fisiologica e trasferita la miscela radioattiva all interno del fantoccio tiroide. Questa procedura è stata eseguita più volte al fine di effettuare una sorta di lavaggio della siringa, riducendo al minimo l attività residua e di ottenere il completo riempimento della cavità simulante la ghiandola. Per la determinazione dell attività residua non è stato utilizzato il Calibratore di dose ma misurato il conteggio della siringa vuota al Captatore, permettendoci di conoscere il valore dell attività realmente trasferita. Dopo aver chiuso ermeticamente con il tappo a vite il condotto comunicante con l esterno, il fantoccio tiroide è stato utilizzato assieme al fantoccio collo per le acquisizioni. Acquisizioni La siringa contenente la sorgente di 131 I è stata misurata mediante Calibratore di Dose ed in data 21/06/2012 alle ore 9.00 conteneva una attività pari a 31.6 µci. Le acquisizioni, come già accennato in precedenza, sono state eseguite a diverse distanze; a titolo di esempio riporteremo di seguito la descrizione di quelle effettuate a distanza clinica. Per distanza clinica si intende la distanza alla quale vengono effettuate le misure di captazione tiroidea su pazienti che devono essere sottoposti a terapia radio metabolica con 131 I; tale distanza ammonta a 25 cm. Le misure hanno avuto inizio il 26/06/2012. Dalla legge del decadimento radioattivo si è calcolata l attività della sorgente al 26/06/2012 che è risultata essere di circa µci. Sono stati quindi misurati i conteggi in corrispondenza di tale attività, ponendo la siringa nell apposito inserto che a sua volta è stato collocato nell alloggio del fantoccio simulante il collo; la posizione della siringa è nota e riproducibile ed il sistema di rivelazione è stato posto alla distanza clinica utilizzando l apposito distanziatore di cui è dotata l apparecchiatura (Figura 4). Ogni misura, della durata di 180 sec come nella pratica clinica, è stata ripetuta tre volte per mediare sulle fluttuazioni statistiche. Inoltre abbiamo misurato il conteggio del fondo (attività di fondo presente nei pressi del Captatore) in modo da poterlo sottrarre al conteggio medio ricavato dalle tre misure. Il conteggio risultante corrisponde all attività della sorgente di Iodio 131 presente in siringa in data 26/06/2012 (20.49 µci = colpi).

8 60 Health Professionals Magazine 1, 01, 2013 Figura 4 - Posizionamento Captatore a distanza clinica Figure 4 - Thyroid probe counter positioning at clinical distance Si è quindi trasferita l attività in siringa, miscelandola con soluzione fisiologica, all interno del fantoccio simulante la tiroide. Una volta portata a termine la procedura abbiamo contato al Captatore la siringa vuota per valutare la quantità di attività realmente presente nel fantoccio tiroide. Il conteggio della siringa vuota, effettuato nelle stesse condizioni di acquisizione della precedente misura a siringa piena, ci fornisce una stima dell attività residua che è stata ricavata risolvendo una semplice proporzione (5366 colpi = 1.04 µci). Sottraendo l attività residua (1.04 µci) dall attività misurata a siringa piena in data 26/06/2012 (20.49 µci), abbiamo ottenuto il valore dell attività realmente trasferita all interno del fantoccio tiroide (19.45 µci). Quindi l attività trasferita in fantoccio, al netto del fondo, conta colpi che corrispondono ad una attività di circa µci. Una volta contata la siringa vuota e calcolata l attività realmente trasferita abbiamo eseguito tre misure sul fantoccio tiroide preparato. L inserto simulante la tiroide è stato inserito nell apposito alloggio presente all interno del fantoccio collo in modo tale da rendere riproducibili le misure dal giorno di inizio fino alla fine della sperimentazione. Abbiamo calcolato il valore medio dei conteggi ottenuti dalle tre misure e sottratto il fondo; a questo punto siamo stati in grado di affermare che in fantoccio una attività di µci conta in media colpi (19.45 µci <=> colpi). Questo ci suggerisce che se nel reparto di Medicina Nucleare si presenti un individuo la cui tiroide, a distanza clinica, conti al captatore colpi, presumibilmente lo stesso ha introdotto una attività di circa 20 µci di Iodio 131. Da questo momento e per alcune settimane siamo andati a contare il fantoccio annotando i risultati; sfruttando la legge del decadimento fisico (T 1/2 8 gg.) è stato possibile verificare la congruità dei conteggi misurati nei diversi ordini di grandezza. Risultati Abbiamo creato una tabella riassuntiva di tutti i dati (Tabella 1) e ricavato la curva captazione-tempo, ottenuta dal valore medio delle tre misure al netto del fondo in funzione dei giorni trascorsi, per ogni distanza di acquisizione. Il tabulato, oltre ai conteggi medi netti per ogni giorno e distanza di acquisizione, riporta anche i relativi valori di attività espressi in µci e MBq. Come già accennato in precedenza, le acquisizioni sono state eseguite a diverse distanze dalla sorgente per aumentare la sensibilità del sistema in caso di ridotte attività presenti in tiroide: la sensibilità della misura aumenta notevolmente con l avvicinarsi del sistema di rivelazione del Captatore alla sorgente. La relazione conteggi-tempo (Figura 5) è funzionale a ricavare la relazione conteggi-attività Figura 5 - Curve conteggi/mbq in funzione del tempo trascorso, alle distanze stabilite Figure 5 - Curves counts/mbq over time, for predefined distances

9 Taratura Captatore tiroideo 61 Tabella 1 - Tabulato riassuntivo dei conteggi medi netti per ogni distanza di acquisizione Table 1 - Printout summarizing net average counts per acquisition distance Tempo Attività Conteggi medi netti Distanza giorni µci MBq 0cm 5cm 10cm 25cm (Figura 6, Figura 7) che ci offre un quadro completo su quale potrebbe essere il valore di attività introdotta (o almeno il suo ordine di grandezza), sulla base di una misura con Captatore tiroideo, in caso di contaminazione con radioiodio. È necessario precisare che i conteggi ottenuti su fantoccio per le operazioni di taratura non rispettano la legge dell inverso del quadrato della distanza. Ciò è semplicemente dovuto al fatto che la sorgente utilizzata non è puntiforme ma estesa e le distanze in gioco (contatto, 5, 10 e 25 cm) sono comunque piccole rispetto alle dimensioni del fantoccio stesso, tanto da non evidenziare tale tendenza. Confronto con dati ottenuti da test di captazione Abbiamo quindi confrontato i dati ottenuti mediante studio sperimentale su fantoccio con quelli ottenuti mediante misure su pazienti ipertiroidei in modo da evidenziare una corrispondenza tra le curve ed attribuire valori di attività ricavati sperimentalmente a reali valori di captazione tiroidea. I risultati ottenuti ci offrono un punto di partenza per la valutazione della contaminazione da Iodio 131 e del rischio clinico dovuto alla dose assorbita dai vari organi. Le acquisizioni effettuate su pazienti ipertiroidei iniettati con Iodio 131 per la valutazione della funzionalità ghiandolare sono state eseguite, a distanza clinica, al tempo 0 sulla siringa contenente Iodio 131 ed alla 24^, 72^ e 96^ ora in tiroide (come avviene nella pratica clinica) in modo da poter ottenere delle curve captazionetempo. Nel caso specifico di paziente ipertiroideo, la valutazione della curva deve tener conto sia dell eliminazione fisiologica del radioiodio sia delle condizioni patologiche della ghiandola che comporteranno una minor captazione a livello dell organo ed una maggiore attività biologica (a livello vascolare). Servendoci delle equazioni delle varie linee di tendenza e risolvendo gli opportuni calcoli abbiamo potuto constatare che il tempo di dimezzamento biologico del radioiodio, in pazienti ipertiroidei, risulta essere diverso dal tempo di dimezzamento fisico e comunque variabile da paziente a paziente. Nel nostro caso abbiamo riscontrato che per i pazienti 1, 2 e 4 il tempo di dimezzamento biologico si aggira intorno alle 173 ore mentre nel paziente 3 è di circa 99 ore (tempo di dimezzamento fisico 131 I ~ 192 ore). Viene proposto il tabulato riassuntivo dei risultati (Tabella 2) e relativo grafico (Figura 8) rappresentante le curve captazione-tempo ricavate utilizzando i dati raccolti da misure eseguite su un campione di quattro pazienti che si sono sottoposti al test di captazione. Il grafico evidenzia, per ogni paziente, la riduzione della concentrazione di 131 I in tiroide al trascorrere del tempo (24^, 72^ e 96^ ora), le curve di tendenza e le loro equazioni, da cui si è ricavato il T 1/2 biologico. Discussione Vediamo ora come in pratica possiamo risalire all attività introdotta da un soggetto contaminato che si sottopone a misure con Captatore tiroideo. Entrando più nello specifico, eseguendo con l utilizzo del Captatore più misure nel tempo su di un soggetto contaminato, possiamo associare il conteggio ottenuto (al momento della misura) ad una percentuale di captazione. Avendo a disposizione il conteggio e la percentuale di

10 62 Health Professionals Magazine 1, 01, 2013 Figura 6 - Curve conteggi in funzione dell attività, alle distanze stabilite. Range attività ridotto. Figure 6 - Curves counts vs activity, for predefined distances. Reduced activity range. Figura 7 - Curve conteggi in funzione dell attività alle distanze stabilite. Range attività esteso. Figure 7 - Curves counts vs activity, for predefined distances. Extended activity range. Figura 8 - Curve di tendenza riassuntive della percentuale di captazione in funzione del tempo. Figure 8 - Regression curves summarizing uptake percentage over time.

11 Taratura Captatore tiroideo 63 Tabella 2 - Percentuale di captazione tiroidea al trascorrere del tempo in pazienti ipertiroidei. Table 2 - Percentage of thyroid uptake over time in hyperthyroid patients. % captazione Tempo (h) pz. 1 pz. 2 pz. 3 pz captazione al momento della stima è possibile ottenere il numero di colpi al tempo zero che corrisponde al momento della contaminazione (ciò è possibile per ogni distanza di acquisizione, dipendentemente dalla quantità di radioattivo introdotto). Una volta in possesso di questo dato è necessario confrontarlo con quelli ricavati in fase di sperimentazione permettendo così l associazione di un valore in conteggi ad un valore di attività anche se appare altamente improbabile che il risultato del conteggio in caso di contaminazione possa coincidere con quello di taratura. Nella stragrande maggioranza dei casi questo si interporrà all interno di un intervallo di conteggi da noi misurati durante la sperimentazione e di conseguenza all interno di un intervallo di attività. Risulta quindi necessario, al fine di risalire ad un valore preciso di contaminazione, eseguire una operazione di interpolazione lineare. Tanto per fare un esempio pratico, prendendo come riferimento uno dei pazienti ipertiroidei ed assumendolo come possibile soggetto contaminato con Iodio 131 sul quale sono state eseguite tre misure alla distanza di 10 cm, possiamo ricavare la percentuale di massima captazione (24^ ora) sulla base dell equazione della linea di tendenza che è pari al 57.6 %. Nel momento di massima captazione sono stati contati in tiroide colpi; con i dati a disposizione, eseguendo gli opportuni calcoli, possiamo ricavare il numero di colpi al tempo zero (momento della contaminazione) che ammontano a Confrontando il dato ottenuto con quelli misurati in fase di sperimentazione possiamo constatare che si inserisce all interno di un intervallo di conteggi che va da e colpi e quindi in un intervallo di attività tra e MBq. Eseguendo una interpolazione lineare è possibile risalire al valore preciso (o almeno al suo ordine di grandezza) dell attività introdotta che risulta essere MBq (23 µci). Il valore trovato, anche se non esattamente identico a quello realmente iniettato (70 µci), è dello stesso ordine di grandezza di quello ottenuto in fantoccio che, per le condizioni sperimentali, ignora del tutto non solo la fisiologia tiroidea ma anche la distribuzione del tracciante al di fuori dell organo (sangue-circolante). È doveroso sottolineare che nel nostro caso la percentuale di captazione massima riguarda una tiroide patologica; in paziente sano sarà necessaria una ulteriore valutazione. Una volta risaliti all attività introdotta al momento della contaminazione, mediante calcolo dosimetrico secondo il modello MIRD, è possibile calcolare la dose ricevuta dagli organi a rischio: nel caso specifico dello Iodio 131 la ghiandola tiroidea stessa ed il midollo osseo rosso. Conclusioni Ci siamo serviti del Captatore tiroideo impiegato nella routine clinica presso il reparto di Medicina Nucleare dell AOU Careggi per la valutazione della funzione iodoconcentrante tiroidea al fine di stabilire l opportuna terapia metabolica con Iodio 131, con lo scopo di effettuare la taratura dello stesso in termini di attività-conteggio in modo da poter calcolare, laddove ci trovassimo di fronte ad un soggetto contaminato con Iodio 131, il valore dell attività introdotta al momento della contaminazione. È noto infatti che questo tipo di apparecchiatura trova ampia applicazione nel settore radioprotezionistico poiché permette di individuare una possibile contaminazione interna, sia in ambito di esposizioni lavorative che accidentali. Abbiamo eseguito misure in fantoccio al variare del tempo ed associato i risultati in conteggi a valori di attività nei diversi ordini di grandezza. Per le misure sono stati impiegati fantocci in plexiglas simulanti il collo e la ghiandola tiroidea fatti appositamente realizzare dall Azienda Ospedaliera ed una attività nota di Iodio 131 nell ordine di poche decine di µci. Le acquisizioni sono state eseguite a diverse distanze per massimizzare la sensibilità della misura in caso di attività molto minori di quelle normalmente impiegate in diagnostica. Dai valori ottenuti sono state determinate curve conteggi-tempo e conteggi-attività. I dati misurati in fase di sperimentazione sono stati confrontati con i conteggi ottenuti da acquisizioni su pazienti ipertiroidei sottoposti a test di captazione in modo da poter valutare la percentuale di massimo uptake della ghiandola e determinare di conseguenza il valore di attività introdotta. L analisi dei risultati ha evidenziato il fatto che, in caso di contaminazione da 131 I, con una semplice misura di 180 secondi ripetuta a

12 64 Health Professionals Magazine 1, 01, 2013 distanza di qualche giorno, è possibile risalire alla attività introdotta o almeno al suo ordine di grandezza tenendo conto della curva d uptake del singolo soggetto. Bibliografia 1. Annals of the ICRP - ICRP Publication 53 including Addendum 1, Radiation Dose to Patients from Radiopharmaceuticals, 1994, Pergamon Press, Oxford 2. Annals of the ICRP - ICRP Publication 23, Reference man: Anatomical, Physiological and Metabolic Characteristics, 1975, Pergamon Press, Oxford 3. Di Martino, Traino, Brill, Stabin, Lazzeri; Influence of thyroid volume reduction on calculated dose in radioiodine therapy of Graves hyperthyroidism; Phys. Med. Biol.; 2000; 45: Di Martino, Traino, Brill, Stabin, Lazzeri; A theoretical model for prescription of the patient-specific therapeutic activity for radioiodine therapy of Graves disease; Phys. Med. Biol.; 2002; 47: Dosimetria durante terapia di carcinoma differenziato della tiroide metastatico Protocollo dosimetrico AIMN 6. Marinelli, Quimby, Hine; Am. J. Roentgenol; 1948; 59: Priori; Radiazioni e radioprotezione; 1991; Edisco, Torino 8. Siegel et al; J Nucl. Med.; 1999; 40: 37S-61S 9. Stabin MG; Internal Radiation Dosimetry; Nuclear Medicine Vol.1 Eds RE Henkin et al. Mosby, St. Luis; 1996; 25; Traino, Di Martino, Grosso, Monzani, Dardano, Caraccio, Mariani, Lazzeri; A predictive mathematical model for the calculation of the final mass of Graves disease thyroids treated; 131 I Phys. Med. Biol.; 2005; 50: User s Manual Probe Counter ISOMED 101 ; Il trattamento radiometabolico dell ipertiroidismo (SIE-AIMN-AIFM); Febbraio Linee guida procedurali (AIMN); National Nuclear Data Center dei laboratori di Brookhaven (Upton, New York, U.S.A.) NIST (National Institute for Standard and Technology, U.S.A.) Dichiarazione di conflitto di interesse Gli autori dichiarano di non aver ricevuto alcun finanziamento per il seguente studio e di non avere alcun interesse finanziario nell argomento trattato o nei risultati ottenuti. Corrispondenza e richiesta estratti: Dott.re Stefano Mannucci via Del Monte Est 25/L Bientina (PI), mannucci.ste@alice.it