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Rappresentanza per il mercato italiano di sistemi multicanale e rivelatori di radioattività
della ditta Gammatech, Budapest.
La società è inoltre in grado di fornire competenze di:
Ideazione e sviluppo di rivelatori di radioattività dedicati alle specifiche esigenze del
cliente.
Progettazione di elettronica dedicata alla sensoristica per la rivelazione di radiazioni
ionizzanti, grazie al supporto e alla collaborazione del servizio di Elettronica
dell'Università di Ferrara e INFN.
Realizzazione di software dedicato per l'acquisizione e visualizzazione dati da strumenti
di misura.
Realizzazione meccanica a controllo numerico grazie a personale operante presso
l'Officina Meccanica del dipartimento di Fisica dell'Università.
Installazione di impianti e training degli operatori.
1.2 AMBITO DELLA TESI
Il titolo è esplicativo di tutti gli ambiti toccati dalla tesi anche se è necessario fare una
precisazione: l’attività svolta è una attività di progettazione elettronica, il settore di utilizzo fa
parte della medicina nucleare.
Lo sviluppo del modulo infatti è avvenuto in larga parte su sistemi di disegno elettronico meglio
noti come software ECAD (Electronic computer aided-design), PCB design tools o EDA
(Electronic Design Automation) anche se il termine EDA ha un significato molto più ampio:
comprende infatti tutti i software di assistenza computerizzata di progetto, disegno e
produzione (computer-aided engineering, design, manufactoring)[1], è quindi più corretto
parlare di ECAD o PCB design tools.
A tal proposito la tesi, in quanto progetto del modulo, è stata preceduta da una fase di analisi
software ovvero una fase in cui sono stati passati in rassegna diversi ambienti di lavoro. La
scelta è caduta sul sistema OrCAD della Cadence.
Il lavoro finale verrà successivamente inserito all’interno di moduli per la sintesi di radiofarmaci
in cui c’è la necessità di rilevare e monitorare la radioattività del farmaco: è per questo motivo
che si parla di ambito medico-nucleare.
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1.3 SCOPO DELLA TESI
L’obiettivo finale della tesi prevede il progetto e la realizzazione di un modulo per il rilevamento
e il monitoraggio di radiazioni emesse da radiofarmaci.
Si tratta cioè di realizzare una scheda elettronica alimentata a +24V, in grado di acquisire ed
elaborare un segnale in corrente ottenuto da uno scintillatore, proporzionale alla radioattività
del farmaco. Il segnale, convertito in tensione, dovrà essere digitalizzato per poi essere
acquisito da un microcontrollore, opportunamente pre-programmato, e trasmesso ad un PC
esterno via RS485.
L’attività di monitoraggio dovrà essere abilitabile da PC, precisa e il più possibile immune da
rumori.
1.4 STRUTTURA DELLA TESI
La tesi, in quanto documento cartaceo, è stata suddivisa in due macro-sezioni: una prima
parte, introduttiva, che permette di contestualizzare la tesi, dato l’ambito di nicchia in cui si
andrà a collocare il modulo di monitoraggio radiazioni e, una seconda parte dedicata
esclusivamente alla scheda elettronica.
La prima parte è suddivisa in tre capitoli:
Capitolo 1: introduttivo. Viene discusso il tirocinio alla NeM, l’ambito della tesi e
l’obiettivo finale.
Capitolo 2: dedicato alla medicina nucleare.
Capitolo 3: relativo alla radiosintesi, con un’attenzione particolare ai moduli
sintetizzatori della Comecer.
La seconda parte è suddivisa in sette capitoli:
Capitolo 4: introduttivo allo sviluppo della scheda elettronica. Viene analizzato lo
schema a blocchi del modulo ad un livello relativamente elevato ovvero tutto ciò che
riguarda l’interfaccia tra la scheda e l’ambiente esterno: rivelatori, connettori,
interfaccia modulo-PC (RS485) e l’ambiente industriale in cui il modulo opera. I vari
blocchi verranno discussi ai capitoli 5, 6, 7.
Capitolo 5: dedicato esclusivamente al canale di acquisizione. Vengono illustrate le
scelte progettuali relative al convertitore I/V, all’amplificatore e al convertitore A/D
nonché la circuiteria di potenza che alimenta i vari dispositivi.
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Capitolo 6: dedicato alla logica di controllo. E’ un capitolo rivolto al microcontrollore e
tutto quanto orbita intorno ad esso: circuiteria supplementare, firmware, kit di sviluppo,
tools utilizzati.
Capitolo 7: riservato all’implementazione dello standard RS485 e in particolare alla
tecnologia adottata per l’isolamento galvanico
Capitolo 8: relativo alla progettazione e allo sviluppo pratico della scheda, dallo schema
elettrico, passando per il layout fino al montaggio componenti su PCB.
Capitolo 9: vengono elencati i test eseguiti sulla scheda per verificarne il corretto
funzionamento.
Capitolo 10: Conclusioni
Per non spezzare il capitolo 6 (relativo al micro) e mantenere una certa discorsività delle
argomentazioni si riporta il codice del firmware nell’appendice A, opportunamente
commentato.
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CAPITOLO 2
LA MEDICINA NUCLEARE
2.1 INTRODUZIONE
Senza voler entrare nello specifico della medicina nucleare, anche perché l’approfondimento di
tale settore esula dalla tesi, è bene realizzare un “cappello introduttivo”, propedeutico, per
comprendere meglio l’applicazione della tesi stessa.
Degno di nota è il paragrafo 2.4, dedicato alle Norme di Buona Preparazione (NBP) del
radiofarmaco recentemente entrate in vigore; tale paragrafo assume rilievo non tanto per
l’aspetto burocratico, ma perché la normativa giustifica l’automatizzazione della sintesi dei
radiofarmaci.
2.2 LA MEDICINA NUCLEARE
La medicina nucleare è una branca specialistica della medicina che sfrutta le radiazioni emesse
da sostanze rese radioattive (radiofarmaci) sia per scopi diagnostici sia a fini terapeutici.
L'impiego per uso diagnostico comprende:
• Applicazione di laboratorio, totalmente “in vitro”: dosaggi RIA (Radio Immuno Assay)
ovvero test e studi di laboratorio;
• applicazioni “in vivo” e “in vitro”: in grado di ottenere informazioni relative a funzioni
metaboliche e studi di patologie nei fluidi corporei dopo aver somministrato opportuni
radiofarmaci ai pazienti da esaminare (es. determinazione del volume ematico e
plasmatico, calcolo della massa eritrocitaria, test di assorbimento della vitamina B12);
• applicazioni “in vivo”: imaging morfofunzionali, comunemente chiamate scintigrafie,
note anche con le sigle PET (Positron Emission Tomography) o SPECT (Single Photon
Emission Computed Tomography). Utilizzando il radiofarmaco adatto, possono essere
studiate numerose funzioni fisiologiche e le loro eventuali alterazioni a livello biologico-
molecolare.
L'imaging scintigrafico si contraddistingue, rispetto alle altre metodiche di imaging, per la
capacità di mettere in evidenza una compromissione funzionale anche prima che siano
riconoscibili alterazioni anatomiche.
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Nel campo terapeutico la cura consiste in un vero e proprio bombardamento di radioattività
mirato sul target d'interesse. Tale bombardamento può provenire sia dall’esterno che
dall'interno dell’organismo dove il radioisotopo1, opportunamente camuffato in forma di
biomolecola specifica per il riconoscimento di determinati sistemi biologici, viene portato
direttamente sull'obiettivo o target.
Il razionale dell'uso della medicina nucleare in terapia che il radiofarmaco somministrato al
paziente, concentrandosi nei tessuti patologici, possa irradiarli e distruggerli risparmiando, per
quanto possibile, quelli sani.
I radiofarmaci che vengono usati in terapia sono, per lo più, differenti rispetto a quelli usati in
diagnostica perché emettono radiazioni corpuscolate in grado di dissipare tutta la loro energia
in uno spazio molto piccolo (<1cm); ciò permette una radioterapia metabolica selettiva e
mirata[2], [3], [5].
2.3 I RADIOFARMACI
La Direttiva CEE 89/343, decreto legislativo n° 178, definisce radiofarmaco “qualsiasi
medicinale che, quando è pronto per l’uso, include uno o più radionuclidi incorporati a scopo
sanitario”.
Perciò per radiofarmaci si intendono, in generale, composti marcati con isotopi radioattivi per
l'impiego in Medicina Nucleare e perciò preparati in forma idonea all’uso in vivo (secondo le
normative della farmacopea ufficiale). Un radiofarmaco, quindi, è caratterizzato, oltre che dalla
struttura chimica e dalla forma farmaceutica, anche dal radionuclide con cui è marcato, dalle
cui proprietà dipende non solo la possibilità di sintesi del radiofarmaco e la sua stabilità, ma
anche l'efficienza di rilevazione e la radioesposizione al paziente.
1
Sinonimo di radionuclide (nuclide radioattivo), indica un isotopo non stabile in natura che subisce un processo di
decadimento spontaneo.
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Nella tabella 2.1 sono riportati alcuni dei principali radioisotopi utilizzati in medicina nucleare e
le loro applicazioni prevalenti.
RADIOISOTOPO IMPIEGO
Tecnezio 99m
In vivo. Viene usato per scintigrafie scheletriche, epatiche, renali,
cerebrali, tiroidee, funzionalità epatica. Tempo di dimezzamento: 6
ore.
Fluoro 18
In vivo. Usato per la visualizzazione scintigrafica in campo
oncologico, cardiologico (metabolismo cardiaco, del flusso
coronario, etc.) e neurologico (diagnosi Alzheimer, epilessia, lesioni
cerebrali traumatiche, etc.). Tempo di dimezzamento: 110 min.
Renio 188
In vivo. Impiegato come agente terapeutico nella cura di tumori e
artriti e come tracciante analogo al 99mTc. Tempo di dimezzamento:
17 ore.
Cobalto 60
In vivo. Usato nella radioterapia dei tumori. Tempo di
dimezzamento: 5 anni.
Iodio 131
In vivo. Usato per la diagnostica tiroidea e la cura dei tumori della
tiroide, le renografie e l'indagine cosiddetta totalbody. Tempo di
dimezzamento: 8 giorni.
Tallio 201
In vivo. Serve per scintigrafie del miocardio. Tempo di
dimezzamento: 3 giorni.
Iodio 125
In vitro. Serve per tutte le analisi di radioimmunologia per il
dosaggio degli ormoni tiroidei. Tempo di dimezzamento: 60 giorni.
Trizio Usato raramente. Tempo di dimezzamento: 12 anni circa.
Carbonio 14 Usato raramente.
Tab. 2.1: principali radioisotopi utilizzati in medicina nucleare
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2.4 NORME DI BUONA PREPARAZIONE (NBP) DEI RADIOFARMACI IN
MEDICINA NUCLEARE
A partire dal 01/08/2009 così come previsto dal Decreto del Ministero della Salute del
30/03/2005 GU n° 168 e da successiva proroga, i Reparti delle Medicine Nucleari dovranno
seguire scrupolosamente una serie di adempimenti.
Il campo di applicazione del Decreto coinvolge le seguenti categorie:
Preparazione ottenute per mezzo di kit, per uso in vivo
Preparazioni estemporanee (incluse quelle in cui si effettua la radiomarcatura di
materiale autologo del paziente)
Tutte le strutture di Medicina Nucleare dove si preparano radiofarmaci devono strutturarsi e
gestire la preparazione dei radiocomposti affrontando le seguenti macro
attività/problematiche:
Gestione della Qualità
Personale
Documentazione
Laboratorio ed attrezzature
Materie prime
Operazioni di preparazione
Controllo Qualità del preparato
Confezionamento ed etichettatura
Stabilità del preparato
Aspetti microbiologici dei preparati radio farmaceutici
Contatti esterni
Sistemi computerizzati
Inoltre, il laboratorio di manipolazione dei radionuclidi (kit o preparati estemporanei) deve
essere progettato e realizzato in modo da:
garantire un corretto flusso logico relativamente alle operazioni di:
o preparazione
o confezionamento
o etichettatura
o controllo di qualità
permettere l’accesso al solo personale autorizzato
garantire un ingresso al laboratorio attraverso locali filtro
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