Oddziaływanie promieniowania

jonizującego

z materią

Podstawowe techniki radioterapii

Renata Kabacińska

Zakład Fizyki Medycznej

Centrum Onkologii w Bydgoszczy

Promieniowanie wykorzystywane w

radioterapii

• promieniowanie elektromagnetyczne (fotonowe)

promieniowanie X, promieniowanie γ

• promieniowanie korpuskularne

wiązki elektronów, neutronów

Podstawowe oddziaływania fotonu z materią

to oddziaływania :

• z elektronami atomu,
• z jądrem atomu,
• z polem elektrycznym jądra lub elektronów,
• z polem mezonowym jąder.

Podstawowe efekty oddziaływania promieniowania

fotonowego w środowisku biologicznym

• zjawisko fotoelektryczne
• zjawisko Comptona
• zjawisko tworzenia pary elektron - pozytron

Zjawisko fotoelektryczne

• całkowita absorpcja

fotonu

• wyrzucenie elektronu z

powłoki atomowej

Zjawisko Comptona

• energia fotonu dużo

większa od energii wiązania
elektronu

• w efekcie zderzenia

powstaje nowy kwant o
mniejszej energii

• elektron uzyskuje energię

kinetyczną

Zjawisko tworzenia pary elektron -

pozytron

• wynik oddziaływań fotonu z

polem elektrycznym jądra
atomu

• całkowita absorpcja fotonu
• foton ma energię wyższą od

1.02 MeV (energia
spoczynkowa obu powstałych
cząstek)

Udział poszczególnych zjawisk

w zależności od energii fotonów (dla

wody)

Oddziaływania elektronów powstałych

w wyniku absorpcji fotonów

• elektron to cząstka

bezpośrednio jonizująca

• przekazując energię

wzdłuż swojego toru
powoduje jonizację i
wzbudzenie molekuł

• elektron wtórny (elektron

delta) może być również
źródłem jonizacji

Dozymetria kliniczna promieniowania

• Ekspozycja promieniowania - poziom jonizacji

powietrza,
jednostka 1R (rentgen), 1R = 2.58 x 10

-4

C/kg

• Dawka (pochłonięta) promieniowania fotonowego

- energia zaabsorbowana w masie
napromienianego środowiska;
jednostka 1 Gy (grej), 1
cGy=0.01Gy 1Gy = 1J/kg

• Moc dawki promieniowania - dawka / czas

jednostka 1Gy/h, 1Cgy/min

Absorpcja promieniowania

i osłabienie promieniowania

Aparaty stosowane w teleradioterapii

• aparaty rentgenowskie
• aparaty kobaltowe
• liniowe przyspieszacze elektronów

Schemat aparatu rentgenowskiego

Schemat akceleratora liniowego

Charakterystyka wiązki promieniowania

fotonowego

• spadek dawki w osi wiązki

- efekt narastania dawki
(build up)

• profil wiązki, półcień wiązki

promieniowania

• kliny i osłony modyfikujące

wiązkę promieniowania

Spadek dawki z głębokością w osi wiązki

dla różnych energii promieniowania

Efekt build - up

Profile wiązek dla różnych aparatów

terapeutycznych

Półcień wiązki terapeutycznej -

powstawanie i definicja

Przykładowe rozkłady izodoz dla

pojedynczej wiązki promieniowania

fotonowego

Wiązka elektronów

- spadek dawki z głębokością

Etapy radioterapii

• Symulacja wstepna
• Tomografia komputerowa
• Przygotowanie planu leczenia
• Resymulacja – zatwierdzenie planu
• Rozpoczęcie radioterapii
• Dozymetria in vivo
• Kontynuacja leczenia

Planowanie rozkładu dawki w radioterapii

• definicje napromienianych obszarów (GTV, CTV, PTV)
• analiza rozkładu dawki -

rozkład izodoz i histogramy dawka-objętość

• kryteria optymalizacji rozkładu dawki

Schemat przygotowania planu leczenia

pacjenta

1. Definiowanie targetu
2. Definiowanie organów ryzyka
3. Ustalanie geometrii wiązek dokładnie

odwzorowujących kształt guza (BEV)

4. Definiowanie osłon (MLC i/lub bloki)

wysłaniających organy ryzyka.

Histogram dla targetu

Histogram dla organu ryzyka

Specyfikacja dawki i frakcjonowanie dawki

• metody specyfikacji dawki (punkt

referencyjny)

• dawka całkowita i dawka frakcyjna
• rytm frakcjonowania dawki

Nowoczesne techniki napromieniania

• kolimator wielolistkowy (MLC)
• kompensatory pola
• technika intensywnej modulacji wiązki (IMRT)

Dozymetria in vivo

metody (pomiar dawki wejściowej):
• detektory termoluminescencyjne
• detektory półprzewodnikowe

kontrolujemy:
• stabilność aparatu terapeutycznego
• dokładność ułożenia pacjenta

Zależność liczby atomów izotopu

promieniotwórczego od czasu

N=N

0

exp(-λt)

λ=0.693/ T

1/2

Parametry izotopów stosowanych

w brachyterapii

Izotop

T 1/2

Średnia energia

fotonów

Co 60

5.27 lat

1.25 MeV

Cs 137

30.18 lat

0.66 Mev

Ir 192

74.02 dni

0.37 Mev

Ra 226

1600 lat

1.71 Mev

Aktywność izotopu promieniotwórczego

Liczba przemian jądrowych zachodzących w

jednostce czasu

jednostka aktywności 1 Bq (bekerel)

1 Bq = 1 rozpad/s

powszechnie stosowana jednostka 1Ci (kiur)

1Ci = 3.7x10

10

rozpadów/s

A=A

0

exp(-λt)

Rozkład izodoz w brachyterapii

Brachyterapia HDR oskrzeli