34. Działanie promieniowania jonizującego z materią

Oddziaływanie promieniowania jonizującego na materię sprowadza się głównie do jonizacji, będącej następstwem niesprężystych oddziaływań cząstek jonizujących z elektronami i jądrami atomów absorbentu. Jonizacja właściwa charakteryzuje zdolność jonizowania danego promieniowania. Jej miarą jest liczba par jon+elektron wytworzonych wzdłuż jednostki drogi cząstki jonizującej.

Cząstki jonizujące mogą powodować także wzbudzenie atomów lub cząsteczek (przeniesienie ich na wyższy poziom energetyczny, co jest związane z przesunięciem elektronów na orbitalach). Cząsteczki wzbudzone powstają bezpośrednio w wyniku zderzeń niesprężystych z cząstką jonizującą lub w wyniku jonizacji z natychmiastowym zobojętnieniem jonu: M → M⁺+ e^- → M*

Stany wzbudzone cząsteczek są nietrwałe, a powrót do stanu podstawowego może realizować się następującymi sposobami:

1. Nadmiar energii zostaje oddany w postaci promieniowania luminescencji,

2. Energia wzbudzenie zostaje zużyta na dysocjację cząsteczki,

3. Energia wzbudzenia jest przeniesiona na inną cząsteczkę poprzez bezpośrednie zderzenie lub rezonans.

Ciężkie cząstki naładowane (protony, deuterony, cząstki α) współdziałają z materią w następujących procesach:

1. Niesprężyste zderzenia z elektronami powłok atomów.

2. Reakcje jądrowe,

3. Sprężyste zderzenia z atomami lub jądrami atomów.

Rola każdego z tych procesów zmienia się w zależności od typu cząstki i jej energii. Nasilenie wywołanej jonizacji zależy od ładunku cząstki i jej masy. Gęstość jonizacji wzrasta w miarę zbliżania się cząstki do końca jej toru, gdzie następuje gwałtowny zanik jonizacji.

Elektrony działają na materię w odmienny sposób, co jest spowodowane ich małą masą. Mogą one bezpośrednio oddziaływać z polem elektrycznym jąder atomowych w sposób sprężysty lub niesprężysty. W pierwszym przypadku jądra absorbentu nie zyskują energii elektronów, natomiast w drugim ją pochłaniają.

Promieniowanie elektromagnetyczne (fotony): Oddziaływanie jonizacyjne fotonów z materią może być realizowane trzema mechanizmami: efektu fotoelektrycznego, zjawiska Comptona oraz zjawiska tworzenia się par elektron-pozyton. W ich wyniku powstają elektrony, zwane wtórnymi, które całkowicie lub częściowo przejmują energię fotonów. Są one właściwym czynnikiem jonizującym. Udział tych trzech procesów jest różny w zależności od energii fotonów, np. dla energii 10 keV zjawisko udział zjawiska fotoelektrycznego wynosi 99%, dla 2 MeV udział zjawiska Comptona wynosi 99%, a dla 20 MeV zjawisko Comptona i powstawanie par stanowią po 50% zachodzących procesów oddziaływania.

Neutrony mogą oddziaływać na materię na trzy sposoby:

1. Zderzenia sprężyste z jądrami atomów absorbentu. Suma energii kinetycznych rozproszonego neutronu i jądra absorbentu (jądro odskoku) po zderzeniu muszą być równe energii neutronu przed zderzeniem. W tkankach jądrami odskoku są zazwyczaj jądra tlenu, azotu, węgla i wodoru. Jądra wodoru w pewnych przypadkach mogą przejmować całkowitą energię neutronu. Neutrony nie jonizują więc materii bezpośrednio, lecz za pośrednictwem protonów.

2. Zderzenia niesprężyste. Część energii neutronu jest przekazana na wzbudzenie jąder absorbentu. Jądra te powracając do stanu podstawowego emitują kwanty γ.

3. Wychwyt neutronu przez jądra absorbentu. W procesie tym biorą udział głównie neutrony termiczne (znajdujące się w równowadze termicznej ze środowiskiem). W tkankach w procesie wychwytu biorą udział głownie jądra wodoru, fosforu i azotu. Dochodzi do przekształceń tych jąder np. ¹H (n,p) ²H.

35: Dawki promieniowania jonizującego, jednostki, dawki graniczne, przykłady.

Wyróżniamy następujące dawki promieniowania jonizującego:

1. Dawka pochłonięta D określona wzorem D=E/m -jes to stosunek energii przekazywanej przez promienie jonizujące danemu elementowi masy m substancji przez masę m.

Jednostka: [1Gy]=1J/kg (Gy-grej)

W użyciu bywa też inna jednostka: 1rd (rad) 1rd=0,01J/kg

2. Dawka ekspozycyjna X określona wzorem X=Q/m -jest to suma ładunków elektrycznych jonów jednego znaku wytworzonych przez promieniowanie w jednostce masy powietrza m.

Jednostka: [X]=C/kg

W użyciu bywa też inna jednostka spoza układu SI 1R (rentgen) 1R=2,58*10^-4 C/kg

Ad 1,2 -stosujemy przyrosty dla m, E i Q dlatego iż pole promieniowania obszaru który nas interesuje (badany obiekt) jest niejednorodne.

3. Moc dawki pochłoniętej D jest to iloraz przyrostu dawki przez wartość czasu, w których przyrost następuje.

Określa ją wzór: D="delta"D/"delta"t

Jednostka: [D]=1Gy/s lub 1rd/s

Moc dawki ekspozycyjnej X="delta"X/"delta"t

Jednostka: [X]=1C/s lub 1R/s

4. Równoważnik dawki pochłoniętej H określa implikacje biologiczne spowodowane ekspozycją na promieniowanie przy małych wartościach dawek pochłoniętych.

Określony wzorem: H=D*Q*N

Jednostka: 1siwert 1Sv=PJ/kg używana jest także jednostka 1rem gdy D jest wyrażone w radach, czyli: 1Sv=1000rem

5. Efektywny równoważnik dawki Hef -ma zastosowanie w ocenie prawdopodobieństwa przypadku zgonu lub prawdopodobieństwa wystąpienia poważnych skutków dziedzicznych w dwóch pierwszych pokoleniach.

Określony jest wzorem:

36. Efektywny równoważnik dawki H_ef

Wielkość ta jest wskaźnikiem pomocnym w ocenie prawdopodobieństwa przypadku zgonu(jako skutku somatycznego) lub prawdopodobieństwa wystąpienia poważnych skutków dziedzicznych w dwóch pierwszych pokoleniach.potrzeba wprowadzenia takiego wskaźnika wynika z tego że wra żliwość na promieniowanie różnych tkanek i organów dla takich samych równoważników dawek jest różna.

H_ef=Σ_T W_TH_T

_gdzie:

H_T-ŚREDNI równoważnik dawki w tkance lub organieT

W_T-współczynnik wagi,wyrażający stosunek prawdopodobieństwa wystąpienia skutku somatyczno-stochastycznego wywołanego napromienieniem tkanki(organu) T do prawdopodobieństwa wystąpienia tego skutku przy równomiernym napromienieniu całego ciała

37. LET

LET (Linear Energy Transfer, liniowe przenoszenie energii) jest wielkością charakteryzującą zdolność jonizowania danej substancji, mierzona ilością energii oddanej przez cząstkę jonizującą na jednostkę drogi:

LET=ΔE/Δx

Inna wielkością opisującą zdolność jonizowania jest jonizacja właściwa, której miarą jest liczba par jonów (jon + elektron) wyzwolonych wzdłuż jednostki drogi cząstki jonizującej

Δn/Δx.

LET lepiej obrazuje zjawisko wydatkowania energii gdyż cząstki jonizujące tracą swą energię nie równomiernie ale porcjami.

Między jonizacją właściwa i LET zachodzi związek:

ΔE/ΔxW ∼ Δn/Δx

W- średnia energia, którą promieniowanie traci na wytworzenie jednej pary jonów (dla powietrza W= 34eV)

Wartość ΔE/Δx zależy od wielu czynników

• ładunku cząsteczki Ze (Z – liczba ładunków elementarnych, e – ładunek elementarny)

• prędkości cząsteczki v

ΔE/Δx ∼ (ZE)2/v2

LET jest wielkość odwrotnie proporcjonalną do kwadratu prędkości cząstki (cząstka dłużej przebywa w rejonie elektronu orbitalnego przez co prawdopodobieństwo oddziaływania z elektronem jest większe)

Polecam obejrzeć tę prezentację: http://www.biofizyka.amp.edu.pl/RADIOTERAPIA-MT-2009-studenci.pdf

38. Efekt biologiczny promieni jonizujących

z punktu widzenia biofizyki dwie właściwości wyróżniają promieniowanie jonizujące spośród czynników fizycznych

1.      Niewspółmiernie intensywne działanie biologiczne stosunkowo bardzo małej ilości energii doprowadzonej do organizmu za pośrednictwem promieniowania jonizującego. Dawka śmiertelna dla człowieka w przypadku napromieniowania całego ciała wynosi ok. 600rad, co odpowiada 6 dżulom lub 1,4 kalorii. Ta mała energii jest biologicznie bardzo aktywna. Prawdopodobnie wiąże się to z tym, że pierwotne reakcje popromienne zachodzą w małych objętościach o rozmiarach cząsteczek i makrocząsteczek. Poza tym w warunkach żywego organizmu początkowe niewielkie uszkodzenie ulega zwielokrotnieniu (potencjalizacja uszkodzenia).

2.      Każdy czynnik patogenny dowolnego pochodzenia (chemiczny, toksyczny, farmakologiczny, itp.) działa biologicznie dopiero po przekroczeniu charakterystycznej dlań wartości progowej. Powyżej tej wartości intensywność działania szybko wzrasta, aż do osiągnięcia wartości bezwzględnie śmiertelnej. W przeciwieństwie do tego promieniowanie jonizujące często cechuje się brakiem dawki progowej (np. dla uszkodzeń genetycznych), a oprócz tego różnica między nią a dawką śmiertelną może być bardzo duża. Fakt ten świadczy o istnieniu dużych różnic wrażliwości na promieniowanie między składnikami napromieniowanej populacji.

 

 Efekt promieniowania ujawnia się w miejscu absorpcji tego promieniowania. Można je wtedy interpretować na podstawie tzw. Teorii trafień i teorii tarczy. Punktem wyjścia obu teorii jest stwierdzenie, że absorpcja promieniowania w materii nie jest procesem ciągłym, lecz kwantowym oraz podporządkowanym prawom statystyki.

Z matematyczny rozważań tego stwierdzenia wynika, że efekt biologiczny po napromieniowaniu jednorodnej populacji biologicznej (np.komórki w hodowli in vitro, kolonia drobnoustrojów, roztwór biocząsteczek, np. DNA itp.) ujawni się w statystycznym składniku tej populacji(komórka, bakteria cząsteczka DNA itp.) tylko wówczas,gdy w składniku tym znajdzie się określona minimalna ilość „trafień”, czyli pojedynczych aktów absorpcji promieniowania. Umiejscowienie trafień nie może być przy tym dowolne. W każdym żywym organizmie istnieje jedna lub kilka „wrażliwych objętości” lub „tarcz”, w których musi nastąpić określona ilość aktów absorpcji (trafień), aby efekt popromienny mógł się ujawnić.

Natura „tarcz” reprezentowanych przez liczbę ekstrapolacyjną nie jest dokładnie znana. Są dowody na to, że SA one zlokalizowane w jądrze komórkowym, przy czym cechom właściwym „tarczom” najbardziej odpowiada DNA. Liczba „tarcz” odpowiedzialnych za określoną funkcją komórki, np. reprodukcję, może być różna. Bakterie i komórki haploidalne mają jedną „tarczę” ( komórki diploidalne – więcej niż jedną. zniszczenie promieniowaniem jednej „tarczy” odpowiedzialnej za określoną funkcję powoduje wypadnięcie tej funkcji, np. komórka traci zdolność podziału.

W komórkach diploidalnych taki sam efekt można uzyskać po zniszczeniu wszystkich „Tarcz”. Jeśli pozostaje choćby jedna „tarcza”, odnośna funkcja zostaje zachowana. Uszkodzenie popromienne charakteryzujące się zniszczeniem części „Tarcz” nosi nazwę subletalnego. Po pewnym czasie „tarcze” unieczynione promieniowaniem ulegają odtworzeniu. Uważa się, że uszkodzenie subletalne  dotyczy odpowiedniego odcinka tylko jednej nici DNA, a naprawa tego uszkodzenia jest realizowana na drodze syntezy sterowanej przez nie uszkodzoną komplementarną nić cząsteczki DNA. Natomiast uszkodzenie letalne dla komórki obejmuje obie nici cząsteczek DNA, co oczywiście uniemożliwia naprawę uszkodzenia.

W układach żywych nie zawsze zachodzi bezpośrednie działanie promieniowania: miejsce absorpcji energii nie musi być identyczne z miejscem ujawnienia się reakcji radiobiologicznej. w tym przypadku zachodzi pośrednie działanie promieniowania.

Za działanie pośrednio odpowiedzialne są przede wszystkim niektóre produkty radiolizy wody ustrojowej (rodniki H’ , OH’, HO2’ oraz H2O2 i eaq). Ze względu na dużą zawartość wody działanie pośrednie odgrywa w organizmach żywych dużą rolę. Rodniki wodne mogą np. spowodować rozpad biocząsteczki na mniejsze fragmenty lub utleniając grupy SH, występujące prawie we wszystkich białkach, prowadzić do utraty lub zmiany aktywności biologicznej biocząsteczki. Rodniki wodne mogą działać biologicznie również pośrednio poprzez nadtlenki organiczne,np. rodnik OH’, powstający podczas pośredniego działania promieniowania, reaguje ze związkami organicznymi według reakcji: RH+ OH’ → ROO’. W obecności tlenu rodnik organiczny utlenia się: R’ + O2 → ROO’.Nadtlenek organiczny staje się początkowym ogniwem reakcji radiobiologicznej.

Ważnym czynnikiem determinującym w dużym stopniu wrażliwość obiektów biologicznych na promieniowanie, a biorącym udział w pośrednim działaniu promieniowania, jest stężenie tlenu w obiekcie w chwili napromieniowania . od obecności tlenu zależy ukierunkowanie reakcji radiochemicznych w wodzie ustrojowej, np. rodnik HO2’ powstaje tylko w obecności tlenu, przy czym ze względu na krótki czas trwania pierwotnych procesów radiolitycznych cząsteczek wody (rzędu 1018-1016s), istotne znaczenie ma tylko  tlen obecny w czasie napromieniowania.

Eksponencjalne krzywe przeżycia przedstawiają skutki napromieniowania komórek białaczkowych myszy w warunkach beztlenowych (w atmosferze N2) i tlenowych. D37 wynosiła odpowiednio 3,6 i 1,6 Gy z czego wynika, że uwarunkowana obecnością O2 wrażliwość komórek za napromieniowanie jest około 2,3 – krotnie większa niż w warunkach beztlenowych.

Jest to fakt o dużym znaczeniu w radioterapii nowotworów. Większość guzów nowotworowych zawiera bowiem skupiska komórek niedotlenionych, czasem wręcz na pograniczu anoksji. Komórki te są względnie radioodporne, co w znacznym stopniu obniża wartość leczniczą radioterapii. Uważa się, ze właśnie od tych komórek zaczyna się ponowny rozwój nowotworu po napromieniowaniu . zapobieganie niepożądanemu oddziaływaniu hipoksji sprowadza się do :

1. poprawy natlenienia guza (reoksygenacja),

2) stosowania większych dawek promieniowania (nie zawsze jest to możliwe ze względuu na niebezpieczeństwo nieodwracalnego uszkodzenia tkanek zdrowych) i

3) stosowania promieniowania o wysokim LET. Im wyższy bowiem LET, tym mniejsze znaczenie ma „efekt tlenowy”. Równocześnie, ze wzrostem LET zwiększa się prawdopodobieństwo indukowania  uszkodzeń letalnych w obrębie „tarcz”. Ogólnie, im większa dawka, moc dawki i LET tym większa skuteczność radioterapii. Tłumaczy to aktualne tendencje w radioterapii zmierzającej do wykorzystania strumieni cząstek o wysokich energiach i dużej zdolności jonizacyjnej (wysoki LET).

39. Efektywny okres połowicznego rozpadu izotopów promieniotwórczych podanych do wnętrza organizmu.

Radioaktywność zdeponowana w narządzie maleje w czasie dzięki dwóm procesom:

1. Rozpadowi radioaktywnemu z prędkością określoną stałą rozpadu λ_f zgodnie z równaniem:

N = N₀e^−λ_ft

1. Wydalaniu z organizmu na drodze normalnych procesów metabolicznych z prędkością określoną stałą wydalania λ_b zgodnie z równaniem

M = M₀e^−λ_bt

Oba te procesy sumują się, więc aktywność zdeponowana w tkance lub narządzie maleje z prędkością λ_ef = λ_f+ λ_b. Korzystając z zależności λ=$\frac{0,693}{T}$ można zapisać:

$$\frac{1}{T_{\text{ef}}} = \frac{1}{T_{f}} + \frac{1}{T_{b}}$$

Lub: $T_{\text{ef}} = \frac{T_{f}T_{b}}{T_{f} + T_{b}}$

T_ef – efektywny okres półtrwania substancji organicznej w organizmie jako funkcja rozpadu radioaktywnego i wydalania biologicznego

40. Zastosowanie izotopów promieniotwórczych do badania kinetyki przemian metabolicznych.

Badania kinetyki przemian metabolicznych są oparte na ocenie zmian aktywności źródła promieniotwórczości w czasie.

Badanie kinetyki jodu-123 w postaci ¹²⁵I^-:

Po dożylnym podaniu znacznika określa się jego aktywność w surowicy i w moczu, monitorując równocześnie od zewnątrz tarczycę licznikiem scyntylacyjnym. Badanie dotyczy układu trójprzedziałowego:

Tarczyca (2)^k12↔_k21Surowica (1)[tu wprowadzony]→_k13Mocz (3)

Powtarzane w odpowiednich odstępach czasu pomiary radioaktywności pozwalają na ocenę szybkości transferu k znacznika między składnikami układu

Badanie kinetyki technetu-99m w postaci ^99mTcHO₄^-

Substancja wprowadzana jest dożylnie, skąd przechodzi do tkanek i narządów, wydalana jest z moczem.

Tkanki i narzady (3)^k13↔_k31Krew (1)[tu wprowadzony]→_k12Mocz (2)

Gdy za pomocą znakowanych związków jodu lub nadchlorku technetu zablokować wychwyt przez tkanki i narządy, układ ten redukuje się do składników 1 i 2, wtedy szybkość transferu k12 można obliczyć ze wzoru:

$\ln\frac{B_{0}(aktywnosc\ krwi\ w\ czasie\ t = 0}{B(aktywnosc\ krwi\ w\ czasie\ t)}$= k12*t

Znając k12 można obliczyć k13 ze wzoru

$$\ln\frac{B_{0}}{B} = \left( k12 + k13 \right)t$$

W podobny sposób bada się kinetykę związków żelaza lub bilirubiny w organiźmie

41. Metoda rozcieńczania izotopowego.

Metoda rozcieńczania izotopowego to jedna z metod analizy radiochemicznej. Opiera się na założeniu, że izotopy tego samego pierwiastka zachowują się pod względem chemicznym w identyczny sposób. Natomiast izotopy promieniotwórcze można łatwo wykryć poprzez emitowane przez nie promieniowanie.

Metoda pozwala wyznaczyć objętość lub stężenie składnika danej mieszaniny. Do wyznaczenia objętości V składnika S mieszaniny znakuje się odpowiednim izotopem objętość V₁ tej substancji. Gdy: Aktywność jednostki tej substancji wynosi A. Aktywność całkowita V₁ czyli A*V₁ musi być równa aktywności całkowitej objętości po w prowadzeniu V₁ do objętości V czyli ( V+ V₁)B (B- aktywność jednostki objętości V+V₁)

Czyli V₁*A = (V+V₁)*B

Po przekształceniu V = V₁ ( A/B – 1) gdzie A>B I V₁≥V

V = V₁ * A/B

Metoda rozcieńczania izotopowego ma zastosowanie gdy bezpośredni pomiar nieznanej objętości jest niemożliwy np. objętości krwi, chłonki, objętości krwinek czerwonych

42 – metody klirensowe

Są to badania izotopowe umożliwiające przede wszystkim pomiary przepływu krwi i

ukrwienia narządów.

1. Pomiar przepływu mózgowego:

Stosuje się tu Ksenon 133 – jest to radioaktywny gaz, który po wstrzyknięciu do tętnicy szyjnej dostaje się do naczyń włosowatych a następnie dyfunduje do ciał tłuszczowych. Miarą szybkości przejścia znacznika przez mózg jest krzywa oczyszczania ksenonu zmierzona nad mózgiem. W ten sposób możemy określić czy przepływ krwi przez badaną część OUN jest prawidłowy czy zaburzony.

1. Pomiar przepływu sercowego:

Do oceny przepływu sercowego znakuje się erytrocyty lub albuminy krwi nadtechnecjanem. Znacznik jest wstrzykiwany do żyły łokciowej po czym dokonuje się rejestracji przepływu krwi ze znacznikiem przez serce prawe, krążenie małe i serce lewe. Na podstawie uzyskanych informacjom można ustalić granice obszaru lewej komory, ruchliwość mięśnia sercowego, pojemność wyrzutową serca i czas przepływu krwi przez jamy serca.

Dzięki metodzie pefuzji mięśnia lewej komory serca talem 201 możliwe jest uwidocznienie miejsca przebytego zawału i określenie wielkości blizny pozawałowej.

Obecnie badania klirensowe przeprowadzane są za pomocą kamery scyntylacyjnej współpracującej z komputerem.

Inne przykłady badań klirenoswych:

- fitynian indu (In) - badanie wątroby, śledziony i płuc

43. Komora Wilsona i komora pęcherzykowa, działanie i zastosowanie

Komora Wilsona - W komorze Wilsona wykorzystuje się zdolność kondensacji pary wodnej na jonach wytworzonych przez cząstki naładowane. Komora ta składa się ze szklanego naczynia cylindrycznego, którego dno stanowi ruchomy tłok. Umożliwia on szybkie (adiabatyczne) rozprężenie znajdującego się w komorze powietrza z nasyconą parą wodną. W wyniku oziębienia pojawiają się kropelki rosy na jonach (ośrodkach kondensacji) tworzących się wzdłuż torów cząstek jonizujących przechodzących przez komorę. Zastosowanie bocznego oświetlenia powoduje rozproszenie światła na kropelkach rosy, dzięki czemu można obserwować ślady torów cząstek jonizujących i fotografować. Użycie pola magnetycznego w badaniach z komorą Wilsona umożliwia zakrzywianie toru cząstek. Pomiar promienia krzywizny dostarcza informacji o pędzie i masie cząstki, natomiast kierunek zakrzywienia toru pozwala określić znak ładunku cząstki. Wadą komory Wilsona jest mała zdolność hamowania cząstek, przez co duża część procesów oddziaływania cząstki z materią przebiega poza obrębem komory. Problem ten rozwiązało opracowanie komory pęcherzykowej.

Komora pęcherzykowa – w komorze tej zamieniono środowisko gazowe na ciekłe, co zwiększyło ilość oddziaływań cząstki z materią wzdłuż toru, a tym samym zdolność do hamowania cząstki. W komorze znajduje się ciecz (ciekły wodór, hel, etylen itp.) utrzymywana w stałej temperaturze. W wyniku działania urządzenia zwiększającego objętość komory, ciśnienie zmniejsza się do wartości mniejszej od ciśnienia pary nasyconej danej cieczy w panującej temperaturze. Ciecz staje się przegrzana. W wyniku przejścia cząstki jonizującej przez komorę, na powstałych jonach tworzą się pęcherzyki pary cieczy, co można zarejestrować aparatem fotograficznym. Tym samym fotografujemy podobnie jak w komorze Wilsona tory cząstek jonizujących.

Zastosowanie: Komora Wilsona i pęcherzykowa służą do obserwacji torów cząstek jonizujących. Pozwala to na badanie cząstek o wysokich energiach oraz procesów wzajemnego oddziaływania tych cząstek na siebie

44. Efekt Czerenkowa, MDD

Efekt Czerenkowa – zjawisko powstawania promieniowania widzialnego (świecenie) w przypadku, gdy naładowana cząstka porusza się w ośrodku, dla którego prędkość fazowa światła c/n (n- współczynnik załamania dla ośrodka) jest mniejsza od prędkości v poruszającej się cząstki. Promieniowanie (zwane promieniowaniem Czerenkowa) to można rejestrować za pomocą fotopowielaczy lub klisz fotograficznych. Urządzenie takie (nazwane licznikiem Czerenkowa) znajduje liczne zastosowania w badaniach fizyki jądrowej

MDD – Maksymalna dopuszczalna dawka – jest to graniczna (maksymalna) wartość mocy dawki promieniowania, którą można aplikować człowiekowi przez dowolnie długi czas bez obawy spowodowania uszkodzeń jego tkanek (moc dawki – wartość dawki promieniowania doprowadzonej do organizmu w określonym czasie np. 4Gy/min). Obecnie obowiązująca wartość MDD wynosi 2,58*10^-5 C/kg na tydzień. Nie przekraczanie tej wartości chroni przed uszkodzeniami somatycznymi i ogranicza do minimum występowanie zmian o charakterze genetycznym. Zmiany te mogą dotyczyć aparatu genetycznego gamet i z tego względu ustalono dopuszczalną dawkę skumulowaną, w określonym czasie, która wynosi 1,29*10^-3 C/kg/rok. Dopuszczalną dawkę skumulowaną przez organizm pracownika w dowolnym czasie można obliczyć ze wzoru D_skum.=1,29*10^-3(N-18) C/kg, gdzie N- wiek pracownika w latach.

47. Scyntygraf, Scyntykamera – działanie, zastosowanie

Scyntygrafia jest metodą uzyskiwania obrazu narządów, a przede wszystkim oceny ich czynności, poprzez zastosowanie licznika scyntylacyjnego oraz niewielkiej dawki izotopu promieniotwórczego (radioznacznika). Detektor scyntylacyjny rejestruje promieniowanie, którego źródłem jest badana okolica ciała.

Scyntygrafy są aparatami, w których detektor przesuwa się nad badanym narządem ze stałą prędkością. Jego obraz drukowany jest na papierze dzięki odpowiednik pisakom. Zagęszczenie znaków jest proporcjonalne do liczny rejestrowanych impulsów. Scyntygrafia kolorowa pozwala zobrazować zmiany aktywności poprzez zastosowanie różnych barw.

Badanie scyntygraficzne trwa dość długo, dlatego służy do diagnostyki małych narządów (np. tarczycy).

Nowocześniejszych rozwiązaniem jest scyntykamera (gamma kamera). W scyntykamerze detektor jest nieruchomy. Duża głowica tego aparatu obejmuje swoim polem widzenia całość badanego narządu (wątroby, serca, mózgu, nerek), a badanie trwa znacznie krócej w porównaniu ze scyntygrafem. Wynik badania można otrzymać na błonie fotograficznej, chociaż obecnie utrwala się znacznie częściej w pamięci komputera. W obrazie komputerowym, zależnie od potrzeb, możliwa jest zmiana skal barwnych, filtrowanie, wygładzanie a przede wszystkim badanie czynności narządów. Gamma kamery ruchome (rotujące) umożliwiają uzyskanie obrazów warstwowych (tomograficznych), podobnie jak w tomografii komputerowej. Obrazy te uzyskuje się przez okrężny ruch głowicy aparatu wokół ciała pacjenta. Technika ta określana jest jako tomografia emisyjna pojedynczego fotonu (z angielskiego - SPECT).

48. Wyznaczanie dawki ekspozycyjnej metodą komory jonizacyjnej.

W celu wyznaczenia dawki ekspozycyjnej stosujemy komorę jonizacyjną. Stanowi ona pewien rodzaj kondensatora, pomiędzy którego okładki wprowadzana jest substancja promieniotwórcza. Pozwala on mierzyć natężenie promieniowania , poprzez pomiar zmiany różnicy potencjałów między elektrodami komory wywołanej działaniem promieniowania jonizującego.

W celu wyznaczenia dawki ekspozycyjnej na początku wyznaczamy wartość promieniowania tła odczytując wskazania, gdy nie jest wprowadzona ani źródło, ani absorbent, następnie wykonujemy pomiar natężenia promieniowania w układzie źródło-detektor). po wprowadzeniu do komory badanego obiektu lub jego fantomu w układzie źródło-absorbent-detektor (pomiarów dokonujemy wielokrotnie i wartości uśredniamy).

Otrzymujemy wartości średnie:

$\overset{\overline{}}{I_{t}}$ – szybkość zliczania związana z tłem

$\overset{\overline{}}{I}$ - szybkość zliczania związana z nieosłoniętym źródłem promieniowania

$\overset{\overline{}}{I'}$ - szybkość zliczania związania ze źródłem przesłoniętym fantomem

Obliczamy pozorną aktywność źródła ze wzoru:

$A^{'} = A\frac{\overset{\overline{}}{I'} - \overset{\overline{}}{I_{t}}}{\overset{\overline{}}{I} - \overset{\overline{}}{I_{t}}}$, gdzie A to aktywność źródła.

Następnie obliczamy dawkę ekspozycyjną związaną z pochłanianiem promieniowania przez absorbent:

$$X_{\gamma} = K\frac{\left( A - A^{'} \right)t}{l^{2}}$$