Promieniowanie jonizujące w medycynie Ćwiczenia : ..............

Czynnik fizyczny , którego oddziaływanie na żywe organizmy obok oczekiwanego pożądanego efektu ZAWSZE związane jest z ryzykiem wystąpienia negatywnych następstw.

Najważniejsza właściwość PJ jest zdolność do jonizacji atomów i cząstek , tzn do odrywania od nich elektronów .!!!!!!!!

Wynikiem tego jest powstanie jonu dodatniego i swobodnego elektronu. Swobodne jony mogą w pewnych warunkach przyłączyć się do innych cząsteczek i wytworzyć jony ujemne.

Jonizację mogą wywołać cząstki, których energia jest większa od potencjału jonizacji atomów , cząsteczek na które padają .!!!! Potencjał jonizacji zawiera się od kilku do kilkudziesięciu eV ( 1eV- 1,6x10 do minus 19 j) . W tym zakresie mieszczą się energie fotonów promieniowania nadfioletowego - te nie są jonizacyjne bo wywołują tylko pojedyncze akty jonizacji .

Do PJ zalicza się tylko takie które bezpośrednio lub pośrednio wywołują wiele aktów jonizacji a ich energia jest znacznie większa od energii jakichkolwiek wiązań w cząsteczkach , od potencjału jonizacji atomu. Jest to przyczyna DESTRUKCYJNEGO

DZIAŁANIA PJ na materię .

PJ dzieli się na :

- promieniowanie jonizujące bezpośrednio ( cząsteczki naładowane ALFA, BETA, protony, jądra odrzutu)

- promieniowanie jonizujące pośrednio ( cząstki nie obdarzone ładunkiem X i y , neutrony)

Promieniowanie jonizujące bezpośrednio.

Szczególnie silnie oddziałują z materią cząstki obdarzone ładunkiem , jonizacja przez nie jest wynikiem oddziaływania sił elektrostatycznych pomiędzy ładunkami. Cząstki posiadające ładunek dodatni wyrywają ( przyciągają) elektrony , natomiast cząstki o ładunku ujemnym wypychają ( odpychają)

Zdolność jonizacji jest tym większa, im cząstka ma większy ładunek oraz im mniejsza jest prędkość. Dla tych które posiadają te samą energię zdolność do jonizacji jest wprost proporcjonalna do ich masy

Promieniowanie jonizujące pośrednio :

- Oddziaływanie promieni X y z materią :

A. zjawisko fotoelektryczne - foton o energii hv padając na atom , przekazuje swoja energię jednemu z jego elektronów , który dzięki temu zostaje oderwany od atomu i staje się jonem . Elektron pozyskaną energię zużywa na jonizację , wzbudzenie atomów , cząstek , które napotyka na swojej drodze.

B. Zjawisko Comptona - przy większej energii fotonów i gdy ośrodek składa się z atomów o mniejszej liczbie atomowej , foton ulega częściowemu rozproszeniu a pozostała część energii zużyta jest na wybicie elektronu . Elektron jonizuje następne cząsteczki jeżeli ma wystarczająco energii , pozostały foton wywołuje fotoefekt.

C. Zjawisko tworzenia par elektron- pozyton

Gdy energia fotony przekracza 1,02 MeV. Prawdopodobieństwo powstania pary wiąże się z energią , liczbą atomową . Wytworzone elektrony jonizują atomy, cząsteczki ośrodka , pozyton po utracie zdolności jonizacji ulega anihilacji przy zderzeniu z elektronem i powstają 2 kwanty promieniowania y.

Oddziaływanie neutronów z materią prowadzi do :

- postawania protonów odrzutu w wyniku zderzenia neutronów z atomami wodoru,

- wychwytu radiacyjnego neutronu np. przez H i powstanie kwantu y

Produkty tych oddziaływań : kwanty y i protony biorą udział w jonizacji.

Powstawanie wolnych rodników

Rozpad cząsteczek pod wpływem promieniowania jonizującego nazywa się radiolizą

W organizmie ze względu na dużą ilość wody ma istotny wpływ na efekty biologiczne .

Wolne rodniki wytworzone w wyniku radiolizy znajdują się w organizmie , inicjują procesy biochemiczne prowadzące do uszkodzenia cząsteczek warunkujących prawidłowe funkcjonowanie komórek i tkanek . - jest to wówczas pośrednie działanie promieniowania jonizującego.

Jonizacja jest pierwszym stadium I - fizycznym działania PJ na materię = zjawiska pierwotne , najkrótsze 10do-13

Po nim występuje stadium II- fizyko-chemiczne w którym występują wolne rodniki- 10 do-11,

Reakcje miedzy rodnikami oraz rodników z cząsteczkami obojętnymi to stadium III-chemiczne 10do-3

Po nim występuje IV biologiczne najdłuższe trwające dni - lata!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Utratę energii przez cząsteczki jonizujące określają intensywność pierwotnych zjawisk fizycznych LET= liniowe przekazywanie energii- charakteryzuje jakość PJ , zdolność do jonizacji

Dawka promieniowania

Wszystkie zjawiska fizyczne , fizyczno- chemiczne , chemiczne , biologiczne jakie zachodzą w organizmie pod wpływem PJ są skutkiem pochłoniętej dawki tego promieniowania . D= 1 Gy ( grej) czasami używana stara jednostka 1 rad. Pomiar jej jest trudny , właściwie niemożliwy , stąd wprowadzono tz dawkę ekspozycyjną X- wyraża się ja w kulombach na kg ( C/kg), lub czasem używana jest jednostka 1 rentgen

Skutki biologiczne działania PJ to nie tylko określona dawka ale i czas w jakim zastała zdeponowana w obiekcie = moc dawki -D=d/t

Skutki zależą również od rodzaju promieniowania i ilości zaabsorbowanej dawki co określane jest równoważnikiem dawki - H

Praktycznie używa się współczynnik radiacyjnego ryzyka wt dla tkanek ( narządów ) co wywodzi się z sumarycznych efektów równomiernego napromieniowania organizmu np.

Gonady -0,20 wt

Szpik kostny - 0,12 wt

Jelito gruba , żołądek , pęcherz - 0,12 wt

Przełyk , wątroba , tarczyca - 0,05wt

Skóra , powierzchnia kości - 0,01 wt

Pomiar dawki Promieniowania Jonizujacego - dozymetria PJ

Ocena narażenia żywych organizmów na działanie promieniowania jonizującego związana jest z wykrywaniem tego promieniowania oraz z pomiarem dawek i mocy dawek. Do tego celu służą przyrządy dozymetryczne które dzieli się na grupy:

-do pomiaru skażeń promieniotwórczych

- do pomiaru dawki promieniowania ( dawki ekspozycyjne ) - dozymetry

- do pomiaru mocy dawki promieniowania

Zasadniczym elementem przyrządów dozymetrycznych jest detektor promieniowania jonizującego- które to promieniowanie wykrywa.

Do tego celu wykorzystuje się komory jonizacyjne , dozymetry oparte na detektorach półprzewodnikowych , dozymetrach luminescencyjnych i błonowe

Źródła promieniowania jonizacyjnego:

- Naturalne:!!!!!!!!

Kosmiczne- w tym Słońce , składa się z wysokoenergetycznych protonów oraz lekkicj jąder atomowych. Przechodząc przez atmosferę cząstki zderzają się i wywołują wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne ( na poziomie morza ludzie otrzymują równoważnik dawki - 0,300mSv).

Ziemskie - w skorupie ziemskiej ( z 30 cm głębokości ), w konstrukcji budynków , w powietrzu Jest ono różne w różnych miejscach - w Polsce określa się go na 0,10-0,8mSv/rok a wewnątrz domów 0,4-1,3 mSv/rok)

Naturalne radionuklidów wchłoniętych do organizmu człowieka to np. radionuklidy

Przykładem może być potas -40,radon-222, radon 220 jest gazem szczególnie gromadzącym w mieszkaniach nie wietrzonych .

- Sztuczne:!!!!!!!!!!!

Promieniowanie rentgenowskie - ( na 1000 mieszkańców / 500-1300 badań roczne , w Polsce ), połowa to RTG klatki piersiowej (11 mSv).. Największe promieniowanie przypada na urografię-18 mSv . Najmniejsze RTG kręgosłupa 4,8mSv.

Radioizotopy - badania z nimi wykonuje się 10-50/1000 mieszkańców co daje dawkę 0,02-0,15 mSv.

Średni równoważnik rocznej dawki promieniowania jonizującego stosowanego w medycynie na każdego mieszkańca sięga 1mSv.

Opad promieniotwórczy z prób wybuchów jądrowych . Znaczące radionuklidy to wegiel-14,cez-137, cyrkon-95, stront-90, cer-144,tryt.

Elektrownie jądrowe

Składowanie odpadów radioaktywnych

Biologiczne skutki działania promieniowania jonizującego

Promieniowanie jonizujące ma szczególnie duża skuteczność znaczenie niepozytywnym.

Dawka śmiertelna to 10 Gy = do każdego1 kg tkanki dociera 10 J energii. Jak to niewielka dawka obrazuje przykład - w ciągu 1 sek żarówka o mocy 100W wytwarza 100J.

Czynniki wpływające na intensywność reakcji radiobiologicznej komórki i tkanki

1 efekt tlenowy - skutki napromieniowania komórek tkanek SA większe , jeżeli w momencie napromieniowania występował w nich tlen a w kolejnych reakcja fiz, fiz-chem, chem i biol pojawią się rodniki tlenowe - szczególnie te powstałe w procesie radiolizy ( HO2, H2O2). Szczególnie ujawnia się to w terapii nowotworów . Wynika to z faktu że za ich szybkim wzrostem nie nadążają naczynia i w związku z tym mało dociera tam tlenu , wówczas wrażliwość ich na promieniowanie X i y zmniejsza się .

2 Moc dawki- efekt napromieniowania zależy od mocy . W miarę jak się obniża moc dawki tj . określona dawka rozłożona jest w dłuższym czasie tym efekt jego działania jest słabszy. Związane jest to procesami naprawczymi jakie natychmiast zachodzą w komórce a skuteczność zwiększa się w miarę wydłużania się czasu pomiędzy kolejnymi oddziaływaniami PJ.

3. Faza cyklu życiowego komórki -

Go- faza spoczynkowa

G1-okres przedsyntetyczny

S - synteza DNA ( okres pomiędzypodziałowy)

G2-okres posyntetyczny

M - mitoza

Można przyjąć , że komórki w fazie G1 , we wczesnej fazie S oraz w G2 i M SA bardziej wrażliwe na promieniowanie . natomiast w późnej fazie S i Go - są względnie radioodporne.

Komórki napromieniowane w stadium mitozy kończą podział . Jeżeli komórki były napromieniowane w innej fazie cyklu życiowego , następuje opóźnienie przejścia do następnej fazy oraz opóźnienie następnej mitozy. Opóźnienie mitozy jest najwcześniejszą i najbardziej wrażliwą reakcją komórek na PJ.

4.Względna radiowrażliwość komórek i tkanek!!!!!!!!!!!!!

Reakcja tkanki na działanie promieniowania jonizującego zależna jest od wrażliwości wchodzących w jej skład komórek . Dawka promieniowania powodująca uszkodzenie tkanki jest tym mniejsza im większa jest radiowrażliwość komórek.

A Najbardziej wrażliwe - Komórki macierzyste , niezróżnicowane ( komórki macierzyste krwiotwórcze, dzielące się komórki krypt jelita ,komórki nabłonka nasieniotwórczego, proliferujące komórki ziarniste pęcherzyków w jajniku , komórki

warstwy rozrodczej skóry !!!!!!!!!!

B Mniej wrażliwe - Komórki składowych różnicujących się komórki tkanki krwiotwórczej , spermatogonie , spermatocyty!!!!!!!!!!

C Dużo mniej wrażliwe - komórki funkcjonalnie dojrzałe , nie dzielące się w normalnych warunkach -komórki wątroby, trzustki, gruczołów potowych , komórki wydzielania wewnętrznego!!!!!!!!!!!

D Najmniej wrażliwe - to te które utraciły zdolność podziału , wysokowyspecjalizowane - erytrocyty , plemniki , komórki nabłonkowe, nerwowe , mięśniowe!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Prawo Bergonie- Tribondeau = radiowrażliwość tkanek jest tym większa im większe są :

- aktywność mitotyczna

- liczba komórek pozostająca w trakcie różnicowania - im mniejszy jest stopień ich zróżnicowania

I tak Szpik kostny jest bardzo wrażliwy na promieniowanie bo ma dużą aktywność mitotyczną i wiele komórek w fazie różnicowania się .

Natomiast w tkance nerwowej brak jest mitoz i różnicowania komórek stąd jego niska radiowrażliwość :

Względna radiowrażliwość narządów :!!!!!!!!!!!!!!!!!!

- Wysoka : szpik , narządy limfatyczne, jądra, jajniki, jelito

- Względnie wysoka : skóra , rogówka , jama ustna, przełyk, odbytnica, pochwa, szyjka macicy, pęcherz moczowy, soczewka , żołądek

- Średnia : naczynia włosowate, tkanka chrzęstna i kostna ,

- Względnie niska : dojrzałe chrząstki , i kości gruczoły ślinowe, narząd oddechowy, nerki , watroba , trzustka , nadnercza, przysadka

- Niska mięśnie , mózg, rdzeń kregowy.

Skutki działania promieniowania jonizującego na organizm człowieka !!!!!!!!!!!!!!!

Reakcja zależy od wielkości dawki promieniowania

Obszaru ciała , który uległ napromieniowaniu

Inne czynniki : osobnicza radioaktywność, wiek, rodzaj promieniowania , moc dawki i sposób napromieniowania ( jednorazowy, etapowy)

Zdrowotne skutki promieniowania dzielimy na - Somatyczne - wczesne ( duże dawki)

- Somatyczno-stochastyczne -późne

- Genetyczne- późne ( małe dawki)

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Somatyczne skutki wystepują u każdej napromieniowanej osoby po przekroczeniu pewnej dawki progowej

Dla somatyczno-stochzstycznej i genetycznej nie ma dawki progowej - ujawniają się u niektórych napromieniowanych osób , zwykle po upływie dłuższego czasu - lat. - SA to skutki późne .

Skutki somatyczne :!!!!!!!!!!!!!

Wrażliwość żywych organizmów na promieniowanie jonizujące określa się przy pomocy tz dawki śmiertelnej LD50/30 ( Gy), która powoduje śmierć 50% osobników w okresie 30 dni od ostrego napromieniowania . jest to miara letalności promieniowania jonizującego

Np.- człowiek 2,5-3,0 Gy

- małpa - 4,0 Gy

- pies - 3,0 Gy

- królik - 8,0 Gy

- szczur- 9,0Gy

- kurczę- 6,0 Gy

- żaba - 7,0Gy

O efektach ostrego napromieniowania ( dużymi dawkami w krótkim czasie ) całego organizmu decydują dwa układy - szpik kostny, i przewód pokarmowy

A po bardzo dużych dawkach CUN co daje ostry zespół popromienny

Występują one tylko po napromieniowaniu ze źródeł zewnętrznych: X, y, neutron .

Zespół występuje w jednej z trzech postaci:!!!!!!!!!!!!

-zespół szpiku kostnego -od 2-6 Gy - śmierć 1-2 miesięcy

- zespół jelitowy - 6-10Gy śmierć 1-2 tygodni

- zespół mózgowy powyżej 10Gy śmierć następuje w ciągu kilku godzin.!!!!!!!!!!!!!!!!!

Zmiany radiopatologiczne w wybranych narządach, tkankach np. :

Skóra: - rumień - 10Gy, martwica -30gy

Przewód pokarmowy: - dyspepsja -25 Gy, nieżyt żołądka - 35Gy, owrzodzenie i perforacja 45Gy,

Gonady męskie : - okresowa bezpłodność - 0,1 Gy, trwała niepłodność - 5-6 Gy

Gonady żeńskie : - trwała bezpłodność - 7 Gy

Tkanka chrzęstna i kostna : - trwałe zahamowanie chondrogenezy - 10Gy, martwica - 60Gy, zahamowanie wytwarzanie kostniny - 20 Gy,

Nazad wzroku : - zaćma - 4 Gy

Istotny jest rozkład przestrzenny 10Gy na skórze powoduje rumień, 10Gy na cały organizm jest już dawką śmiertelną.

Skutki somatyczno - stochastyczne !!!!!!!!!!

Zalicza się do nich indukowane promieniowaniem jonizującym nowotwory złośliwe.

Są to późne skutki długotrwałego napromieniowania małymi dawkami , także promieniowaniem środowiskowym .

Choroby nowotworowe rozwijają się u osób , które przebyły ostra chorobę popromienną, jak również u tych które narażone były na długotrwałe napromieniowanie małymi dawkami .

Nowotwory bezspornie związane z napromieniowaniem jonizującym to :

Białaczki, rak skóry, mięsaki kości, rak tarczycy, rak płuc, rak żołądka .

Całkowite prawdopodobieństwo dla wszystkich rodzajów nowotworów oszacowano na 1000 osób napromieniowanych dawką 1Sv ---------50 osób umrze z powodu nowotworu.

Obok dawki na prawdopodobieństwo indukcji nowotworów popromiennych wpływa wiek i płeć młodsze organizmy są bardziej wrażliwe. Szczególnie wyraźnie obserwuje się w przypadku raka sutka i raka tarczycy. W przypadku białaczki nie obserwuje się zależności wiekowej .

Charakterystyczną cechą nowotworów popromiennych jest długi okres utajnienia białaczka od 2-25 lat rak tarczycy 10-20 lat.

Skutki Genetyczne !!!!!!!!!!!!!!!!!!

Wyjątkowo wysoka skuteczność działania mutagennego.

Uszkodzenie genetyczne możemy podzielić na 2 grupy:

- mutacje genowe lub punktowe , , które polegają na zmianie w cząsteczce DNA ( zmiany sekwencji zasad, zmiany struktury zasad, lub jej ubytek )

-aberracje chromosomowe będące skutkiem złamania chromosomów

Przy jednym złamaniu może dojść do samonaprawienia i braku ewidentnych skutków klinicznych, przy złamaniu wielu dochodzi do nieprawidłowych połączeń co w efekcie może skutkować nawet śmiercią.

Mutacja w komórkach somatycznych obciążają jedynie osobnika napromieniowanego

Mutacje komórek rozrodczych obciążają jego dalsze i bliższe potomstwo.

Zdecydowanie większa część mutacji popromiennych to mutacje recesywne ujawniające się w odległych pokoleniach .Prowadzenie badań nad skutkami napromieniowania na ludziach jest niemożliwe są natomiast prowadzone na zwierzętach .,

Ochrona przed promieniowaniem !!!!!!!!!!!!!!!!!!!

System ochrony radiologicznej sprowadza się do

- ustalenia kryteriów oceny ryzyka działań związanych ze stosowaniem promieniowania jonizującego

- kryteria powinny ustalić czy ryzyko to jest małe akceptowalne czy duże nie akceptowalne .

Ochrona radiologiczna opiera się na 2 systemach

- system licencjonowania czyli otrzymania zgody na prowadzenie działalności z wykorzystaniem źródeł promieniowania

-system ograniczania dawek - ograniczenia stosowania promieniowania jonizującego do przypadków uzasadnionych

- optymalizacji ochrony przed promieniowaniem

- przestrzeganie przepisów dotyczących tzw dawek granicznych.

Zasady optymalizacji ochrony radiologicznej postulują

- nadzór nad okresową kontrolą dozymetryczną aparatury rentgenowskiej

-racjonalne obniżanie liczby ekspozycji dawek

-szczególną ochron e dzieci

- ochronę kobiet w ciąży

Ćwiczenia z Biofizyki

Promieniowanie rentgenowskie jest promieniowaniem elektromagnetycznym powstającym podczas hamowania rozpędzonych elektronów

Są 2 mechanizmy powstawania promieniowania rentgenowskiego

1. Jest związany z oddziaływaniem rozpędzonych elektronów z elektronami na powłokach atomów tarczy hamującej . Elektron poruszający się w pobliżu powłoki atomowej przekazuje część swojej energii elektronowi znajdującemu się na powłoce dzięki czemu elektron ten posiadając większą energię przenosi się na wyższy poziom energetyczny - atom zostaje wzbudzony .

Poziomy energetyczne są wielkościami stałymi , ściśle określonymi dla danego rodzaju atomów , a więc energie fotonów emitowanych przez atomy są dla tego atomu charakterystyczne- stąd promieniowanie rentgenowskie emitowane przez wzbudzone atomy nosi nazwę promieniowania charakterystycznego , jego widmo jest widmem liniowym .

2. wiąże się z hamowaniem rozpędzonych elektronów w polu elektrycznym jąder atomów tarczy hamującej .

Ruch cząstki naładowanej może być traktowany jako przepływ prądu , a przepływowi prądu towarzyszy zawsze pole magnetyczne . Zmniejszenie prędkości rozpędzonej cząsteczki podczas hamowania pociąga za sobą zakłócenia towarzyszącego jej pola magnetycznego a to zgodnie z prawem Maxwella jest źródłem fali elektromagnetycznej .

Energia utracona przez rozpędzony elektron podczas hamowania jest zamieniana w energię fotonu promieniowania elektromagnetycznego. Powstające w takim oddziaływaniu promieniowanie rentgenowskie jest zwane promieniowaniem hamowania - jego widmo jest widmem ciągłym .

Lampa rentgenowska !!!!!!!!!!!!!!!!!!

Lampa rentgenowska składa się z bańki szklanej opróżnionej z powietrza oraz z umieszczonych w niej elektrod : anody i katody .

Źródłem elektronów jest żarzący się drut wolframowy uformowany w spiralę tzw włókno żarzenia .Spirala otoczona jest czaszą metalową mającą ten sam potencjał elektryczny . Spirala i otaczająca ją czasza tworzą katodę .

Prąd w obwodzie żarzenia zwany prądem żarzenia przepływa przez spirale katody i rozgrzewa ją. Rozgrzana spirala emituje elektrony ( zachodzi zjawisko termoemisji . Liczba emitowanych elektronów zależy od jej temp rozgrzania a ta zależy od natężenia prądu żarzenia . Regulując natężenie prądu żarzenia zmienia się liczbę emitowanych elektronów

Elektrony emitowane przez katodę przyciągane są przez anodę , zmierzając w jej kierunku uzyskują dzięki dużej różnicy potencjałów duża energie kinetyczną . Na anodzie rozpędzone elektrony są wyhamowywane a ich energia jest zamieniana w energie fotonów promieniowania rentgenowskiego całkowicie ( jednorazowo) lub częściowo.

Czasza otaczająca spiralę katody ma tak dobraną krzywiznę , aby elektrony skupiały się w jednym punkcie na anodzie , zwanym ogniskiem lampy. Można wówczas z pewnym przybliżeniem traktować lampę rentgenowską jako punktowe źródło promieniowania .

Hamowanie elektronów odbywa się na raty stąd większość energii kinetycznej elektronów zamieniana jest na ciepło . Jest efekt niepożądany , narzucający konieczność chłodzenia anody lampy , i dlatego anoda zbudowana jest z metalu dobrze przewodzącego ciepło - metalem tym jest wolfram, tytan, iryd. Przyjmuje się że tylko 1% energii zamienia się w promieniowanie rentgenowskie.

Wyhamowane na anodzie elektrony płyną następnie w obwodzie anodowym od ich liczby zależy natężenie prądu.

Przenikliwość promieniowania rentgenowskiego a zatem głębokość jego wnikania do wnętrza organizmu zależy od energii fotonów tworzących wiązkę promieniowania .

Promieniowanie którego fotony mają dużą energię , czyli promieniowanie o małych długościach fali jest bardziej przenikliwe i zwane jest promieniowaniem twardym

Promieniowanie o większych długościach fali , czyli mniejszych energiach fotonów jest promieniowaniem miękkim a jego przenikliwość mniejsza

Regulacja twardości promieniowania jest związana z regulacją napięcia anodowego lampy.

Minimalna długość fali , czyli granica krótkofalowa widma promieniowania rentgenowskiego emitowanego przez lampę , zależy od napięcia anodowego lampy i jest tym mniejsza , im wyższe jest napięcie .

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Osłabienie promieniowania rentgenowskiego

Promieniowanie rentgenowskie przenikając przez materię oddziaływuje na nią , poszczególne fotony wiązki promieniowania mogą brać udział w jednym ze zjawisk fotoelektrycznych (Comtona , lub tworzenia par negaton - pozyton)

Fotony oddziaływujące na materię przestają istnieć lub zostają rozproszone , a więc ich ilość w kierunku biegu wiązki zmniejsza się , maleje zatem natężenie wiązki promieniowania, wiązka ulega osłabieniu !!!!!!!!!!!!!!!!!

Absorpcja promieniowania rentgenowskiego w tkankach .

Promieniowanie RT , przenikające przez tkanki jest w nich absorbowane i rozpraszane , przy czym ilość pochłoniętej energii zależy od rodzaju tkanki i od energii fotonów .Niewielkie energie fotonów przy których zachodzi zjawisko fotoelektryczne , najbardziej absorbuja kości a najmniej tkanka tłuszczowa .Przy energiach fotonów 160-400keV absorpcja energii w kościach i tkankach miękkich jest w przybliżeniu jednakowa.

Promieniowanie o największej energii jest znów najsilniej absorbowane przez tkankę kostną.

Tkanki tak jak każda substancja absorbujaca promieniowanie mają charakteryzujące je współczynniki osłabiania - zależą one od rodzaju tkanek i od energii promieniowania.

Rentgenoterapia i radioterapia

Stanowią dział radiologii i zajmują się wykorzystaniem promieniowania jonizującego w terapii

Rentgenoterapia 1895r - środkiem terapeutycznym jest promieniowania Rentgena w całym swoim zakresie widmowym .

Radioterapia wykorzystuje promieniowanie jonizujące pozyskane z izotopów promieniotwórczych .

Oba sposoby wykorzystywane są do leczenia nowotworów . Podstawowym zagadnieniem radioterapii jest określenie koniecznej dawki promieniowania , która powinna być zdeponowana w obszarze zmian nowotworowym . Następnym problemem jest zaprogramowanie terapii tzn wybór odpowiedniego źródła promieniowania ., określenie sposobu czasowego i przestrzennego frakcjonowania dawki.

Krzywe przeżycia - stanowią uzyskaną doświadczalnie zależność ilości komórek , które przeżyły napromieniowanie określoną dawką promieniowania .

Elastyczność badań krzywych przeżycia zawarta jest rodzaju promieniowania i warunków środowiska .

Przyrządy wykorzystywane w radioterapii

Idealne źródło powinno się charakteryzować się elastycznością co do energii promieniowania oraz geometrii wiązki.

Kryterium podziału często opiera się na energii kwantów lub sposobie wytwarzania energii

Współczesna radiobiologia wykorzystuje głównie akcelatory liniowe, bomby kobaltowe, betatrony, cyklotrony do terapii głębokiej , klasyczne lampy rentgenowskie do terapii powierzchniowej

Akcelator liniowy :!!!!!!!! przyspieszenie elektronów do energii 4 MeV - 40 MeV na drodze prostoliniowej przez przemieszczająca się falę elektromagnetyczną o częstotliwości radiowej lub mikrofalowej . Pracują impulsowo i nie nadają ciągłej wiązki elektronów

Bomba kobaltowa , lub cezowa: aparat izotopowy do teleterapii, jest źródłem promieniowania gamma pochodzącego od promieniotwórczych izotopów o długim czasie połowicznego rozpadu. Wyposażone w wiele przesłon co umożliwiło formowanie wiązki. Szeroko rozpowszechnione.

Betatrony :!!!!!!!!!! akcelator kołowy używany do przyspieszenia elektronów do max dawki 100MeV

Cyklotron !!!!!!!!! przyśpiesza większe cząstki jak deutrony czy cząsteczki alfa do energii 200MeV.

Cząsteczki te poruszają się po torach spiralnych pod wpływem pola elektromagnetycznego

Przyśpieszane są szybkozmiennym polem elektrycznym skierowanym prostopadle do pola magnetycznego.

Reaktor jądrowy !!!!!!!!!!- główne źródło neutronów . Energie pochodzi z rozpadu izotopu uranu - używane są do produkcji izotopów promieniotwórczych

Synchrotron rezonansowy akcelator kołowy używany do przyśpieszania elektronów i protonów .Cząstki uzyskują olbrzymią energię rzędu GeV- zastosowanie głównie w fizyce jądrowej.

Kluczowym zagadnieniem radioterapii jest wyznaczenie dawki pochłoniętej w napromieniowanym obszarze organizmu. Bezpośrednio jest to trudne do zmierzenia zwykle dawka ta jest obliczana i szacowana. Dawkę ekspozycyjna mierzy się w komorze jonizacyjnej ,. Pomiar dawki pochłoniętej w tkance polega na bezpośrednim pomiarze efektów cieplnych w kalorymetrze .

MEDYCYNA NUKLEARNA

Dziedzina medycyny związana ze stosowaniem radioizotopów w postaci związków lub preparatów promieniotwórczych do celów diagnostycznych , terapeutycznych i badawczych .

Dziedzina interdyscyplinarna wiedza z fizyki , elektroniki , matematyki i informatyki .

Podział medycyny nuklearnej :!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

1. diagnostyka radioizotopowa

- badania in vivo topograficzne lub dynamiczne

- badania in vitro radiokompetecyjne lub kombinowane

2. Terapia radioizotopowaia

3.Technologia radiofarmaceutyków , radiofarmacja , radiofarmakologia

4.Aplikacja metod radioizotopowych w innych podstawowych dziedzinach nauk ( biochemia , biofizyka , biotechnologia , toksykologia , fizjopatologia )

Możliwości diagnostyczne i terapeutyczne wykorzystywane w medycynie nuklearnej: .

1. ośrodkowy układ nerwowy ( scyntygrafia mózgu, radioizotopowa angiografia mózgowa

2. układ krążenia ( radiokardiografia ,radioizotopowa fenografia )

3. układ oddechowy (scyntygrafia perfuzyjna , radiospirometria )

4. układ wydzielania wewnętrznego ( metody radioimmunologiczne , scyntygrafia nadnerczy)

5. układ pokarmowy ( scyntygrafia statyczna )

6. układ moczowy ( metody renograficzne ,scyntygrafia skaningowa)

7. układów narządów ruchu

8. zmysł wzroku, lub słuchu

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Tabela1 Radioizotopy uzyskane przy pomocy akceleratorów.

Radioizotopy	7i/2	Zastosowanie w medycynie nuklearnej
11 6 C	20,4 min	płuca, serce, mózg, łożysko, znakowanie związków
^13 ^7 N	10 min	płuca, serce, znakowanie związków
15 8 O	123 s	płuca, układ krążenia, znakowanie związków
67 31 Ga	77,9 h	nowotwory tkanek miękkich
87 38 Sr	2,83 h	Kości
111. 49In	2,81 dni	mózg, szpik kostny, rdzeń, układ limfatyczny, nowotwory
123 53J	13,3 h	płuca, tarczyca, nerki, znakowanie związków
201-81 TI	74 h	serce, nerki

Wykaz najważniejszych, radioizotopów macierzystych i pochodnych uzyskanych przy pomocy generatorów.

Radioizotop macierzysty	T 1/2	Radioizotop pochodny	T ½
87 38 Y	3,3 dni	87ms 38 ^br	2,83 h
99 42 Mo	2,8 dni	99mT 43 ^lC	6,0 h
113 50 Sn	115 dni	113m, 49 ^ln	1,66 h
I ^132 ^52 Te | 52.	3,24 dni	132, 53^J	2,26 h

Radiofarmaceutyki znakowane technetem 99m

43 Tc

Nazwa związku	Zastosowanie do badań
99 43 Tc — koloidalny siarczek	Wątroba
99m 43 Tc Koloidalny siarczek + wodorotlenek glinu	Płuca
^99m ^43 Tc — pirofosforan	Kości
^99 ^43 Tc — glukonian	Nerki
99m 43 Tc — makroagregaty albuminy ludzkiej	płuca, nerki
99m 43 Tc — mikrosfery albuminowe	płuca, układ krążenia, łożysko

Radiofaraceutyki i związki promieniotwórcze stosowane In vivo w diagnostyce i terapii nazywa się radiofarmaceutami . Do celów medycznychuzyskuje się w reaktorach jądrowych , w akcelatorach a także za pomocą generatorów

W reaktorze jądrowym radioizotopy otrzymuje się poprzez napromieniowanie strumieniem neutronów określonej substancji hemicznej w kanałach aktywnej strefy reaktora .

Po napromieniowaniu powstałe izotopy się rozdziela za pomocą metod fizyko chemicznych np. destylacja , strącanie , wymiana izotopowa.

Stosując akcelatory cząstek naładowanych można nadawać tym cząstkom duże energie rzędu 20MeV . Skierowane na tzw tarczę , którą stanowią odpowiednie związki chemiczne , inicjują określone przemiany jądrowe .

Powstają radioizotopy zależne od rodzaju przyspieszanych cząstek naładowanych .

Radioizotopy otrzymane w akcelatorach różnią się od uzyskanych w reaktorach nie tylko sposobem ich uzyskiwania lecz także właściwościami ,które decydują o różnej ich przydatności dla medycyny nuklearnej.

Radiofarmaceutyki występują w różnych postaciach : kapsułki, roztwory, preparaty do inhalacji. Znajdują się one w ołowianych pojemnikach a przygotowanie ich oraz podaż odbywa się z zachowaniem ochrony radiologicznej.

Wprowadzenie substancji izotopowej do organizmu zwana jest inkorporacją . Narząd docelowy nazywa się miejscem inkorporacji .

Inkorporacja radiofarmaceutyków odbywa się najczęściej drogą dożylną lub doustną ale również dotętniczą, podskórną, domięśniową, i inhalacyjną.

Możliwość obserwacji obiegu znacznika radioizotopowego w organizmie pozwala na wykorzystanie jej w diagnostyce .

Istota terapii radioizotopowej polega na wybiórczym napromieniowaniu od wewnątrz organizmu promieniowaniem jonizujący zmian chorobowych podatnych na jego działania .

Podstawowym celem diagnostyki radioizotopowej jest wywołanie planowanych zmian popromiennych w ogniskach chorobowych . Jest oczywiste że związek przebywając w organizmie pacjenta napromieniowuje również tkanki zdrowe dlatego dąży się by:

- radioizotopy emitowały wyłącznie promienie gamma

- preferuje się radioizotopy emitujące monoenergetyczne promieniowanie gamma

- unika się radioizotopów które nie tylko emitują właściwe fotony ale zdecydowanie ogranicza się emitowanie przez nie fotonów o nieodpowiednich energiach albo cząstek bete, alfa

W terapii radioizotopowej pożądane jest stosowanie radiofarmaceutyków emitujących promieniowanie jonizujące o dużych wartościach LET pod warunkiem że SA one gromadzone w tylko w chorych tkankach .

W trakcie przebywania leku w organizmie jego wartość terapeutyczna zależy od procesów fizycznych i biologicznych . Proces fizyczny to rozpad promieniotwórczy , biologiczny - to proces wydalania produktów przemiany materii.

Miarą szybkości tych procesów są odpowiednio okres połowicznego rozpadu T ½ oraz biologiczny okres półtrwania Tb.

Wynik współdziałania zjawisk fizyko/biologicznych ujmuje wielkość zwana efektywnym okresem zmian połowicznych

Czas Tb ma jednakową wartość dla wszystkich izotopów tego samego pierwiastka u danego osobnika po równoważnej inkorporacji tzn po podaniu jednakową drogą oraz w tej samej postaci fizycznej i chemicznej przy niezmienionym stanie fizjopatologicznym pacjenta .

W diagnostyce podstawowym aparatem monitorującym jest licznik scyntylacyjny . Zadaniem ich jest detekcja promieniowania jonizacyjnego w postaci promieniowania gamma .

1

---