Adobe Systems 1 CHARAKTERISTIKA IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ, OCHRANA, NUKLEÁRNÍ MEDICÍNA A RADIOTERAPIE Tomáš Jůza 2022 Adobe Systems 2 Ionizující záření ̶Elektromagnetické vlnění či tok (subatomických) částic s dostatečnou energii k ionizaci atomu či molekul ̶ ̶RTG a gama záření (část i UV) = fotony ̶Alfa (jádro helia) a beta (pozitron a elektron) ̶Neutrony ̶ Adobe Systems 3 Přímá ionizace ̶Elektricky nabité částice – elektrony, pozitrony, heliová jádra, (deuterony, protony, a urychlené iony) ̶Elektrony -> stejný mechanismus jak tvorba RTG záření (+ interakce s protonem v jádře) ̶Pozitrony -> anihilace ̶Alfa -> chybí jim vlastní elektrony v obalu, odtrhávají je z okolního prostředí ̶ Adobe Systems 4 Nepřímá ionizace – neutrony ̶Pružné a nepružné nárazy do atomového jádra ̶Pružný náraz do lehkého jádra -> kinetická energie předána jádru to ionizuje okolí nárazy ̶Nepružný – neutron pronikne do jádra -> sekundární neutron, emise jiné částice, štěpení jádra ̶ https://ct24.ceskatelevize.cz/sites/default/files/styles/node-article_horizontal/public/images/2615 612-2007-08-06t120000z_1020269763_bm2dvwbwziaa_rtrmadp_3_germany.jpg?itok=JcQnD0jc Adobe Systems 5 Nepřímá ionizace – fotony ̶Fotoelektrický jev ̶Comptonův rozptyl ̶Tvorba elektron-pozitronových párů ̶ Adobe Systems 6 Energie, „dávka“ ionizujícího záření ̶Elektronvolt (eV) (1eV= 1,602.10-19 J) ̶(Fluence částic/energie - > množství části/energie na jednotkovou plochu kolmou ke svazku zář.) ̶Absorbovaná dávka (Gray – Gy) – energie odevzdaná prostředí o jednotkové hmotnosti – J/kg ̶Dávkový příkon – vztaženo na čas ̶Efektivní dávka – zohledňuje tkáňový váhový faktor a váhový faktor záření (Sievert – Sv) ̶ Adobe Systems 7 Lineární přenos energie (LET) ̶„Linear energy transfer“ ̶Energie, která je při zpomalování nabité částice předávaná elektronům látky/prostředí ̶ Adobe Systems 8 Interakce ionizujícího záření s hmotou ̶Vznik sekundárního záření, liší se od záření primárního nižší energií a často také druhem částic. ̶Primární nebo sekundární záření přímo nebo nepřímo ionizuje prostředí a vytváří také volné radikály. ̶Část energie záření se vždy přeměňuje v teplo. ̶ Adobe Systems 9 Biologické účinky ionizujícího záření ̶Fyzikální fáze - časový úsek primárních účinků, absorpce energie záření v atomech nebo molekulách. (10-16 s). ̶Fyzikálně-chemická fáze - doba mezimolekulárních interakcí spojených s absorpcí energie a vlastním energetickým transferem. (10-10 s). ̶Chemická (biochemická) fáze - tvorba volných radikálů a jejich interakce s biologicky významnými molekulami, především s NK a bílkovinami. (10-6 s). ̶Biologická fáze - komplex interakcí produktů předešlých fází na různých úrovních organismu. Podle těchto úrovní kolísá délka tato fáze od sekund po léta. ̶ Adobe Systems 10 Účinky na buňku ̶Dočasné zastavení proliferace ̶Reproduktivní smrt buněk (dočasné uchování funkce při ztrátě proliferační schopnosti), následuje apoptóza ̶Okamžitá smrt buněk, následuje nekróza ̶ ̶Rozdílná radiosensitivita jednotlivých druhů buněk např. dle fáze buněčného cyklu, obsahu vody a kyslíku, dle rychlosti proliferace ̶ ̶Na celý organismus: stochastické a deterministické účinky ̶ Adobe Systems 11 Ochrana před ionizujícím zářením ̶Ochrana časem, vzdáleností, stíněním ̶ ̶Čas – dávka přímo úměrná době expozice ̶ ̶Vzdálenost – expozice klesá s druhou mocninou (čtvercem) vzdálenosti od zdroje ̶ https://fantasyobchod.gumlet.io/kachnicka-tubbz-navrat-do-budoucnosti-marty-mcfly-anti-radiation-su it-62ff52b983f14.jpeg?mode=fill&fill=solid&fill-color=ffffff&w=1000&dpr=1.0 Adobe Systems 12 Ochrana stíněním ̶Vhodné materiály dle jednotlivých druhů záření: ̶Alfa – nejsnazší stínění - zastaví list papíru/plast (1mm) ̶Beta – lehké materiály – kov, několik mm plastu… ̶Gama – materiály s velkou hustotou, olovo ̶ ̶Neutrony – lehké materiály s obsahem vodíku, boru… ̶ https://1gr.cz/fotky/idnes/15/121/cl6/WEB5fa983_profimedia_0267486980.jpg Adobe Systems 13 Nukleární medicína ̶Lékařský obor používající k diagnostice a terapii chorob zavedení radioaktivních látek (radiofarmak) do těla nemocného, nejčastěji i.v. ̶Nejčastěji používanými radioizotopy jsou technecium-99m, jod-123, jod-131 ̶Funkční zobrazení ̶Gama kamera, SPECT, PET ̶ Adobe Systems 14 Základní principy nukleární medicíny ̶Detekce záření scintilačním počítačem (či jiný digitální detektor) ̶Kolimace záření - detekce záření jen z úzkého prostorového úhlu, v němž byla umístěna vyšetřovaná část těla. ̶Zářiče s krátkým poločasem přeměny: Tc-99m cca 6 hodin, jód-131 cca 8 dní, jód-123 cca 13 h. ̶Příprava metastabilního technecia přímo na oddělení v techneciových generátorech. ̶Radionuklid navázán na látku se specifickou distribucí v těla ̶ Adobe Systems 15 Gama kamera ̶Dvojrozměrné zobrazení distribuce radionuklidu v reálném čase ̶Dynamické i statické zobrazení ̶Např. vylučovací funkce ledvin, pasáž žaludkem, evakuace žluči ze žlučníku…. ̶ Adobe Systems Zápatí prezentace 16 ̶ Adobe Systems 17 SPECT ̶Jednofotonová emisní výpočetní tomografie ̶Fotony záření jsou detekovány z různých směrů, což umožňuje rekonstrukci příčného řezu tomogramu ̶(Kolem těla krouží Angerova gama kamera x Mnoho detektorů uspořádáno kolem těla do kruhu nebo čtverce. ̶Celý systém se otáčí kolem těla po spirále). ̶Vyšetření skeletu – metastázy, únavové fraktury, ̶ plicní perfuze, perfuze myokardu, ̶ neuroendokrinní tumory, štítná žláza… ̶ Adobe Systems Zápatí prezentace 18 ̶ https://cdn0.scrvt.com/39b415fb07de4d9656c7b516d8e2d907/9b4c33334fd24c2b/85880d864b49/v/b2e0a00bb3b 3/siemens-healthineers_symbia_evo.png Adobe Systems 19 ̶ Obsah obrázku hvězda, rozmazání, noční obloha Popis byl vytvořen automaticky Adobe Systems 20 ̶ Adobe Systems 21 PET ̶Pozitronová emisní tomografie ̶Pozitronové zářiče vyráběné pomocí urychlovačů, velmi krátké poločasy (max. hodiny). ̶Flour-18, nejčastěji ve formě flourdeoxyglukózy (FDG), vychytávají metabolicky aktivní tkáně ̶Pozitrony urazí jen krátkou vzdálenost a anihilují s elektrony za tvorby dvou fotonů gama (0,51 MeV), které se pohybují přesně opačnými směry, mohou být detekovány dvěma protistojnými detektory (v koincidenčním zapojení). Adobe Systems Zápatí prezentace 22 ̶ Adobe Systems 23 Fúzní metody ̶Spojení metody nukleární medicíny a anatomické zobrazovací metody ̶Kombinace morfologického a funkčního zobrazení ̶Oboje součástí jednoho přístroje ̶SPECT/CT, PET/CT, PET/MRI ̶ ̶Staging nádorových onemocnění… ̶ Adobe Systems Zápatí prezentace 24 ̶ Adobe Systems 25 Radioterapie ̶Využívá biologických destruktivních účinků ionizujícího záření ̶Deterministické účinky ionizujícího záření ̶Nejčastěji léčba nádorů ̶Dle umístění zářiče: brachyterapie x teleterapie (x otevřené zářiče) ̶ ̶Princip: nádorové buňky citlivější k ionizujícímu záření a s horší regenerační schopností než zdravá tkáň ̶ ̶Často v kombinaci s dalšími terapeutickými metodami (chemoterapie, chirurgická terapie… ) Adobe Systems 26 Brachyterapie ̶Uzavřené zářiče, vložené do místa nádoru ̶Léčba malých lokalizovaných nádorů ̶Formy aplikace: intrakavitální x intersticiální x „muláž“- na povrch těla ̶(nádory mozku, polykacích a dýchacích cest, prsu, prostaty, konečníku, kůže, močového měchýře…) ̶(Afterloader) ̶ ̶Cesium 137, Iridium 192 ̶ Adobe Systems 27 Teleterapie ̶Zdroj ionizujícího záření mimo tělo pacienta ̶Plánovaná přesná geometrie ozáření, 3D plánování a aplikace z různých prostorových úhlů ̶Leksellův gama nůž, lineární urychlovač, cyklotron, „protonová terapie“ ̶ Adobe Systems 28 Leksellův gama-nůž ̶Léčba některých mozkových nádorů i jiných onemocnění (aneurysmata, epilepsie aj.) ̶201 zdrojů Co-60 pod definovanými úhly s kolimací ̶Stereotaktický zaměřovací systém a rám ̶ Adobe Systems 29 Lineární urychlovač ̶Primárně jako zdroj vysoko energetického RTG záření ̶ Adobe Systems Zápatí prezentace 30 Cyklotron ̶Urychlování těžších částic ̶Protony (či i lehké ionty) – hadrony ̶Předávají maximum své energie těsně před doběhem v prostřední- Braggův vrchol ̶ Adobe Systems 31 Otevřené zářiče ̶Radionuklid vpravován do těla především i.v., následně jeho distribuce do cílové oblasti ̶Nejčastěji Jod-131 u autoimunní hyperfunkce či nádoru štítné žlázy ̶Dále kostní metastázy, revmatické kloubní (synoviortéza), neruoblastomy, radioimunoterapie…. ̶ Adobe Systems 32 Děkuji za pozornost Effects of radiation over time | Radiology humor, Science humor, Medical humor