Document

Report
ODDZIAŁYWANIE
PROMIENIOWANIA
JĄDROWEGO
Z MATERIĄ
TADEUSZ HILCZER
Plan wykładu
1. Wprowadzenie
2. Podstawowe pojęcia
3. Zderzenie i rozproszenie
4. Przewodnictwo materii
5. Naturalne źródła promieniowania jonizującego
6. Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio
7. Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio
8. Źródła promieniowania jonizującego
9. Pole promieniowania jonizującego
10. Detekcja promieniowania
11. Skutki napromieniowania materii żywej
12. Dozymetria medyczna
13. Ochrona przed promieniowaniem
14. Osłony przed promieniowaniem
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
2
DOZYMETRIA
MEDYCZNA
Biologiczny czas połowicznego zaniku
•
•
•
•
•
•
Dokładny opis matematyczny czasowych zmian
aktywności całego układu (wszystkich organów) jest
niemożliwy
Stosowane proste modele pozwalają w przybliżeniu
opisać czasowe zmiany aktywności promieniotwórczych
jąder atomowych znajdujących się w organizmie
Cały układ tworzy zbiór n stabilnych podukładów, które
pochłaniają wprowadzone promieniotwórcze jądra
Pomiędzy podukładami zachodzi wymiana jąder
promieniotwórczych
Przekazywana przez t-ty podukład aktywność jest
proporcjonalna do jego aktywności całkowitej
Do układu wprowadza się jądra promieniotwórcze o
stałej rozpadu l
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
4
Model n-podukładów
•
Zmiany aktywności w czasie dt każdego podukładu:

n
dA i
 lA i  ki 0A i   k jiA
dt
j 1
j
 kijA
i

Ai - całkowita aktywność i-tego podukładu,
ki0- część aktywności i-tego podukładu wydalana na
zewnątrz w czasie dt (tracona przez cały układ),
kji - część aktywności i-tego podukładu pochodząca w
czasie dt z podukładu j-tego,
kij - część aktywności i-tego podukładu przekazywaną w
czasie dt podukładowi j-temu
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
5
Model n-podukładów
•
Zmiany aktywności w czasie dt każdego podukładu:

n
dA i
 lA i  ki 0A i   k jiA
dt
j 1
•
•
•
•
j
 kijA
i

zmniejszenie aktywności na skutek rozpadu jąder
promieniotwórczych (wydalanie fizyczne)
zmniejszenie aktywności na skutek wydalenia części jąder
promieniotwórczych przez układ (wydalanie biologiczne)
wkład pozostałych (n -1) podukładów do aktywności
i-tego podukładu
aktywność przekazana przez i -ty podukład pozostałym
(n -1) podukładom
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
6
Model n-podukładów
•
aktywność właściwa Ci(t) w chwili t
– aktywność Ai przypadającą na całkowitą masę i-tego
podukładu:
n
A i (t )
 exp(lt ) Bij F j (t )exp(x j t )
C i (t ) 
mi
j 1
Fj  cosA it  p j sin A it
ξi - dodatnia stała mającą charakter stałej rozpadu
Bij- stała dodatnia, ujemna lub równa zeru
pi - stała
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
7
Model n-podukładów
•
•
w momencie t = 0 wprowadzamy do układu radioizotop o
aktywności A0
aktywność właściwa dla 1-go podukładu:
n
A i (0)
C 1 (0) 
  B0 j
mi
j 1
•
aktywność właściwa sumy pozostałych (2+3+...+n)
podukładów
n
A i (0)
C i (0) 
  Bij  0
mi
j 1
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
8
Model n-podukładów
•
•
•
•
•
po dostatecznie długim czasie proces wydalania
promieniotwórczych jąder powinien być zakończony
wyrazy z ujemnymi współczynnikami Bij są do zaniedbania
praktycznie pozostaje
– albo jeden wyraz z dodatnią wartością Bij i
jednocześnie z małą wartością współczynnika x
– albo wiele wyrazów z bardzo bliskimi, praktycznie
nierozróżnialnymi wartościami x
dla jednego wyrazu funkcja Fj(t) jest tożsamościowo
równa jedności (składowa periodyczna, o ile istnieje, zanika
i pozostaje jedynie wyraz wykładniczy)
współczynnik x ma charakter stałej zaniku, związanej z
wydzielaniem biologicznym
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
9
Model n-podukładów
•
dla dostatecznie długiego czasu t aktywność właściwa


C i  C i exp  (l f  lb )t  C i exp(lef t )
λf - fizyczna stała rozpadu
λb- biologiczna stała rozpadu
λef- efektywna stała rozpadu
•
biologiczny czasu połowicznego zaniku i efektywny czas
połowicznego zaniku
ln 2
ln 2
Tb 
, Tef 
lb
l f  lb
Tf Tb
1
1
1


lub Tef 
Tef
Tf Tb
Tf  Tb
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
10
„Własności biologiczne”
„Własności biologiczne” promieniotwórczych jąder atomowych
jądro
atomowe
Tf
[dni]
Tb
[dni]
organ
waga
[g]
% aktywności
3H
4400,0
19,0
całe ciało
70000
100
14C
2000000,0
35,0
180,0
tłuszcz
kości
10000
7000
50
5
24Na
0,6
0,6
całe ciało
70000
95
32P
14,3
14,0
kości
7000
20
87,1
18,0
skóra
2000
8
42K
0,5
0,5
mięśnie
30000
70
45Ca
164,0
151,0
kości
7000
25
59Fe
46,3
27,0
krew
5400
80
60Co
1900,0
8,4
9,0
wątroba
śledziona
1700
150
0,4
0,005
65Zn
250,0
21,0
kości
7000
2
76As
1,1
1,1
nerki
300
0,03
86Rb
18,6
7,8
mięśnie
30000
42
89Sr
53,0
52,0
kości
7000
25
131J
8,0
7,5
tarczyca
20
20
198Au
2,7
2,6
2,6
nerki
wątroba
300
1700
2,4
1
35S
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
11
Proste modele
.
• model dzielący cały rozpatrywany układ biologiczny na n
podukładów można w wielu zagadnieniach zastąpić przez
modele proste
• można rozpatrywać
- albo tylko jeden układ
- promieniotwórcze jądra atomowe są absorbowane
jedynie w określonej części układu biologicznego
- albo n podukładów, w których n jest liczbą niewielką
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
12
Model jednego układu
• Model jednego układu można zastosować w przypadku np.
wprowadzenia izotopu promieniotwórczego do krwi, a który
następnie dzięki metabolizmowi osadza się w określonym
organie
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
13
Model jednego układu
• Do podstawowego układu 1 o masie m1 wprowadzone są
radioizotopy o aktywności A0 i aktywności właściwej C1
• Zmiana aktywności układu 1 zachodzi z szybkością k1:
– na skutek wydalania z szybkością awk1
– na skutek trwałego przyswojenia w określonej części
układu z o masie mz z szybkością azk1
A
.
0
A 1, m1, C 1, k1
aw k1
A
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
w
az k1
A z, mz, C z
14
Model jednego układu
• Prędkość zmiany aktywności układu
dA 1
 (k1  l )A
dt
1
• Prędkość zmian aktywności wydzielonej
dA z
  a z k1A 1  lAz
dt
.
• Prędkość zmian aktywności trwale przyswojonej
dA w
 aw k1A 1 - lA
dt
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
w
15
Model jednego układu
A 0
az  aw  1
C z (0)  A w (0)  0
C 1 (0)  C 0 
• warunki początkowe
m1
• czasowe zmiany aktywności właściwej układu 1
A
C 1 (t )  C 0 exp[(l  k1 )t ]  0 exp[(l  k1 )t ]
m1
• czasowe zmiany aktywności właściwej trwale przyswojonej
m1
C z (t )  C 0
a z exp(lt )[1  exp(k1t )] 
mz
A
0
1
a z exp(lt )[1  exp(k1t )]
mz
• czasowe zmiany aktywności wydalonej
A w (t )  A 0 aw exp(lt )[1  exp(k1t )]
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
16
Model jednego układu
A , C [jedn.um.]
Czasowe zmiany
1
aktywności właściwej C1 i Cz
aktywności wydalonej Aw
Cz
(az = 0,4; aw = 0,6; k1 = 0,69;
l = 0,35; m1 = 2,5; mz=1)
0,1
C1
A
.
0,01
0
2
w
4
6
8
10 12
T [jedn.um]
• szybkość zanikania aktywności przyswojonej zależy głównie od
stałej k1, czyli od wielkości stałej rozpadu biologicznego
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
17
Model dwu układów
• model dwu układów można zastosować gdy wprowadzony
promieniotwórcze jądra atomowe w jednych organach
rozprzestrzeniają się szybko a w innych odkładają wolno
• np. w przypadku wprowadzenia izotopu promieniotwórczego
do krwi, który następnie dzięki metabolizmowi osadza się
szybko np. w tkance miękkiej i wolno np. w kościach
.
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
18
Model dwu układów
.
• do układu 1 o masie m1 wprowadzony jest radioizotop o
aktywności A0 i aktywności właściwej C1.
• Zmiana aktywności układu 1, zachodzi z szybkością k1
– na skutek wydalania z szybkością awk1,
– na skutek trwałego przyswojenia przez część układu o
masie mz z szybkością azk1
– na skutek przekazania z szybkością a1k1 pewnej
aktywności do układu 2 o masie m2
– na skutek przekazania przez układ 2 pewnej aktywności z
szybkością b1k2.
• Układ 2 zmienia swoją aktywność na skutek wydalania z
szybkością b2k2
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
19
Model dwu układów
A
b1 k2
0
A 1, m1, C 1, k1
aw k1
A
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
w
a2 k1
az k1
A 2, m2, C 2, k2
b2 k2
A z, mz, C z
20
Model dwu układów
• prędkość zmiany aktywności układu 1 i układu 2
dA 1
 b1k1 A 2  (k1  l )A 1
dt
dA 2
 a2k1 A 1  (k2  l )A 2
dt
• warunki początkowe
A 0
C 1 (0)  C 0 
m1
az  aw  a1  1
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
C 2 (0)  C z (0)  A w (0)  0
b1  b2  1
21
Model dwu układów
• czasowe zmiany aktywności właściwej układu 1 i układu 2
 k2  l 

A 0
k1  l 
C 1 (t ) 
exp(lt )
exp(l t ) 
exp[(l    )t ]
m1

 

A ak
C 2 (t )  0 1 1 exp(lt )exp(l t )  exp[(l    )t ]
m2 
• czasowe zmiany aktywności właściwej trwale przyswojonej
A 0 a w k1k 2
C z (t ) 
exp(lt ) 
mz l (l    )
 (  l )(k 2  l )

l (k1  l )

 1 
exp(lt ) 
exp[(l   )t ]
k 2
k 2


k1  k 2  
  (k1  k 2 ) 2  4a1b1k1k 2

l 
2
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
22
Radiologia
• radiologia - interdyscyplinarny dział fizyki medycznej
zaliczany do fizyki stosowanej
• zajmuje się zastosowaniem w medycynie promieniowania
jonizującego
• związek fizyki i medycyny datuje się czasów Odrodzenia
• istotnym postępem było odkrycie promieni X oraz
pierwiastków promieniotwórczych
• do celów diagnostycznych, terapeutycznych i w badaniach
naukowych medycyna wykorzystuje również wiele innych
zjawisk fizycznych
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
23
Radiologia
• do celów diagnostycznych promieniowanie jonizujące
można wykorzystać do prześwietlania albo do badań
atomami znaczonymi
• prześwietlanie promieniami X wykorzystuje różną jego
absorpcję różne organy, czasem z dodaniem tzw.
kontrastów
• badanie atomami znaczonymi polega na wprowadzaniu do
ustroju określonego preparatu promieniotwórczego i
śledzenie jego losów w organizmie
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
24
Radiologia
• w radiodiologii stosuje się pewne określenia, które są
wynikiem kompromisu pomiędzy opisem fizycznym a
biologiczno-medycznym
• energia promieniowania jonizującego pochłonięta w tkankach
ustroju, wywołuje szereg przemian fizykochemicznych, które
prowadzą do powstania określonego efektu biologicznego
• efekty te, nie do końca zbadane, mogą stanowić potencjalne
zagrożenie dla życia
• konieczne jest uwzględnienie specyficznych cech
napromieniowanych tkanek
– określenie maksymalnie dopuszczalnych dawek
promieniowania dla różnych organów
– stosowanie specjalnie opracowanych metod pomiarowych
– realizacja procedury stosowania promieniowania
jonizującego
25
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
Radiologia
• w leczniczym stosowaniu promieniowania jonizującego
napromieniowywany ośrodek stanowią tkanki ciała pacjenta
• teleradioterapia - źródło promieniowania jest w pewnej
odległości od obiektu napromieniowywanego
• brachyradioterapia – źródło promieniowania jest w bliskim
kontakcie z terenem leczonym
• radioterapia śródtkankowa - źródło promieniowania jest
umieszczone wewnątrz napromieniowywanej tkanki
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
26
Diagnostyka
• w diagnostyce dawki uzyskiwane przez pacjenta muszą być
z założenia minimalne
• wykorzystuje się głównie promieniowanie X
• metody pomiarowe - stosowane w laboratoriach ze
zamkniętymi źródłami promieniowania
• przy stosowaniu metody atomów znaczonych – wymagania
jak dla laboratoriów izotopowych stosujących źródła otwarte
o określonej aktywności
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
27
Diagnostyka
• w badaniach diagnostycznych wiązka promieniowania
przechodzi przez ciało a detektor znajduje się na zewnątrz
• teoretyczna możliwość dokładnego wyznaczenia dawki
pochłoniętej przez pacjenta
źródło
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
28
Radioterapia
• W radioterapii stosowane dawki są z założenia większe
• Do wyznaczenia dawki w punkcie napromieniowania
wykorzystuje się głównie badania modelowe
• Dozymetria w radioterapii posługuje się szeregiem
empirycznych określeń stosowanych przy planowaniu
leczenia
• Istnieją zalecane normy międzynarodowe
• Niektóre normy są ogólne, niektóre dotyczą jedynie
konkretnego urządzenia czy stosowanej metody
• W planowaniu leczenia wykorzystuje się specjalistyczne
programy komputerowe, które mogą sterować samym
procesem napromieniowania
• Dopuszczalne dawki dla różnych organów są przedmiotem
licznych dyskusji.
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
29
Radioterapia
• w zastosowań terapeutycznych napromieniowany obszar
znajduje się w ciele pacjenta
• wiązka musi być odpowiednio skolimowana – zawsze
istnieje półcień
• określenie dawki w punkcie napromieniowania nie jest
możliwe
• do wyznaczenia dawki wykorzystuje się pomiary
wykonywane na modelach (fantomach)
źródło
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
30
Dopuszczalne dawki (Gy) w terapii
10
50
20
60
30
20
40
8
szpik
100
8
Wg. Agencji Atomowej, Wiedeń 1990
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
31
Zagrożenie promieniowaiem zewnetrznym (%)
0,03
0,12
0,15
0,25
0,03
kości
0,12
czerwone
ciałka krwi
reszta
inne
Wg. Agencji Atomowej, Wiedeń 1990
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
32
Fantom
• fantom – model do badań wpływu promieniowania
– materiał tkankopodobny o wymiarach zapewniających
warunki pełnego rozproszenia wiązki promieniowania
• fantom anatomiczny - fantom przypominający kształtem
ciało ludzkie
• materiał fantomowy – materiał w którym podobnie jak w
określonej tkance ciała
– promieniowanie jest pochłaniane i rozpraszane
– efektywna liczba atomowa materiału w przybliżeniu taka
sama
– ma podobną gęstość
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
33
Fantom
• materiałem fantomowym równoważnym tkance miękkiej jest
woda
– gęstość i efektywna liczba atomowa wody oraz tkanki
miękkiej są prawie jednakowe
• Woda jest też równoważnik dla całego ciała
– w dozymetrii takie założenie jest bezpieczne
• Inne materiały fantomowe
– drewno prasowane
– perspeks - odpowiednio spreparowaną parafinę
– Mix – mieszanina 60,8 % wosku, 30,4 % polietylenu,
6,4 % tlenku magnezu i 2,4 % dwutlenku tytanu
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
34
Fantom
mózg
czaszka
kręgosłup
ramię
żebra
płuca
serce
wątroba
nerki
jelito grube
jelito cienkie
miednica
pęcherz
0
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
5 cm
35
Fantom
• odpowiednik kości (efektywna liczba atomowa 13,8)
– szkło
– gips
– aluminium
• konieczność korekcji w stosunku do gęstości kości
• odpowiednik tkanki płucnej (ma dużo pęcherzyków
powietrza, ma mniejszą gęstością od tkanki miękkiej i
absorbuje promieniowanie X lub  w mniejszym stopniu)
– korek
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
36
Fantom
Średnie liczby atomowe dla promieniowania  dla materiałów
biologicznych
ciało
powietrze
woda
mięśnie
kości
tłuszcz
podskórny
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
gęstość
liczba
Z
[g/cm3] elektronów dla efektu
[1023/g] fotoelektry
cznego
0,00129 3,03
7,64
1,00
3,34
7,42
1,00
3,34
7,42
1,85
3,00
13,8
0,91
3,38
5,92
Z
dla efektu
Comptona
7,36
6,60
6,60
10,0
5,2
37
Metoda atomów znaczonych
• dla danego pierwiastka izotopy promieniotwórcze nie różnią
się w sposób istotny pod względem chemicznym od
izotopów stabilnych
• izotopy promieniotwórcze
– są łatwo wykrywalne dzięki emitowanemu przez nie
promieniowaniu
– tworzą takie same rodzaje wiązań jak izotopy stabilne
– kinetyka reakcji chemicznych jest na ogół jednakowa
• zamiana w biocząsteczce izotopu stabilnego izotopem
promieniotwórczym pozwala śledzić jej przemiany
metaboliczne
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
38
Metoda atomów znaczonych
• współczesne metody detekcji pozwalają wykrywać
promieniowanie emitowane przez pojedyncze atomy
promieniotwórcze
– znikoma ilość cząsteczek znakowanych nie zakłóca
normalnego przebiegu np. procesów fizjologicznych
– znikome natężenie promieniowania nie powinno wpływać
ujemnie na strukturę i funkcje komórek
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
39
Metoda rozcieńczenia izotopowego
• pozwala na wyznaczenie objętości lub stężenia składnika
mieszaniny
• stosowana gdy bezpośredni pomiar nieznanej objętości jest
niemożliwy, np.
– objętości krwinek czerwonych
– objętości krwi
– całkowitej zawartości niektórych biologicznie ważnych
pierwiastków, np. potasu
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
40
Autoradiografia
• wykorzystuje zaczernienie emulsji fotograficznej pod
wpływem promieniowania emitowanego przez pierwiastki
promieniotwórcze
• wykrywanie izotopów promieniotwórczych w cienkich
warstwach tkanek
• pozwala to na lokalizację izotopu w tkance lub komórce
• umożliwia wyznaczenie ilości izotopu w próbce
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
41
Metody klirensowe
• metoda klirensowa - szybkie, dynamiczne badania
izotopowe
• umożliwia pomiar ważnych procesów fizjologicznyc głównie
przepływ krwi i ukrwienia narządów
– przepływ mózgowy
– przepływ sercowy
• badania klirensowe za pomocą kamery scyntylacyjnej o
dużym polu widzenia współpracującej z komputerem
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
42
Żródła promieniowania
• Źródła izotopowe - najczęściej urządzenia typu „Gammacell”
– mała pojemność komór radiacyjnych
– duża przestrzeń pola napromieniania
• promieniowanie  z promieniotwórczego izotopu 60Co
– stosunkowo długi czas zaniku (T1/2 = 5,27 lat)
– wysoka energia kwantów  (średnio 1,25 MeV)
• promieniowania  z promieniotwórczego izotopu 137Cs
– długi czasie zaniku (T1/2 = 30 lat)
– mniejsza energia kwantów  (0,661 MeV)
• aktywności stosowane w źródłach izotopowych sięgają setek
terabekereli (TBq).
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
43
Gammacel (Aparat ALSYON)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
44
Żródła promieniowania
• Reaktor jądrowy jako źródło promieniowania 
– prawdopodobieństwo aktywacji napromieniowanego
materiału neutronami z reaktora
• Stosuje się pętle radiacyjne
– źródłem promieniowania  jest radioizotop aktywowany
w reaktorze
– po aktywacji kierowany do pomieszczenia
napromieniowania
– po napromieniowaniu wraca do reaktora
źródło
poczta pneumatyczna
reaktor
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
45
Żródła promieniowania
• przyspieszacze liniowe wielkiej częstości
• zaleta - możliwość pracy ciągłej bądź impulsowej - zmiany
energii i natężenia strumienia cząstek
• zakres energii elektronów od 4 MeV do 50 MeV
• do wytwarzania promieniowania X stosuje się
przyspieszacze niskoenergetyczne (od 4 MeV do 6 MeV)
• przyspieszacze o większym zakresie energii - można
wprowadzić zarówno wiązkę promieniowania X jak i wiązkę
elektronów
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
46
Przyspieszacz liniowy VARIAN
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
47
Przestrzenny rozkład promieniowania
• Wiązka promieniowania (X, , elektrony) w urządzeniach
terapeutycznych jest rozciągła
– do jej ograniczenia stosuje się układy kolimatorów
• pole wiązki
– przekrój wiązki prostopadły do osi wiązki
– określa dwuwymiarowe parametry wiązki
– ma zwykle kształt prostokątny o wymiarach zależnych od
odległości od źródła promieniowania
• napromieniowany obiekt jest trójwymiarowy
– konieczna znajomość przestrzennego rozkładu dawki w
wiązce
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
48
Pomiar dawki
• bezpośredni pomiar dawki w miejscu napromieniowania nie
jest możliwy
– wszelkie pomiary wykonuje się na fantomie
– trzeba uwzględnić szereg dodatkowych zjawisk
• rozproszenie promieniowania wynikające z istnienia
kolimacji
• rozproszenie na granicy powietrze ciało
• niejednorodność napromieniowywanego ciała
• stosowane określenia uwzględniają parametry fizyczne
(rozciągłość źródła promieniowania, rozproszenie,
możliwości pomiaru,...) oraz złożony proces oddziaływania
promieniowania z materią biologiczną
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
49
Rozproszenie wsteczne
• współczynnik rozproszenia wstecznego WRW (BSF- back
scatter factor) promieniowania X lub promieniowania  stosunek mocy dawki dla określonego pola promieniowania
zmierzonej na powierzchni fantomu i mocy dawki zmierzonej
w tym samym miejscu w powietrzu po usunięciu fantomu
• dla promieniowania  ze źródła 60Co pomiar mocy dawki
wykonuje się standardowo na głębokości 0,5 cm
• WRW zależy zarówno od energii kwantów jak i od wielkości
powierzchni pola promieniowania, która maleje w miarę
wzrostu energii kwantów 
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
50
Rozproszenie wsteczne
WRW
1,5
1,4
d1/2(Cu) = 1 mm
2 mm
1,3
4 mm
1,2
1,1
1,0
0
100
200
300
400
2
S [cm ]
Zależność WRW od powierzchni S kwadratowego pola wiązki
dla promieniowania X o warstwie połówkowej 1 - 4 mmCu
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
51
Procentowa dawka na głębokości
• w wyniku oddziaływania kwantu promieniowania z materią
(niezależnie od rodzaju procesu) powstaje elektron o energii
zależnej od energii kwantu i procesu, w którym powstał
– jonizacja wywołana przez elektron jest największa na
końcu zasięgu
• W napromieniowanej materii istnieje maksimum jonizacji na
pewnej głębokości
– maksimum jonizacji jest rozmyte
• powstające elektrony mają różne energie nawet dla
promieniowania monoenergetycznego
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
52
Procentowa dawka na głębokości
• dawka promieniowania jest największa na pewnej
głębokości
• głębokość maksymalnej wartości dawki zależy
– od energii kwantów promieniowania
– od wielkości napromieniowywanego pola na jego
powierzchni
• procentowa dawka na głębokości PDD (procentage depth
dose) - stosunek mocy dawki w osi wiązki w fantomie na
danej głębokości do mocy dawki w osi wiązki na głębokości
maksymalnej mocy dawki
• ze wzrostem energii promieniowania
– rośnie procentowa dawka na danej głębokości
– większa jest głębokość maksymalnej mocy dawki
– większy jest udział promieniowania rozproszonego
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
53
Metody napromieniowania
• izocentrum - zlokalizowanie wiązki z określonym miejscu
napromieniowywanego ciała
• metoda SSD (source surface distance)
– napromieniowanie izocentrum wiązką promieniowania z
nieruchomego źródła
• metoda SAD (source axis distance)
– źródło porusza się ruchem wahadłowym po luku dokoła
izocentrum
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
54
Metody napromieniowania
źródło
wiązka
napromieniowane
ciało
SSD
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
SAD
55
Półcień
• odpowiednie pole wiązki promieniowania uzyskuje się przy
użyciu kolimatorów
• na brzegach wyciętej przez kolimator wiązki występuje
bardziej lub mniej ostry spadek mocy dawki – półcień
• rozkład promieniowania w obszarze półcienia jest trudny do
określenia
• obszar półcienia wiązki powinien być jak najmniejszy
• całkowite wyeliminowanie półcienia nie jest możliwe
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
56
Półcień
• na wielkość półcienia wpływa
– geometria
• wymiar źródła promieniowania
• położenie przesłon)
– rozproszenie promieniowania na przesłonach
– przenikanie promieniowania przez materiał przesłony
– rozproszenie w napromieniowanej materii
–…
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
57
Półcień
półcień
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
58
Izodozy
• izodozy – linie wyznaczające przestrzenny rozkład mocy
dawki poza osią wiązki
• izodozy dla celów terapeutycznych określają stosunek mocy
dawki w całej wiązce promieniowania do mocy dawki w
ustalonym punkcie na osi wiązki
• za 100 % przyjmuje się (najczęściej) maksymalną wartość
mocy dawki w osi wiązki
• pomiary - w fantomie wodnym
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
59
Fantom wodny
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
60
Izodozy
cm
0
6 4 2 0 2 4 6
4 2 0 2 4
80
60
80
4 2 0 2 4 cm
100
60
10
40
80
40
20
60
10
20
20
40
(a)
(b)
(c)
a) promieniowanie X (filtr 1,5 mm Cu), b) promieniowanie
 60Co, c) promieniowania X z liniowego przyspieszacza
elektronów 23 MeV
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
61
Filtr klinowy
• filtry klinowe
– stosuje się dla wiązek promieniowania o energiach
większych od 1 MeV
– dla małych energii promieniowania nie jest celowe
• duże boczne i wsteczne rozproszenie promieniowania
– są ciężkie i mają ograniczone możliwości doboru kątów
oraz rozmiarów napromieniowanych pól
– powodują powstanie wtórnych elektronów oraz
rozproszonego promieniowania X
– przez pochłanianie części promieniowania procentowa
dawka na głębokości może różnić się od procentowej
dawki dla pola nie objętego filtrem
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
62
Filtr klinowy
klin
100
10 cm
80
cm

60
cm
40
cm
20
cm
• Kąt filtra klinowego dobiera się aby określona izodoza (np.
izodoza 50 %) miała żądane nachylenie w stosunku do
normalnej do osi wiązki
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
63
Filtr klinowy
• w nowszej generacji liniowych przyspieszaczy elektronów
ruch pojedynczych części przesłon sterowany jest za
pomocą komputera
– możliwe jest stosowanie dynamicznych filtrów klinowych
• odpowiedni program może zmieniać w sposób
kontrolowany pole podczas napromieniowywania
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
64
Pomiar dawki ekspozycyjnej
• pomiar dawki ekspozycyjnej wewnątrz
napromieniowywanego ciała za pomocą bezpośredniego
pomiaru jest praktycznie niemożliwe
• dawkę określa się pośrednio na podstawie pomiaru mocy
dawki w fantomie wodnym lub stałym
• pomiar mocy dawki w fantomie dla promieniowania X i  w
ściśle określonych warunkach określa tzw. wydajność
aparatu terapeutycznego
• standardowe wymiary fantomu do pomiaru wydajności
powinny wynosić (303020) cm3
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
65
Standardowy fantom
źródło
ZS
g
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
66
Pomiar dawki ekspozycyjnej
• dla metody SSD
– odległość źródło – powierzchnia fantomu 80 lub 100 cm
– pole napromieniowania 1010 cm2 określone na
powierzchni fantomu
– głębokość kanału sondy 5 cm (dla 60Co i fotonów 9 - 10
MeV)
– czas pomiaru 200-300 jm (jednostek monitorowych) lub
1 min (w zależności od aparatu)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
67
Pomiar dawki ekspozycyjnej
• dla metody SAD
– odległość źródło – izocentrum 80cm lub 100 cm
– pole napromieniowania 1010 cm2 określonego w
izocentrum
– głębokość kanału sondy 5 cm (dla 60Co i fotonów 9 - 10
MeV)
– czas pomiaru 200-300 jm lub 1 min (w zależność od
aparatu)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
68
Moc dawki pochłoniętej
• moc dawki pochłoniętej
 Gy 
1013,25 T  K 
D
C pT 

D  f k x C pT  
p
293,15  hPa
t  jm 
D – zmierzona wartość dawki ekspozycyjnej, t – czas, f –
współczynnik konwersji dawki ekspozycyjnej na
pochłoniętą, kx – współczynnik kalibracji użytego
detektora, CpT – współczynnik uwzględniający wpływ
temperatury i ciśnienia atmosferycznego, p - ciśnienie
atmosferyczne, T – temperatura
• moc dawki pochłoniętej jest dawką standardową DST
– podstawa do obliczania
• czasu napromieniowania
• dawki w dowolnym punkcie obszaru
napromieniowanego
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
69
Moc dawki w fantomie
• moc dawki w fantomie w osi wiązki na głębokości g dla pola
napromieniowania S na powierzchni fantomu
 q( S )
D
D ( g , S )   ST
D% ( g , S )  D max (S ) D% ( g , S )
D% (d , S )
q(S) - współczynnik pola promieniowania S na
powierzchni fantomu wyznaczony dla kwadratu
równoważnego, D(g,S) i D(S) - odpowiednio procentową
dawkę na głębokości g oraz na głębokości d = 5 cm dla
wiązki o przekroju S na powierzchni fantomu przy
ustalonej odległości źródła od napromienianej
powierzchni, D max (S ) - moc dawki na głębokości
maksymalnej dawki (100%)
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
70
Czas napromieniowania
• określoną dawkę otrzymuje się po określonym czasie
napromieniowania
– czas podawany jest zwykle w jednostkach mnitorowych
• czas napromieniowania zależy od wielu czynników, głównie
od konstrukcji źródła promieniowania
• istotne parametry urządzenia podawane są przez
producenta w postaci odpowiednich współczynników lub
programów komputerowych
Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny
71

similar documents