Az ionizáló sugárzás terápiás alkalmazásai

1. Az ionizáló sugárzás terápiás alkalmazásai KE Egészségtudományi Centrum,Kaposvár

2. Tartalom • Egy kis tudománytörténet • Fizikai alapok • Sugárforrások • Dózisfogalmak • Ionizációs sugárzás mérése • Dóziseloszlás és szórásanalízis • Jelen és jövő

3. Egy kis tudománytörténet

4. 1895: Konrad Röntgen – X-sugár

5. 1895 november: „Bertha keze”

6. Első bemutató-előadás • „Kölliker gyűrűsujja” • december

7. 1896. január: „kés egy részeg tengerész hátában” – röntgendiagnosztika • Néhány hónap múlva: radiológus munkás megkopaszodása – biológiai hatás • 1897: Wilhelm Alexander Freund német sebész: jóindulatú hajas (trichilemmalis) tumorok röntgenes kezelése – sugárterápia • 1896-98: Antoin Becquerel, Marie Curie – gamma sugarak (Ra, U)

9. Sugárbiológiai kísérletek: • „Becquerel mellényzsebben felejtett rádiumos konténere” – pír, fekélyek • 1901 – Curie megismétli ezt a „kísérletet” • További rendszeres tanulmányozás gátja: megfelelő dozimetria hiánya (akkori egység: bőr-erythema dózis) • 1928 – röntgen (R) bevezetése: sugárzás levegőt ionizáló képességének számításán alapul (Szilárd Leó: már 1914-ben alkalmazta!) • Nagy előny: levegő és élő szervezet alkotóelemeinek rendszáma hasonló: energiaabszorpciós viszonyok is hasonlóak

10. Fizikai alapok

11. nem-ionizáló sugárzás közvetlenül (e-, p+, stb.) ionizáló közvetve (n, foton, stb.) I Direkt v. indirekt ionizáló sugárzás: -diagnosztikai célú alkalmazás: radiológia, nukleáris medicina -terápiás alkalmazás: sugárterápia

12. Sugárterápia -Teleterápia • brachyterápia

15. röntgen- vagy gammasugár áthalad a közegen ↓ kölcsönhatás (kh.) a fotonok és az anyag között ↓ energia adódik át a közegnek

16. energia-átadás • e--ok kilökése az elnyelő közeg atomjaiból • ezen e--ok energiaátadása útjuk során: - atomok ionizálásával - atomok gerjesztésével • ha az elnyelő közeg testszövet: - elegendő energia adódhat át a sejtekbe a reproduktív képességük elpusztításához - ám az elnyelt energia zöme hővé alakul (biológiai hatás kiváltása nélkül)

17. Fotonok kh.-ai az anyaggal • 5-féle lehet: • Koherens szórás • Fotoelektromos hatás • Compton-hatás • Párkeltés • Fotodezintegráció (ez csak nagyon nagy (>10 MeV) fotonenergiáknál számottevő – most nem vizsgáljuk)

23. Sugárforrások

25. b. működése: Katód fűtése ↓ termikus emisszió (szabad elektronok) ↓ gyorsítás nagyfeszültséggel ↓ anódba csapódás ↓ röntgensugár!

27. durva szabály a röntgensugárra: Eátlag≈⅓Emax „egyharmados szabály” • természetesen ezt jelentősen változtathatja a szűrés • Másik jellemző: felezőréteg-vastagság (half-value layer: HVL) - sugárterápiában ez elég nekünk, nem annyira érdekes a sugár spektruma.

29. 0

30. 1. Kilovoltos készülékek • Grenz-sugár (Bucky-sugár, határsugár) terápia: <20 kV • Kontakt terápia: 40-50 kV • Felületi terápia: 50-150 kV • Ortovoltos- vagy mélyterápia: 150-500kV • Szupervoltos terápia: 500-1000 kV

33. 2. Megavoltos készülékek • Van de Graaff generátor • Betatron • Mikrotron • Ciklotron • Szinkrotron • γ-besugárzó készülékek (pl. Co-60) • Lineáris gyorsító

39. Lineáris gyorsító • linear accelerator (linac) • nagyfrekvenciás elektromágneses hullám nagy energiára gyorsít töltött részecskét (pl. e--t) egy egyenes csőben • maga a gyorsított e- felszínes tumorok kezelésére alkalmas • ha targetbe ütközik: nagyenergiájú foton-nyaláb: mélyebben fekvő tumorokhoz

41. A magnetron • nagyteljesítményű oszcillátor, másodpercenként többszáz, néhány μs-os, kb. 3000 MHz-es mikrohullámú impulzust generál • A klisztron • mikrohullámot nem előállít, csak erősít → szükség van a meghajtásához egy kis teljesítményű mikrohullámú oszcillátorra (magnetron)

46. Dózis-fogalmak

47. Elnyelt dózis (D) • D=dE/dm, ahol dE az ionizáló sugárzás hatására az anyag térfogatelemének dm tömegében elnyelt energiának az átlagértéke. Mértékegysége: gray (Gy) (régen: rad) • Gray: egységnyi tömegben elnyelt energia. 1Gy=1J/kg (1 rad=10-2 Gy) • Elnyelt dózisteljesítmény (D’) • D’=dD/dt. Mértékegysége: Gy/s (Gy/min, mGy/h) (időegységre jutó elnyelt dózis)

48. Besugárzási dózis (X) X=dQ/dm, ahol dQ a levegőben keletkezett töltések mennyisége, dm a levegő tömege az adott térfogatelemben. Mértékegysége:C/kg. Coulomb: (C) a töltés mértékegysége (régen: Röntgen (R) 1R=2,58·10-4 C/kg) Besugárzási dózisteljesítmény (X’) X’=dX/dt.) 1 R/s a besugárzási dózisteljesítmény, ha 1 kg levegőben 1,61x1015 számú ionpár keletkezik 1 másodperc alatt.

49. Kapcsolat az elnyelt- és a besugárzási dózis között Fotonsugárzások levegővel való kölcsönhatásai során pozitív-negatív töltésű ionpárok létrehozásához 33.7 eV energia szükséges. A megfelelő átszámítások után: 1 R=0,0087 Gy Ha lágy testszövet 1 kg tömegét helyezzük a tér azon pontjába, ahol a levegőben elnyelt dózis 0,0087 Gy volt, ugyanilyen sugáradag esetén a lágy testszövetben nagyobb energia nyelődik el kb. 0,0096 Gy. 1,1Dlevegő(Gy) 1Dtestszövet(Gy) 1H (Sv) 100 R

50. Egyenérték dózis (H) H=wrx D, ahol w sugárzási súlytényező, D az adott szövetben vagy szervben elnyelt dózis átlagértéke. wr megállapításánál a sugárzások biológiai hatásait vesszük figyelembe (a sugárzás fajtájára jellemző). Mértékegysége: Sievert. (J/kg) Egyenérték-dózis teljesítmény (H’) H’=dH/dt. Mértékegysége: Sv/s