Aplikace ionizujícího záření a radionuklidů v medicíně

1. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Aplikace ionizujícího záření a radionuklidů v medicíně Ochrana obyvatelstva a řešení krizových a mimořádných událostí CZ.1.07/2.4.00/31.0224

2. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Záření Korpuskulární záření Elektromagnetické záření Elektrony Pozitrony Částice alfa Neutrony Rádiové vlny Infračervené záření Viditelné světlo Ultrafialové záření Záření gama X záření

3. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Záření (radiace) • Definice • Šíření energie prostorem • Ionizující záření • Energie větší než 5 keV • Vlnová délka menší než 100 nm • Frekvence větší než 3.1015 Hz • Sdělená energie objektu může být příčinou změn • Fyzikálních • Chemických • Biologických

4. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Rozdělení efektivních dávek obyvatelstva ČR

5. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Ionizující záření v medicíně • Aplikace ionizujícího záření • Využití umělých zdrojů ionizujícího záření • Diagnostika • Rozpoznávání chorob • Terapie • Způsob léčení • Hlavní lékařské obory využívající ionizující záření • Radiodiagnostika • Radioterapie • Nukleární medicína

6. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Využití IZ v medicíně

7. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Aplikace ionizující záření Transmisní a emisní metoda IZ v medicíně • Transmisní metody • Zdroj záření (rentgenka) mimo tělo pacienta • Využití v • Rentgenová diagnostika (RTG) • Výpočetní tomografie (CT) • Mamografie • Digitální subtrakční angiografie (DSA) • Emisní metody • Zdroj záření (radionuklid) v těla pacienta • Využití v • Nukleární medicína

8. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Princip transmisní a emisní metody Emisní metoda (nukleární medicína) Transmisní metoda (CT)

9. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Radiodiagnostika

10. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Radiodiagnostika • Využití ionizujícího záření • RTG zobrazení na základě rozdílné hodnoty pohlcení procházejícího svazku RTG záření v různých tkáních • Skiagrafie (snímkování) • Statický obraz (trvalé snímky) • RTG film, paměťová folie, flatpanel • Skiaskopie (přímé pozorování obrazu) • Dynamický obraz • Nutnost fluorescenčního stínítka • Obraz je pozorován, ale není zachycen na detekční médium

11. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Uspořádání konvenčního RTG přístroje • Využití ionizujícího záření • Kryt rentgenky • Stínění, odvod tepla • AL, Cufiltry • Zadržení nízkoenergetického záření • Primární clona • Pb lamely zmenšující pole dopadu záření • Kolimátor umístěný pod pacientem • Film • Ionizační komora x expoziční automat

12. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Rentgenka • Stručné shrnutí • Generátor ionizujícího záření • Válcová skleněná nádoba obsahující • Katodu • Anodu • Katoda (wolframová spirála) • Emise elektronů směrem k anodě • Anoda (Wo, Rh, Mo) • Při dopadu elektronů se energie mění v • RTG záření (1 %) • Teplo (99 %)

13. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Rentgenka II. • Rentgenka s rotační a pevnou anodou • Rentgenka s pevnou anodou • Rentgenka s rotační anodou

14. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Spektrum RTG záření • Brzdné a charakteristické RTG záření

15. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Konvenční RTG přístroj • Konstrukce Stojan Rentgenka Výsledný obraz Vertigraf Stůl pro pacienta

16. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Výpočetní tomografie Konstrukce Gantry (rentgenka a detektory záření) Výsledný obraz Stůl pro pacienta

17. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Mamografie Konstrukce Rentgenka Výsledný obraz Detektor

18. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Skiaskopie • Využití ionizujícího záření • Přímá skiaskopie • Dříve • Nutnost, aby se lékař „přizpůsobil“ vidění ve tmě • Vysoká radiační zátěž lékaře i pacienta • Nepřímá skiaskopie • Dnes • Dynamické děje, intervenční výkony • C rameno, U rameno, sklopné stěny

19. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Skiaskopie • Využití ionizujícího záření Nepřímá skiaskopie (C rameno) Přímá skiaskopie

20. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Digitální subtrakční angiografie Konstrukce Rentgenka Výsledný obraz Detektor

21. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Radioterapie

22. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Radioterapie • Využití ionizujícího záření v medicíně • Transmisní metoda • Léčba • Benigních nádorů (patní ostruhy, tenisový loket atd.) • Maligních nádorů (ca prostaty, ca prsu atd.) • Radioterapie • Teleterapie • ZIZ ve větší vzdálenosti jak 5 cm od povrchu těla • RTG terapie, radionuklidové ozařovače (RN ozařovače), terapie pomocí lineárního urychlovače (LU), Leksellův gama nůž (LGN), Cyberknife, protonová terapie atd. • Brachyterapie • ZIZ ve velké blízkosti nádoru

23. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Rentgenová terapie • Využití ionizujícího záření v medicíně • Buckyho terapie • 10 kV • Terapie nenádorových kožních chorob • Kontaktní terapie • 50 – 60 kV • Terapie povrchových nádorů kůže a sliznice • Ortovoltážní (konvenční terapie) • 200 – 400 kV • Dnes nahrazena LU, RN ozařovači • Dřív ozáření nádorů v „hloubce“ těla

24. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • RTG ozařovače • Konstrukce RTG ozařovač

25. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Radionuklidové ozařovače • Využití ionizujícího záření v medicíně • Nejčastější ZIZ je umělý radionuklid 60Co • Poločas rozpadu 5,26 let • Bichromatický zářič (energie záření 1,17 a 1,33 MeV) • Výhody oproti lineárnímu urychlovači • Jednodušší konstrukce • Přirozeně stabilní energie záření • Nenáročné na napájení • Bez nutnosti nákladné klimatizace a chlazení • Nižší náklady, levný provoz • Dříve používán také radionuklid 137Cs • Poločas rozpadu 33 let, energie záření 0,66 MeV

26. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Radionuklidové ozařovače • Konstrukce Cesiový radionuklidový ozařovač Kobaltový radionuklidový ozařovač

27. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Lineární urychlovač • Konstrukce LU - ElectaSynergy LU - VarianClinac 2010 C/D

28. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Leksellův gama nůž • Využití ionizujícího záření v medicíně • Stereotaktické radiochirurgické zařízení • Malý cílový objem intrakraniální tkáně • Nádory v oblasti hlavy • Kolimace paprsků, odstínění každého svazku • Prudký pokles dávky do okolí • 201 zdrojů radionuklidu 60Co • Komponenty LGN • Radiační jednotka • Leksellův stereotaktický rám • Plánovací systém

29. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Leksellův gama nůž • Konstrukce Princip LGN Konstrukce LGN

30. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Kyberntický nůž (CyberKnife) • Využití ionizujícího záření v medicíně • Stereotaktické radiochirurgickézařízení • Robotický ozařovač • Ozařování „pohyblivých“ tkání s nádorem • Plíce • Játra • Až 30x větší přesnost zacílení oproti LU

31. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Lineární urychlovač • Využití ionizujícího záření v medicíně • LU, LINAC (LINearACcelerator) • Nejčastěji používaný přístroj v radioterapii • Výhody oproti RN ozařovači • Vyšší dávkový příkon s modulací • Snadná likvidace • Možnost změny energie • Bez napájení neemituje záření • Urychlení nabitých částic po přímé dráze • Existují také urychlovače s kruhovou drahou (např. cyklotron atd.) • Ozařování • Urychlení elektronů→ vyvedení ven → ozařování pomocí elektronů • Urychlení elektronů→ dopad na pevný terčík → ozařování sekundárními částicemi

32. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Kybernetický nůž • Konstrukce Princip CyberKnife

33. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Protonová terapie • Využití ionizujícího záření v medicíně • Využití kladně nabitých částic (protonů) • Urychlení protonů pomocí cyklotronu • Energie protonů 230 MeV – zničení nádoru v hloubce 30 cm • Vysoká přesnost zacílení protonového svazku • Braggův pík • Maximální depozice energie • Tkáně před a za Braggovýmpíkem jsou „šetřeny“

34. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Protonová terapie • Konstrukce Princip protonové terapie

35. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Neutronová terapie • Využití ionizujícího záření v medicíně • Léčba mozkových lézí • Aplikace 10B pacientovi • Ozáření pacienta svazkem neutronů • Rozpad jádra na α + 7Li • Depozice energie v ložisku

36. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Brachyterapie I. • Využití ionizujícího záření v medicíně • Léčba pomocí radionuklidů zaváděných do těsné blízkosti nádoru • Zavedení přímo do nádoru (punkce, implantací) • Přiložení aplikátoru na povrch • Intrakavitálnízavedení • Metoda afterloadingu • Manuální • Dříve se zářič zaváděl na požadované místo manuálně • Automatický • Dnes, zásobní kontejner pro ZIZ (pracovní, nepracovní poloha ZIZ)

37. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Brachyterapie II. • Využití ionizujícího záření v medicíně • Brachyterpie permanentní či dočasná • Dle dávkového příkonu dělíme brachyterapii • LDR: 0,2 – 2 Gy/hod • MDR: 2 – 12 Gy/hod • HDR: nad 12 Gy/hod • PDR: záření aplikováno v pulzech • Dělení brachyterapie dle umístění ZIZ • Intersticiální • Kontaktní • Povrchová • Intraluminární • Intrakavitární • Endovaskulární

38. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Brachyterapie III. • Zdroje ZIZ pro brachyterapii

39. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Brachyterapie III. • Zdroje ZIZ pro brachyterapii Kontaktní brachyterapie Intersticiální brachyterapie Endoluminárníbrachyterapie

40. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Nukleární medicína

41. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Nukleární medicína • Využití ionizujícího záření v medicíně • Vědní obor zabývající se • Diagnostikou • Terapií • Základem je aplikace radiofarmaka do vnitřního prostředí organismu • Radiofarmakum se skládá z • Radionuklidu (zdroj ionizujícího záření) • Transportního nosiče (dopraví radionuklid na požadované místo) • Aplikace radiofarmaka • Nitrožilně • Ingescí • inhalací

42. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Nukleární medicína • Využití ionizujícího záření v medicíně • Emisní metoda • Vědní obor zabývající se • Diagnostikou • Terapií • Aplikace radiofarmaka do vnitřního prostředí organismu • Radiofarmakum se skládá z • Radionuklidu (zdroj ionizujícího záření) • Transportního nosiče (dopraví radionuklid na požadované místo) • Aplikace radiofarmaka • Nitrožilně • Ingescí • inhalací

43. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva Nukleární medicína Diagnostika Terapie Alfa zářiče (ojedinělé případy Beta zářiče Smíšené zářiče gama a beta Gama zářiče

44. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Nukleární medicína - diagnostika • Využití ionizujícího záření v medicíně • Scintigrafie je metoda zobrazení distribuce radiofarmaka v organismu na základě zevní detekce vycházejícího záření gama • Snímání pomocí zařízení • Angerova gama kamera, SPECT či PET • Druhy scintigrafie • Z časového hlediska • Statická - jeden či více statických obrazů orgánů bez ohledu na čas • Dynamická - zjištění funkce orgánu (děj měnící se s časem) • Z prostorového hlediska • Planární – obraz projekce do 2D roviny • Tomografická – poskytuje 3D zobrazení (SPECT, PET

45. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Nukleární medicína - diagnostika • Jednofotonováemisní počítačová tomografie • SPECT • SinglePhotonEmissionCopmputerizedTomography= jednofotonová emisní počítačová tomografie • Nedochází k překryvu struktur • Rychlejší způsob detekce pomocí SPECT s více detektory • Série planárních obrazů vyšetřovaného místa, snímaných pod mnoha různými úhly • Počítačová rekonstrukce

46. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Nukleární medicína - diagnostika • gamakamera • konstrukce • Kolimátor • Pb lamely, které propouští záření jen v určitém směru • Scintilační krystal • Konverze gama záření na viditelné světlo • Fotonásobič • Fotokatoda - konverze viditelného světla na elektrony • Dynody – zmnožení elektronů • Anoda • Zesilovač • A/D převodník • Výstup (čítač atd)

47. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Nukleární medicína - diagnostika • Princip gamakamery

48. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Nukleární medicína - diagnostika • Jednofotonováemisní počítačová tomografie • SPECT • SinglePhotonEmissionCopmputerizedTomography= jednofotonová emisní počítačová tomografie • Nedochází k překryvu struktur • Rychlejší způsob detekce pomocí SPECT s více detektory • Série planárních obrazů vyšetřovaného místa, snímaných pod mnoha různými úhly • Počítačová rekonstrukce • SPECT/CT • Hybridní metoda kombinující výhody • CT – diagnostická informace • SPECT – funkční informace

49. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Nukleární medicína - diagnostika • Radiofarmaka pro planární zobrazení či SPECT • 99mTc • Radiofarmaceutický prekurzor • Zdroj je RN generátor - 99Mo (-,T1/2=66,2 h) / 99mTc (T1/2=6,02 hod) • Další radionuklidy využívané pro planární zobrazení či SPECT: • 201Tl (T1/2= 72 h) • 67Ga (T1/2 =77,9 h) • 111In (T1/2 =2,8 d) • 123I (T1/2 = 13,2 h) • 81Rb (+, T1/2 = 4,57h, /81mKr(T1/2 = 13 s)

50. ČVUT v PrazeFakulta biomedicínského inženýrstvíKatedra zdravotnických oborů a ochrany obyvatelstva • Nukleární medicína - diagnostika • Manipulace s radiofarmakem Příprava radiofarmaka Aplikace radiofarmaka Radionuklidový generátor