Mehanizam dejstva fotonskog zračenja na materiju

(indirektno jonizujuće zračenje)

rasejanje fotonskog snopa (elastično)

foto efekat (unutrašnji): Eh = Ek (e-) + Ev (e-)

SPOLJAŠNJI

Komptonov efekat

Prolaz/X - zračenja

ne može se govoriti o dometu u klasičnom smislu

Ix = Io . e-.x

debljina poluslabljenja

d1/2 = 0,693/

= f (E,Z) - ne menja se sa debljinom

(= fe + Ce + par)

– maseni apsorpcioni koeficijent

Spektar energija (uticaj filtracije u tkivu)

Spectrum_Akron_Q_cntr_120_keV

0.0E+00

5.0E+12

1.0E+13

1.5E+13

2.0E+13

2.5E+13

3.0E+13

3.5E+13

4.0E+13

4.5E+13

5.0E+13

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Photon Energy (keV)

dN

/dE

E-Spectrum_Center After 25-cm Water

0

5E+10

1E+11

1.5E+11

2E+11

2.5E+11

0 20 40 60 80 100 120 140

X-Ray Energy (keV)

dN

/dE

W K

W K

W K

W K

E = 63.8 keV

E = 74.7 keV

water = 0.201 cm-1

water = 0.188 cm-1

Kompleksnije tehnike vizualizacije rendgenske slike

(tomografija) problemi (superpozicija struktura, položaj struktura)

Klasična tomografija rendgenskim zračenjem

KOMPJUTERIZOVANA TOMOGRAFIJA(KOMPJUTERIZOVANA ASISTIRANA/AKSIJALNA TOMOGRAFIJA)

Algoritam za rekonstrukciju slike(back projection reconstruction)

Savremeni tomografski principi(snimanje iz više uglova i kompjuterska rekonstrukcija slike)

Izbor preseka

Glavni delovi CT-a

Rendgenska cev

Niz detektora

Nisko i visokonaponski sklop

Krevet

X

Y

ZDetektorski niz

Rendgenska cev

CT - nomenklatura i koordinatni sistem

Izocentar

• SDD = Source to Detector Distance

• SID = Source to Isocenter Distance

• 2 = Fan Angle (detection span-angle)

• FOV = Field Of View (reconstructable circle)

• M = Magnification

sin2 SIDFOV

SID

SDDM

SDD

SID

FOV

FOV / 2

Osnovni princip kalkulacije

Ix = Io . e-.x ln ( I0/Ij ) = - x . xj

HU = CT broj

voda

vodaxHU

1000

Spiralni i višeslojni CT

3D kompjuterska rekonstrukcija MDCT (multy detector CT) /4, 16,32, 64 reda detektora/

Multislajsni CT

X

Z

1

64

16

pixel vs. voxel

veličina matrice: 512x512 ili 1024x1024 pixel-a (veličina pixel-a: FOV /35 cm/ : veličina matrice: 0,4 ili 0,7 mm)

usrednjen HU (CT broj) u elementu zapremine (voxel)

• sloj je podeljen na volumne elemente - voxel (10 mm3)• veličina voxela odrenena je površinom preseka snopa• rezolucija slike zavisi od dimenzije voxela (ona je

ograničena širinom snopa i brojem fotona koji treba da uđu u detektor da se dobije dovoljno dobar podatak o intenzitetu snopa)

• preciznost zavisi od broja izmerenih fotona, rezolucija je ograničena dozvoljenom dozom;

• zato dimenzije voxela i pixela ne mogu biti mnogo manje

• ukupna primljena doza zavisi i od vremea snimanja (ono se može skratiti ako se poveća broj detektora)

CT – SLIKA (MATRICA)

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 5 4 4 4 6 6 6 7 6 5 6 5 5 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 5 4 4 6 6 6 6 7 7 7 6 7 6 5 5 1 1 1 1 1

1 1 1 5 4 4 5 6 6 6 7 7 4 4 4 7 6 4 5 5 1 1 1 1

1 1 1 1 5 4 5 6 6 4 4 6 4 5 6 6 6 4 5 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 5 6 4 5 6 4 4 5 5 4 4 4 5 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Haunsveldova skala

Nivo šuma = 5 HU(kontrast)

Odabir prezentacije slike(windowing)

“prozor za pluća”

“prozor za medijastinum”

Toplotni kapacitet anode

Dijagnostička procedura (šteta-korist)

dijagnostička primena izvora jonizujućih zračenja je opravdana (veća korist od štete)

svako izlaganje jonizujućem zračenju povećava rizik (radijacioni rizik) za pojavu neželjenih efekata

procena radijacionog rizika je moguća ako je poznata efektivna doza zračenja (H) i dozaxpovršina (dose area product) (EF)

problem: zavisnost EF od velikog broja parametara

Kako objasniti pacijentu?

Prirodnom fonu ekvivalentno vreme ozračivanja (BERT)

jonizujuća zračenja iz prirode (prirodni fon, u proseku 2-5 mSv/god.)

srednja vrednost oko 3 mSv/god.

vreme zračenja prirodnog fona za koje se ostvari ekvivalentna doza procedure

(how long it would take to get the same dose from background radiation)

formalni problemi: jednokratno ozračivanje, relativno visoka pojedinačna doza i brzina doze, ...

BERT(za srednju odraslu osobu)

Dijagnostička procedura BERTSnimanje zuba (stomatologija) 1 nedelja

Radiografija pluća 10 - 30 dana

Radiografija kičme 6 - 12 meseci

Snimanje želuca (sa barijumom) 1,5 godina

CT glave 0,8 godina

CT karlice 3 - 7 godina

Doza po preseku

The mummy of King Tut is prepared for CT scanning. The project is supported by the National Geographic Society and Siemens Medical Solutions.

Somatom Emotion 6 mobile CT scanner.

Photo by Kenneth Garrett, copyright 2005 National Geographic Society.

Veštački radioizotopi u medicini(nuklearna medicina/radioterapija)

3H, 32P, 60Co, 192Ir, 198Au, 51Cr, 59Fe, 99Mo/99mTc, 125I, 131I, 201Tl, …

11C, 13N, 15O, 18F, 68Ge/98Ga, …

90Sr-90Y, 99Mo/99mTc, 137Cs, …

Prolaz zračenja

kontinualni gubitak energije oko 100 jonskih parova/cm vazduha; domet (vazduh: oko 2 m; trag je

izlomljen).

+ - na kraju traga dolazi do anihilacije sa elektronom iz materijala i stvaranja dva fotona energije 0,511 MeV (prelaz materije u energiju)

Pozitronska emisiona tomografija (PET)

18F (18FDG – fluor-2-deoksiglukoza) ispitivanja rada mozga i ispitivanja

metabolizma tumora t1/2 = 120 min

rezolucija: 7 mm (4 mm)

Primer 1

PET/CT Study

                                                                       

Primer 2

11C-methionin - L-(methyl-11C) methionin

Akumilacija u ozračenoj parotidnoj žlezdi

3 kompartmana

Proizvodnja radioizotopa(za potrebe nuklearne medicine)

nuklearni reaktori i ciklotroni posebna postrojenja u bolnici (baby cyclotron)

Primena PET

onkologija neurologija kariologija

Proizvodnja radiofarmaka za PET

OzračivanjeOzračivanje

Transfer ozračenog Transfer ozračenog materijalamaterijala

sintezesinteze

Raspodela Raspodela dozadoza

• Patients receive ~0.55 GBq (15 mCi) of 18F labeled 2-Fluoro-2-Deoxy-D-Glucose (FDG) and rest in a “Quiet Room” for 45 minutes to allow the FDG to localize in the lesions.

• AAPM Draft Guide uses a patient dose rate of 0.092 Sv m2/MBq hr or 5.1 mrem per hour at 1 meter for a freshly dosed patient with 15 mCi of FDG

• After voiding, the patients are then scanned for approximately 45 minutes in the PET scanner, or more commonly now, a combined PET/CT unit. The PET/CT unit overlays the PET image on the CT

image to create a precise registration of the tumor location.

Problemi zaštite

• There was no published shielding guide for PET clinics. The AAPM Guide (handout) just published.

• The 511 keV photons can easily penetrate shielding used for conventional Nuclear Medicine (140 keV) and diagnostic X-Ray (<120 kVp).

• The hot lab “L” block, syringe shields, and shadow shields for 511 keV photons are much more costly than those available for 140 keV Tc-99m.

• The 511 keV photons from 18F and the mobile nature of the source (patient) create some unique shielding design problems for a PET clinic.

• Wall shielding is commonly required for the hot lab, quiet rooms, and scanner room.

• Many designs use distance rather than shielding for the interior spaces as technologists.

PET Clinic Layout

Quiet Rooms

PET/CT

Hot Lab

PET/CT Control

Patient Bathroom