OSNOVE METODOLOGIJE RADA U RADIOLOGIJI · 2021. 3. 22. · RADIOLOŠKA FIZIKA I OSNOVE METODOLOGIJE RADA U RADIOLOGIJI Dr Miodrag Janković, spec.radiologije Leskovac 2020. godine

RADIOLOŠKA FIZIKA I OSNOVE METODOLOGIJE RADA U

RADIOLOGIJI

Dr Miodrag Janković, spec.radiologije

Leskovac 2020. godine

FIZIČKE VELIČINE U RADIOLOGIJI

– Pojam -,,fizička veličina“ predstavljasvojstvo objekta, stanja i procesa koji seispituje a što se kvantitativno možeodrediti.

– Fizičke veličine obeležavaju se simbolom(početno slovo naziva veličine ili grupaslova).

– Pored simbola, fizičke veličine imaju ibrojnu vrednost i mernu jedinicu.


– Brojna vrednost veličine pokazuje koliko jeu konkretnom slučaju vrednost mereneveličine veća ili manja od merne jedinice.Merna jedinica je neka tipična vrednostmerene veličine koja je dogovoromproglašena za jedinicu.

– Neke fizičke veličine (vektorske veličine)pored brojne vrednosti imaju i smer ipravac delovanja.


Podela prema međunarodnom sistemu jedinica (SI sistem ) :

- osnovne (međusobno nezavisne)

- izvedene (samo ime im kaže da su izvedene pomoću osnovnih)

- dopunske.

FIZIČKE VELIČINE U RADIOLOGIJIosnovne fizičke veličine i jedinice u SI sistemu

Veličina naziv jedinice oznaka

- dužina metar m

- vreme sekund s

- masa kilogram kg

- jačina električne struje amper A

- termo dinamička temperatura kelvin K

- količina materije mol mol

- svetlosna jačina kandela cd

FIZIČKE VELIČINE U RADIOLOGIJIizvedene fizičke veličine i jediniceVeličina naziv jedinice oznaka jedinice

- Naelektrisanje kulon C

- Sila njutn N

- Energija džul J

- Snaga vat W

- Pritisak paskal Pa

- Frekvenca herc Hz

- Napon (potencijal) volt V

- Električni kapacitet farad F

- Električni otpor om O*

- Magnetna indukcija tesla T

- Apsorbovana doza grej Gy

- Ekvivalentna doza sivert Sv

- Radioaktivnost bekerel Bq


U oblasti radiološke fizike dozvoljena je upotreba i nekih jedinica van SI sistema:

- energija elektron volt eV

- masa atoma 1,67 x 10/27 Кg ajm

-Uz jedinicu, gde je to neophodno, za obrazovanje

decimalnih mernih jedinica dodaju se predmetci –prefiksi koji ukazuju na red veličine (stepen broja 10).


Predmetak oznaka decimalnotera T 10/12giga G 10/9mega M 10/6kilo k 10/3centi c 10/-2mili m 10/-3mikro m* 10/-6nano n 10/-9piko p 10/-12

FIZIČKE KONSTANTEkoje se najčešće koriste u radiološkoj fizici

- brzina svetlosti u vakumu c 3x 10/8 m/s

- naelektrisanje elektrona e 1,6 x 10/-19 C

- plankova konstanta h 6,63x10/-34Js

- avogardov broj Na 6,025x10/23 mol

OSCILACIJE

– Periodična kretanja su ona kretanja koja seponavljaju u određenim vremenskim intervalima.

– Ukoliko se ponavljaju na isti način reč je ooscilatornom kretanju.

– Oscilacije uglavnom nastaju spontano –reakcijana dejstvo aktivne sile koja je delovala na sistempre početka oscilovanja (elestična sila,gravitacija...).

– Najprostiji slučaj oscilatornog kretanja-harmonijsko oscilovanje (iste vrednosti kretanjau jednakim vremenskim intervalima).

HARMONIJSKO OSCILOVANJEosnovne osobine

1. Period oscilovanja -T- je vreme za koje telo izvrši jednu oscilaciju.

2. Frekvenca oscilovanja - v ili f- je broj oscilacija u jedinici vremena

3. Elongacija -x- je udaljenost tela od ravnotežnog položaja (osa x ili y ).

4. Amplituda A maksimalna elongacija

TALASI

– Poremećaj nastao kao posledicaharmonijskog oscilovanja može se prenetikroz prostor, pri čemu nastaje talas.

– U zavisnosti od vrste izvora tj. prirodeprocesa talasi mogu biti:

- mehanički i

- elektromagnetni

– Kod mehaničkih talasa čestice sredinesamo osciluju oko svojih ravnotežnihpoložaja, dok kod elektromagnetnih,osciluju električno i magnetno polje.

TALASI

• Talas se karakteriše: -brzinom, prostiranja (zavisi od osobina sredine)

- talasnom dužinom, rastojanje između dve tačke u istoj fazi.-periodom oscilovanja, T - je vreme za koje telo izvrši jednu oscilaciju.-frekvencom, broj bregova koji se jave uposmatranoj tački u jedinici vremena.

- amplitudom, najveće odstupanje bregatalasa od ravnotežnog položaja-elongacijom, trenutna udaljenost tela od ravnotežnog položaja (osa x ili y ).

• Talasna dužina predstavlja najmanje rastojanje između tačaka koje osciluju u istoj fazi.

• T-period talasa-vreme koje potrebno da tačka dodje u istu fazu oscilovanja.

• Frekvenca predstavlja broj oscilacija u jedinici vremena .

• amplitudom, najvece odstupanje brega talasaod ravnotežnog položaja .

• elongacijom, trenutna udaljenost tela od ravnotežnog položaja (osa x ili y).

Talas je: transverzalni kada je njegovaamplituda normalna na pravac kretanja, čestice osciluju upravno (talasi na struni, žici ili elektromagnetni talasi).

longitudinalni kada je amplituda paralelna sapravcem kretanja tj. čestice osciluju u pravcu prostiranja talasa (zvučni talasi npr).

ELEKTROMAGNETSKOZRAČENJE

Energija koja se kroz prazan prostor ilimaterijalnu sredinu širi u oblikuelektromagnetnih talasa predstavljaelektromagnetno zračenje. To zračenje imasvojstva talasa kao što su refleksija, refrakcija,difrakcija i interferencija, ali takođe ima isvojstva čestica jer se njegova energija javlja umalim količinama ili kvantima.

– Iako sve vrste elektromagnetnog zračenjeputuju istim brzinama, one se razlikuju pofrekvencijama i talasnim dužinama, irazličito reaguju sa materijom.

– Vakuum je jedina savršeno provodljivasredina, dok sve druge upijaju određenefrekvencije elektromagnetnog zračenje. Uvakuumu, svi zraci elektromagnetnogspektra kreću se istom brzinom –299792,458 km∕s.

ELEKTROMAGNETSKOZRAČENJE

ELEKTROMAGNETNI SPEKTAR

Ukupni opseg frekvencija ili talasnih dužinaelektromagnetnog zračenja naziva seelektromagnetni spektar. On se proteže odtalasa dugačke talasne dužine (niskefrekvencije) do onih sa kratkom talasnomdužinom (visokom frekvencijom), a čine ga,poređani po rastu frekvencije, odnosno padutalasne dužine:


1. radio-talasi(od onih sa veoma niskom frekvencijom do onih sa ultravisokom frekvencijom)2. mikrotalasi3. infracrveno zračenje4. vidljiva svetlost5. ultraljubičasto zračenje6. X- zraci (rendgenski zraci)7. gama zraci.


– Spektar elektromagnetnih talasa jeneprekidan i neograničen – unutar spektranema praznina a talasna dužina zračenjamože biti proizvoljno velika.

– Što je talasna dužina kraća, to jefrekvencija zračenja viša a njegova energijaveća.

FLUORESCENCIJA I FOSFORESCENCIJA

– Neke supstance (molekuli i kristali) imajuosobinu da posle apsorpcije UV ijonizujućeg zračenja, reemituju svetlostvećih talasnih dužina (nižih energija).

– Kada se reemisija događa u toku izlaganjadejstvu zračenja, reč je o fluorescenciji.

– Ako se reemisija produžava i po prstenakuizlaganja zračenju radi se o fosforescenciji.

JONIZUJUĆE ZRAČENJE

Jonizujuće zračenje je zračenje kojemože da izazove jonizaciju materije kroz kojuprolazi:

- direktnim dejstvom na samu materiju

- sekundarnim dejstvom

Jonizacija - proces koji se javlja kada semateriji preda dovoljno energije i pritomdolazi do izbacivanja jednog ili više elektronaiz atoma/molekula. Stvaranje jonskih parova

JONIZUJUĆE ZRAČENJE

Tom prilikom nastaje pozitivan jon.Izbačeni elektron ima određenu kinetičku energiju

(Ek) i zato može da jonizuje sredinu kroz koju prolazi.

Pored jonizacije pri prolasku JZ kroz materijujavlja se i efekat ekscitacije. (veliki uticaj na fizičko,hemijsko i biološko stanje materije).

VRSTE JONIZUJUĆEG ZRAČENJA

• KORPUSKULARNO (ČESTIČNO)

- alfa zračenje

- beta zračenje

- elektronsko zračenje

- protonsko zračenje

- jonska zračenja

- neutronska zračenja

alfa, beta i gama zraci se emituju iz jezgra radioaktivnih atoma pa se nazivaju i radioaktivno zračenje.

• ELEKTRO MAGNETSKO

- ultra violetno zračenje Uv- rendgensko zračenje- gama zračenje

Ostala jonizujuća zračenja se veštački generišu.

RENDGENSKO ZRAČENJE

• Jonizujuće elektromagnetsko zračenje.

• U medicinske svrhe nastaje u rendgenskimcevima i linearnim akceleratorima.

• Talasna dužina 0,1 - 10 nanometra .

• Princip stvaranja X zraka se satoji odbombardovanja anode ubrzanim katodnimelektronima .


– Princip stvaranja X zraka se sastoji odbombardovanja anode ubrzanim katodnimelektronima .

– Elektroni pod visokim naponom se sudaraju saatomima volframa anode i dolazi do međureakcije. 99% energije elektrona se pretvara utoplotnu a 1 % u X-zrake.

– Od 1% X-zraka u radu se iskoristi samo 10 %.


Međureakcija se odvija na dva načina:

1. kočenjem-zakočno X zračenje

(kontinualni spektar).

Ulazni elektron prolazi poregjezgra koje je pozitivno i kojemenja pravac i brzinu ulaznogelektrona i usporava ga i emitujese energija u viduelektromagnetnog talasa (X zrak).


2. Sudarom – karakteristično X zračenje (diskontinualna energija).

Ulazni elektron koji ima veću energiju od energijevezivanja anodnog elektrona, ovaj će se izbaciti iz atomai atom će se reorganizovati time sto će izbačenielektron biti zamenjen drugim elektronom iz višeorbitale

Taj proces zamene jepraćen oslobađanjem viškaenergije koja setransformiše u emisiju X-zraka.

RENDGEN CEV• U medicini se X zračenje najčešće dobija iz

rendgen cevi .

• Sastoji se iz balona u kome se nalaze katoda ianoda. U balonu je vakum.

• Potencijalna razlika izmđu katode i anode možebiti 20-350 kV a samim tim i ista max. energijazakočnog X-zračenja.

RENDGEN CEV• Katoda služi za proizvodnju eletrona i izrađena je

od volframovih vlakana .

• Zagrevaju se strujom malog napona (3-6 V)ali velike jačine (5-10 A) i postiže se temperatura od 2700 C.

• Emisija elektrona iz zadnjeg elektronskog nivoa -termoelektronska emisija (elektronski oblak) .

RENDGEN CEV

• Na anodi kočenjem ubrzanih elektrona se generiše rdg zračenje.

• Izrađuju se od metala visokih tačaka topljenja i velikog “rednog” broja.

Volfram –W(74), Vanadijum(V), Molibden(Mo), Platina(Pt).

RENDGEN CEV

• Površina anode na koju padaju elektroni naziva se –električni fokus EF (toplotni fokus).

• Površina sa koje se emituje X zračenje –optički fokus (OF).

• Anodna poločica se postavlja pod određenim uglom 15-45 stepeni. Kod rdg –dg ugao manji(15-19 C) a kod rdg-Th,ugao je veći. Manji ugao omogucava manji OF u odnosu na EF.

• Anoda se rotira zbog zaštite od pregrevanja. Brzina do 10 000/min.

RENDGEN CEV

– Jačina struje elektrona u rdg. cevi iznosi kod radioterapije do 15 mA ali vreme terаpije iznosi i do nekoliko minuta.

– Kod rendgendijagnostike: iznosi od 250-1000 mA ali je vreme ekspozicije 0,01-1 s.

– Snop X zraka se mora filtrirati (jer ima širok spektar energije) tzv.-radni snop. U samoj rdg-cevi se koriste filtri (Al,Cu,Sn,Pb).

– Filterska poluvrednost - predstavlja debljinu odgovarajućeg materijala koji početni intetnzitet X-zraka smanji na polovinu.

RENDGEN CEV

– Intenzitet rendgenskog zračenja na određenom rastojanju od izvora rdg.zračenja normalizovan na jedinicu jačine struje elektrona u rdg. cevi za ubrzavajući napon i filtraciju naziva se –radijacioni izlaz(output).

– On je osnovna karakteristika rdg. aparata i od njega zavisi većina parametara koje je potrebno podesiti da bi se dobile optimalne dijagnostičke informacije . Jedinica je mGy/mAs.

RENDGEN CEV

- 99% kinetičke energije (Ek) elektrona koji udaraju u anodu se pretvaraju u toplotnu (Et).

-Telo anode i bakarni blok odvode toplotu i obezbeđuju hlađenje. Međutim ona ima svoj toplotni kapacitet i može da se ošteti.

RENDGEN CEV

- Količina toplote koju anoda može daprimi a da se ne ošteti naziva se toplotnikapacitet anode. Izražava se u “J” ili “HU”.

- Veći toplotni kapacitet omogućava višeekspozicija u kratkom vremenu (za angiografijuili MSCT).

RENDGENSKI UREĐAJ

1. Rendgen cev

2. Kućište: omogućava pravilno pozicioniranje cevi, konekcija sa generatorom i sistemom za hlađenje, adekvatna zaštita okoline.

3. Kolimatori: dva para pokretnih dijafragmi koji omogućavaju veličinu zračnog snopa i pozicioniranje prema pacijentu.

4. Stativ: na kome se montira kućište i omogućava pravilno postavljanje zračnog snopa prema pacijentu.

5. Generator

RENDGENSKI UREĐAJ

– Zagrevanje katode i kontinuirana proizvodnja elektrona omogućena je nisko naponskim sklopom.

– Ubrzanje elektrona između katode i anode omogućena je visoko naponskim sklopom generatora.

RENDGENSKI UREĐAJ

Osnovni delovi generatora :

1. transformator

2. Ispravljački deo

3. Komandni pult–biraju se parametri za snimanje:

napon - Kv,

jačina struje elektrona u rdg.cevi - mA i vreme - s.

RENDGENSKI UREĐAJI

Mogu se podeliti prema primeni:

1. Dijagnostički

2. Terapijski

Prema obradi slike :

1. Analogni

2. Digitalni

LINEARNI ELEKTRONSKI AKCELERATOR

– Razvoj radarske tehnike je omogućioproizvodnju elektronskih linearnihakceleartora (LINAC).

– Poslednjih 30. god najveći broj malignihtumora se zrači LINAC-om, bilo da se radi oX zracima visoke energije bilo da se radivisoko energetskom elektronskomsnopu(4-25 MeV).

LINEARNI ELEKTRONSKI AKCELERATOR

1. Elektronski top: pomoću njega se elektroniubacuju.

2. Vakumska cev (akceleratorska cev tj talasovod):u koju se ubačeni elektroni, ubrzavaju uinterakciji sa promenljivim magnetnim poljem izradarske oblasti(3000 MHz).

3. Magnetron: generiše promenljivoelektromagnetno polje i pomoću sistemafokusirajućih elektromagneta svi elektroni priubrzanju imaju istu putanju .

4. Kolimatorski blokovi.

LINAC

LINAC

– Kod visokoenergetskih LINAC–a utalasovodu dužine 1-2 m moguće jeubrzati elektrone i do energije od 30MeVa zatim i generisati X-zračenje istih energija.

– U talasovodu visoko energetskih LINAC-aubrzane elektrone jak elektromagnet(bending-savijaći magnet) usmerava kakolimatoru tako da je moguće dobiti isnop elektrona visokih energija.

LINAC

– Kod LINAC-a koji proizvode X-zračenja nižih energija do 8 MeV nije potreban savijaći magnet.

– Snop elektrona koji napušta akceleratorsku cev veoma je uzan (prečnik oko 2 mm ) i da bi se koristio u terapijske svrhe mora se proširiti a to se radi pomoću sistema folija za rasipanje.

LINAC

RADIOAKTIVNOST

Svojstvo atoma nekih elemenata da senjihova jezgra spontano pretvaraju u jezgradrugih atoma, uz emisiju radioaktivnogzračenja.

Pojava da neki elementi spontano otpuštajunevidljivo zračenje zove se radioaktivnost.

RADIOAKTIVNOST

– Ovu pojavu prvi je otkrio Anri Bekerel,krajem 19. veka, kod atoma urana (U). Kasnijesu Marija i Pjer Kiri otkrili da element radijum(Ra) zrači znatno jače od urana.

– Radioaktivni raspad je spontani proces, nanjega se ne može uticati, tj. ne može se niubrzati ni usporiti.

RADIOAKTIVNOST

Pri radioaktivnom raspadu transformiše sejedna vrsta jezgara (nestabilna) u druga (stabilnaili nestabilna), a oslobađa se energijaradioaktivnog raspada.

Pri raspadu jedan radioaktivni atoma pređe usvog potomka tako da se broj radioaktivnihatoma date vrste smanjuje u toku vremena, pase smanjuje i intenzitet zračenja.

RADIOAKTIVNOST

Prirodni izvori:

• Radon

• Gama zraci iz zemlje i građevinskog materijala

• Prirodni radionuklidi u hrani

• Kosmičko zračenje

RADIOAKTIVNOST

Veštački izvori:

• Promena u medicini

• Profesionalno izlaganje

• Radioaktivne padavine

• Ispuštanje radionuklida

• Uređaji široke potrošnje

RADIOAKTIVNOST

– U prirodi postoje stabilna i nestabilna(radio aktivna) jezgra .

– Nestabilna jezgra emituju radio aktivnozračenje radioaktivnim raspadom.

– Postoje tri tipa raspada :

1. Alfa

2. Beta

3. Gama

ALFA ZRAČENJE-raspad

• Radioaktivnozračenje kojeemituje radioaktivnasupstanca deli se na:

• 1. Alfa zraci supozitivnonaelektrisani zraci. To su ustvari jezgraatoma helijuma, tj. sadrže 2 protona i 2 neutrona (nazivajuse i alfa čestice).


• Ako je Z (atomski ili redni broj koji označava broj protona u jezgru)

• Z-viši od 82, jezgra su nestabilna.

• A - maseni broj, zbir broja protona i neutrona.


• Ne koristi se u dijagnostici jer ima velikuenergiju i ostećuje tkivo.

• Sem za lečenje tumora alfa zračenje se nekoristi u medicini zbog velike energije kojuprenosi jer oštećuje tkiva .

BETA ZRAČENJE

Beta zraci su negativno naelektrisani zraci.

To su brzi elektroni i zovu se beta čestice.

BETA ZRAČENJE

Beta minus raspad:sponatano pretvaranjejednog neutrona u proton i elektron.

Beta plus raspad: spontano pretvarannje jednog protona u neutron i pozitron (ista masa kao elektron ali + naelektr).

GAMA ZRAČENJEGama raspad predstavlja vraćanje jezgra

iz eksitovanog stanja u osnovno (stabilno)stanje što je praćeno emisijom viška energijeu obliku fotona koji se naziva G-zrak.

Nema promena atomskog broja jezgra.

Primenjuje se u dijagnostici (radiologija i nuklearna medicina) i radio terapiji.

GAMA ZRAČENJE

Gama zraci nisu naelektrisani oni suelektromagnetni talasi malih talasnih dužina,tzv. fotoni vrlo visoke energije (MeV).

Nevidljivi su i vrlo prodorni (mogu proći krozbetonski zid debljine jednog metra, ali ne i krozolovni zid iste debljine.)

Svi ovi zraci pri prolasku kroz čovekovotelo mogu izazvati veoma štetne biohemijskereakcije.

PRIKAZ PRODORNOSTI ZA RAZLIČITE VRSTE ZRAČENJA

Prikaz prodornosti(štetnosti) za različite vrstezraka. Alfa zračenje možezaustaviti papir.

Beta zračenje možezaustaviti aluminijumski limdebeo nekoliko milimetara.

Većinu gama zračenjamože zaustaviti desetakcentimetara debela olovnaploča.

ZAKON RADIOAKTIVNOG RASPADA

• Vreme potrebno da se početnibroj radio aktivnih atomasvede na polovinu se nazivavreme poluraspada.

• Zakon radioaktivnog raspada:No– početni broj radioaktivnih

jezgaraT – vreme njihovog poluraspada.N – broj nerapadnutih jezgara

po isteku vremena te – osnova prirodnog logaritmalambda – konstanta

radioaktivnog raspada

ZAKON RADIOAKTIVNOG RASPADA

– Aktivnost radioaktivnog izvora :broj dezintegracija nekog radio aktivnogmaterijala u jedinici vremena (brzinaraspadanja).

A=dN/dt =lambda x n

N broj radioaktivnih jezgara, T vreme.

– Jedinica: 1Bq = 1 raspad/s.

DEJSTVO JONIZUJUĆRG ZRAČENJA NA MATERIJU

• Prolaskom jonizujućeg zračenja krozmateriju predaje se energija, istoj.

• Prolaz kroz materiju opisuje se sledećimpojmovima :1. linearni energetski transfer(LET)

2. specifična jonizacija

3. domet

4. trag

DEJSTVO JONIZUJUĆRG ZRAČENJA NA MATERIJU

– LET - gubitak energije zračenja po jedinici puta

– Specifična jonizacija(SJ)-ukupni broj jona kojijonizujuće zračenje proizvede u nekoj sredinipo jedinici pređenog puta.

– Domet - prosečna dužina puta jonizujućečestice u nekom materijalu. Obrnutoproporcionalna LET i SJ.

– Trag-putanja jonizujuće čestice u datommaterijalu.

INTERAKCIJA JONIZUJUĆEG ZRAČENJA SA MATERIJOM

Interakcija :

Zračenje na materiju:

- fizički efekti

- hemijski efekti

- biološki efekti

Materija na zračenje:

- promena karakteristika zračenja.

- slabljenje primarnog snopa.

INTERAKCIJA JONIZUJUĆEG ZRAČENJA SA MATERIJOM

Elastični sudar: prenos energije najezgro i atome je zanemarljiv i dolazisamo skretanja upadnih čestica.

Neelastični sudar: naelektrisnačestica prenosi deo svoje kinetičkeenergije na omotač atoma, sredine krozkoju prolazi.

Posledice: jonizacija i ekscitacija.

PROLAZ ALFA ZRAČENJA

– Alfa čestice (jezgro He) imaju velikukinetičku energiju i masu. U sudaru saelektronima gubi mali deo energije ipraktično ne skreću .

– Na početku moć jonizacije je mala a nakraju se povećava. I na samom kraju tragaprihvata 2 elektrona i postoje atom He.

– Domet : u vodi 2-10 cm

u vodi i mekom tkivu 10-100 ϻm

PROLAZ BETA ZRAČENJA

– Beta čestice imaju manju masu ali veću brzinu od alfa čestica i interakcija je složenija.

– Oni jako skreću od prvobitne putanje pa im je trag u vidu izlomljene linije .

– Domet : u vazduhu 2 m.

u vodi i mekom tkivu nekoliko mm.

PROLAZ FOTONSKOG ZRAČENJA

X zračenje i Gama zračenje .

Interakcija elastična i nelastična .

Neelastična:

1. Fotoefekat

2. Komptonov efekat

3. Stvaranje parova pozitron-elektron.


1. Fotoefekat: potpuna predaja energijeupadnog fotona, elektronu iz omotača, pričemu foton nestaje a elektron napušta atom.Na upražnjeno mesto elektrona dolazi drugielektron iz više orbitale (višeg energetskognivoa) i dolazi do emisije karakterističnog Xzračenja.


2. Komptonov efekat: interakcija upadnogfotona sa elektronom iz omotača ali bezpotpune predaje energije primarnog fotonaelektronu. Nastaje foton niže energije kojimenja pravac i elektron koji napušta omotačatoma. Na svom putu elektron sudarimaizbacuje nove elektrone iz atomskih orbita istvara parove jona. Izbačeni novi elektroni sezovu Komptonovi elektroni.


3. Efekat stvaranja parova pozitron –elektron: kada fotoni imaju veliku energiju priprolasku blizu jezgra, usled dejstva snažnihnuklearnih sila pretvaraju svoju energiju u masujednog e+(pozitron) i e-(elektron) koji se krećunormalno na pravac upadnog fotona .

ZAKLJUČAK: Tip ineterakcije zavisi od energijeupadnog fotona i svojstva sredine.


• X zračenje i Gama zračenje.


Gama i X zračenje nemaju određeni dometkao alfa i beta zračenje već postoji samoslabljenje intenziteta primarnog snopafotonskog zračenja (atenuacija-bitna kodprincipa rada radiografije i CT).

OSTALE VRSTE JONIZUJUĆEG ZRAČENJA

Visoko energetski snopovi: elektronski,protonski, jonski i neutronski.

1. elektronski (4-25 Mev, sličnih osobinakao “beta –” čestica ali većeg dometa u vodii mekom tkivu oko 4 cm. Koristi se u terapijitumora kože. Dobijaju se ubrzanjemelektrona pomoću ciklotrona (betatron) ililinearnih akceleratora.


2. protonski (snopovi energije oko 10 MeVdobijaju se u nuklearnim reakcijama.Protonske snopove energije 30-250 Mevdobijaju se ubrzanjem jezgara vodonikapomoću ciklotrona. Osobine slične kao alfa +čestica .

Koriste se kod malignih tumora.


3. jonski, visoko energetski snopovi suenergije 250-500 MeV. Dobijaju se pomoćuciklotrona. Osobine su im slične alfa +česticama i protonima. U radio terapiji sekoriste.


4. neutronski snopovi se dobijaju unuklearnim rekatorima a u medicini se koristeakceleratori naelektrisanih čestica kojepredstavljaju projektile za nuklearne reakcije .

Izaziva indirektnu jonizaciju sa materijom.Sudar sa lakim jezgrima, atoma H i C (12) i samolekulima H2O, parafina. Retko se koriste umedicini.

DETEKCIJA I DOZIMETRIJAJONIZUJUĆEG ZRAČENJA

• Ljudska čula ne osećaju jonizovano zračenje.

• Odložene reakcija tkiva kao što je crvenilokože,povećan broja leukocita, katarakta...Kod povećanih doza i produženog zračenjamogu se osetiti tek po prestanku zračenja.

• Nivo zračenja se može izmeriti detektorima idozimetrima .

DETEKCIJA I DOZIMETRIJAJONIZUJUĆEG ZRAČENJA

– Pored eksicaticije i jonizacije molekula i atoma,hemijsko, toplotno, biološko i druga dejstvajonizujućeg zračenja su posledica primarniihefekata jonizacije .

– Upravo ovi primarni i sekundarni efekti jonizacijekad zračenje prodje kroz neku sredinu, koriste seza indirektnu detekciju i dozimetriju .

– Kvantitativna karakterizacija jonizujućeg zračenjau prostoru.

JONIZACIJA GASOVA

• Ako na neki način između ploča kondenzatora sa vazdušnim izolatorom dodje do formiranja jona, vazduh počinje da provodi električnu struju.

• Jonizacione komore i Gajger Milerov brojač.

SCINTILACIJA

– Pojava da neka materija svetli nakonprolaska jonizujućeg zračenja. Emitovana svetlost ima određene spektralne karakteristike (fluorescencija).

– scintilacijski brojač - detektor ionizirajućegzračenja.

– Senzor (scintilator) sastoji se odtransparentnoga kristala koji svetluca kadaga pogodi jonizujuće zračenje.

– Fotokatoda (fotomultiplikator) meriintenzitet svetla sa kristala.

TERMOLUMINISCENCIJA

• Kod nekih materijala poduticajem JZ, elektroniiz spoljnih orbita bivaju prebačeni na višeenergetske nivoe, čije je vreme života relativnodugo.

• Zagrevanjem ozračenog uzorka dolazi dovraćanja elektrona u osnovna energetska stanjai emisije vidljive svetlosti .

• Termoluminiscentni dozimetri(TLD) (emitovanasvetlost dolazi do fotomultiplikatorske cevi kojaje na površini TLD i tu se pretvara u električnisignal koji se dalje obrađuje. Intenzitet signalana kolektorskoj anodi fotomultipl.ceviproporcionalan je količini zračenja.

HEMIJSKI DOZIMETRI

– Promene u hemijskom sastavu sredine krozkoju prolazi jonizujuće zračenje mogukoristiti za detekciju i određivanjeintenziteta jonizujućeg zračenja.

– Fotografski film radi na principuostavljanja traga na fotoemulziju srebrobromida nakon izlaganja jonizujućegzračenja. Gustina zacrnjenja jeproporcionalna intenzitetu zračenja.

DOZIMETRIJA JONIZUJUĆEG ZRAČENJA

– Kod diveregentnog snopa zračenja sapovećanjem rastojanja, površina kroz kojuprolaze čestice ili fotoni se povećava aintenzitet zračenja se smanjuje .

– Efekti zračenja na materiju se opisujupomoću ekspozicione i apsorbovanedoze.

– Ekspozicija je izlaganje zračenju .

– Apsorpcija je primanje zračenja.

EKSPOZICIONA DOZA

– Ukupna količina naelektrisanja jona jednog znaka ΔQ koju jonizujuće zračenje proizvede u vazduhu mase Δm.

– X=ΔQ/Δm C/kg

– U radiologiji jedinica za ekspozicionu dozu je Rendgen R –ona količina X ili gama zračenja koja u zapremini od 1 cm(3) vazduha proizvede količinu naeletrisanja od 1 e.s.j.(elektrostatička jedinica).

– 1R = 2,58x10(-4) C/kg

– Primenjena je samo za vazduh.

APSORBOVANA DOZA

Ukupna količina energije ΔE koju zračenjepredaje apsorberu mase Δm.D=ΔE/ΔmJedinica : J/kg tj. Gy .

EKVIVALENTNA DOZA

ωr -radijaciono –težinski faktor:

Odnos bioloških efikasnosti izabranog zračenja i fotonskog zračenja energije od 250 keV.

Ekvivalentna doza (H)–povezuje apsorbobanu dozu zračenja (D) i biološki efekat koji se javlja pri ozračivanju .

H=D x ωr jedinica - Sv(sivert).

EFEKTIVNA DOZA

– ωt tkivno –težinski faktor osetljivost tkiva i organa .

– Efektivna doza (EF)-veza izmedju ekvivalentne doze (H) i osetljivosti tkiva i organa .

– EF=H x ωt jedinica, takođe, Sv.

– tkivno –težinski faktor: jajnici 0,25 dojke 0,15

pluća 0,12 crvena kostna srž 0,12 štitna žlezda 0,03.....ostalo 0,33.

DEJSTVO JONIZUJUJUĆEG ZRAČENJA NA BIOLOŠKI SISTEM

– Jonizujuće zračenje u interkaciji samolekulima dovodi do njihove ekscitacije ijonizacije i to može da izazove raspadmolekula na atome, jone i radikale-disocijacija molekula .

– Ova ekcitacija i jonizacija je grupisana okotraga upadne jonizujuće čestice i gustinadogađaja raste sa porastom LET-a (gubitakenergije zračenja po jedinici puta.

DEJSTVO JONIZUJUJUĆEG ZRAČENJA NA BIOLOŠKI

SISTEM

– U kratkom vremenu jonizovani iekscitovani molekuli oslobađaju višakenergije, cepanjem molekula na dvereaktivne vrste – radikale, koji sunestabilni i žele ili da predaju ili da primeelektron kako bi postali stabilni.


SISTEM

Dejstvo može biti:

- direktno, promenom hemijskog sastava sredine depolimerizacijom i polimerizacijom.

- indirektno, preko radioloze H2O i organskih molekula koji nisu direktno otećeni u toku direktne interakcije


SISTEMPorastom koncentracije O2, povećava se

koncentracija radiolize i pojačava dejstvo JZ nabiološke sisteme.

Radijaciono-hemijske reakcije dešavaju sesimultano i u nizu (lančana reakcija).

Nastali peroksi radikali, peroksidi ihidroperoksidi su citotoksične supstance kojeoštećuju DNK.

DELOVANJE JONIZUJUĆEG ZRAČENJA NA ĆELIJU

Jonizovano zračenje dovodi do:

- oštećenja citoplazme

- membrane

- intracelularnih veza

- oštećenja DNK (glavna meta):

- jednolančani prekid (niski LET, male doze zračenja, moguća reparacija, x -, gama i beta zračenje)

- dvolančani prekid (visoki LET, teška reparacija, alfa-zračenje, joni, neutroni).

DELOVANJE JONIZUJUĆEG ZRAČENJA NA ĆELIJU

– Osetljivost tkiva je veća(radiosenzitivnost)ukoliko se ćelije brže dele i ukoliko su nanižem stepenu embrionalnog razvitka(embrion najosetljiviji).

– Osetljivost tkiva je manja(radiorezistentnost) ukoliko se tkiva sporijedele i više su diferentovana (zrelija).

– Promene na hromozomima se ogledaju uaberacijama (fragment, ring, translokacije,dicentrik).

DEJSTVO JONIZUJUĆEG ZRAČENJA NA TKIVA I ORGANE

Somatska oštećenja:

1. koža - eritem, radioepidermatitis, radionekroza, maligne alteracije, nestajanje otiska prstiju, fisure oko noktiju, atrofija kože.

2. Oko - katarakta

3. Hematopoetski sistem -leukopenija, hiperleukocitoza, makrocitna anemija, poliglobulija, limfocitoza.

4. Gonade - sterilitet, mutacije gena.

5. Kancerski efekat.


Tipovi ozračivanja:

1. visoka doza a kratak vremenski interval (radioterapija, akcidenti sa izvorima jonizujućeg zračenja ).

2. povremeno visokim dozama (radioterapija).

3. konstantno malim dozama zračenja (profesionalno izlaganje, prirodni fon).

Prag doze - granica doze ispod koje se ne javljaju efekti. Za različita tkiva ovaj prag je različit.


Efekti pri ozračivanju tkiva, iznad praga doze:

– Nestohastički (neslučajni) - pored crvenilakože, katarakte očnog sočiva i oštećenjakičmene moždine su efekti koji se javljaju privisokim dozama zračenja.

– Stohastički (slučajni) su efekti kod kojihpostoji verovatnoća pojave neželjenih tumoraili teratogenih i genetskih oštećenja priozračivanju bilo kojim dozama .


Kod frakcionarnog ozračivanja visokimdozama i kontinuiranog ozračivanja malimdozama unutar 30 min do nekoliko časovajavljaju se:

1. Efekti popravke (repair) subletalnihoštećenja (jednolančanih prekida) DNK.

2. Redistribucija u deobnim fazama ćelija(redistribution). Nekoliko dana poprestanku zračenja.


3. Povećanje proliferacije preživelih ćelija uozračenom tkivu sa ciljem nadomeštavanjazračenjem uništenih ćelija (repopulation).

4. Povećanje parcijalnog pritiska O2 uozračenom tkivu (reoxigenation).


– Stohastički efekti su po pravilu, odloženi uvremenu.

– Radijaciono oštećenje raste linearno sapovećanjem doze i praktično ne postoji pragdoze “linear non treshold”-linearno bez praga.Znači i pri minimalnom ozračivanju postojirizik da dođe do pojave stohastičkih efekata .


– Radijacioni rizik (R)predstavlja verovatnoću da zračenju izložena jedinka dobije neki neželjeni stohastički efekat i predstavljen je jednačinom R=ἀ x H.

- ἀ- je koeficijent radijacionog rizika i predstavlja broj ozračenih jedinki koje su zadobile radijacionu povredu stohastičkog tipa 10(6) ozračenih jedinki. Jedinica je Sv.

- H–ekvivalentna doza.

RENDGENSKA DIJAGNOSTIKA

– Pri prolasku X zračenja kroz razne materijale(tkiva) dolazi do neravnomernog slabljenjaintenziteta upadnog snopa X-zračenja, što semože iskoristiti za vizuelizaciju unutrašnjestrukture objekta (pacijenta).Osnovni tehnički elementi u rdg.dijagnosticisu:

– Rendgen uređaj– Objekat koji se ispituje– Prijemnik zračenja na kome se formira

rdg.slika.

Usled različite apsorpcije X-zračenja uobjektu doći će do neujednačenogsmanjenja intenziteta snopa X-zračenja ito će se detektovati na nekom detektoru(rdg.film, luminiscentni ekran, elektronskioptički pretvarač) i dobiti radiološkainformacija.

– Da bi se uočila razlika izmeđuispitivanih tkiva (kontrast C) neophodnoje da postoji razlika u intenzitetu zračenjakoji prima i obrađuje detektor.

– Na kontrast utiče apsorptivna moćtkiva i energija upadnog X-zračenja .

Prirodni kontrast je posledica različite apsorptivne moći različitih tkiva:

KostMeko tkivo Pluća

Veštački kontrast (kontrastna sredstva) imaju veliku apsorptivnu moć.

Pozitivna :BaSO4Jodna kontrastna sredstva

Negativna :vazduh gas

– Kontrast je direktno proporcionalnakoeficijentu apsorpcije tkiva ali zavistan je iod energije X-zračenja.

– Visok kontrast - tip interakcije, dominantanfotoelektrični efekat (mala energija X-zraka,veliki redni broj apsorbera, velika gustina).

– Nizak kontrast - dominantan Komptonovefekat (veća energija X-zračenja, mali rednibroj apsorbenta, mala gustina).

GEOMETRIJSKI ODNOSI

Da bi se dobila geometriski odgovarajućaradiografska slika neophodno je pri snimanjuizvršiti izbor najpovolljnijih geometriskihparametara:

– Uvećanje - odnos dimenzije objekta na slici istvarne veličine objekta. Zbog diveregentnogsnopa dimenzija objekta raste sa povećanjemFo-Pac.distance. Pluća-uvećanje 1,1 Kosti-1,4.Fo-Pac distanca, standardna 90-100 cm.

GEOMETRIJSKI ODNOSI

– Veličina zračnog polja – važan za kvalitetslike. Prevelika veličina dovodi do prezračivanjapacijenta, osoblja i okoline a i veće je rasutozračenje koje i umanjuje kvalitet slike. Nekad jepotrebno koristiti velika polja npr. kod rdg.pluća a postiže se povećanjem Fo-Pac. distance-150-200 cm.

– Veličina fokusa – polusenka (pojavaneoštrina). Povećanjem veličine fokusapovecava se polusenka (smanjuje sepovećanjem Fo-Fm).

GEOMETRIJSKI ODNOSI

– Kinetička neoštrina – nastaje usled kretanja organa u toku snimanja tj.ekspozicije. Eliminiše se skraćenjem vremena snimanja pogotovu kod organa kod kojih nije moguće voljno kontrolisati ih (srce, creva).

– Preporučena vremena ekspozicija za različite organe:

srce pluća - 0,05 s

abdomen - 0,5-1 s

pelvis, kičma 2-5 s

ekstremiteti 10 s

ANTIRASIPNE REŠETKE

– U procesu interakcije rdg. zračenja samaterijom dolazi i do rasipanja zračenja ustranu (sidescatter) i unazad (backscatter) stosmanjuje kvalitet slike .

– Da bi sprečili da rasuto zračenje dođe dodetektora koriste se protiv rasipne rešetke(sita).

– Sastoje se od niza uzanih šipki od olova ilinekog drugog materijala koji dobro apsorbujerdg. zrake.

– Debljina, raspored šipki i rastojanje izmeđunjih zavisi od tipa rešetke.

ANTIRASIPNE REŠETKE

– Najčešće se koriste tri tipa:

– Pokretne Poter-Buki rešetke (oscilujuće,pokretne lamele pa je moguće koristiti ih zarazličite Fo-Fm distance).

– Nepokretne Poter-Buki rešetke (divergencijalamela je nepromenljiva i koriste se tačnoodređenu distancu Fo-Fm).

– Lishomova sita (paralelno postavljenih lamela,žica).

Do 90 % se uklanja rasuta komponenta ipovećava se kontrast ali su potrebne veće dozezračenja i ozračivanje pacijenta je veće.

PRIJEMNICI RENDGEN ZRAČENJA

Prevode nevidljivu radijacionu informaciju u okom vidljivu radiološku informaciju.

– Rendgen film

– Elektronsko optički pretvarač

– Digitalni detektori

RENDGENSKI FILM

Sastavljen od tri sloja :

– Osnova filma (triacetatceluloza, poliester)

– Emulzije (zrnca AgBr + želatin(S).

– Zaštitni sloj (kolodijum).

RENDGENSKI FILM

– Slika se formira delovanjem X-zraka naAgBr koji nisu osetljivi na svetlost ali sesenzibilišu na nju tako sto se formirajusoli srebro sulfida (Ag2S) koji zahvatajuelektrone i oslobađaju se atomi Ag(stvaranje latentne slike ) i dolazi dozacrnjenja filma. Razvijanje (povećanjebroja Ag oko prvobitnih centara za oko1x 10(10) do 100 x 10(10) i fiksiranje(ukljanjanje ostataka AgBr).

RENDGENSKI FILM

RENDGENSKI FILM

– Osobine rdg filma su iste kao kod fotografskog filma. Mora se držati u mraku u toku pripreme ekspozicije i obrade.

– Za manipulaciju rdg filmova služe kasete. To su metalne ili karbonske pljosnate pravougone kutije sa sistemom za otvaranje i zatvaranje.

– Da bi se povećala osetljivost rdg filma u kasetu se stavljaju fluorescentne folije .

FOLIJE

– Služe da izvrše konverziju X zračenja uvidljivu svetlost (plave, žute ili zelene boje)i time povećaju stepen zacrnjenja filma.

– Efikasnost delovanja X zraka je 1-2 %.Primenom folija efikasnost za detekciju sepovećava 2-3 puta. Primenom posebnihfolija od retko zemnih elemenataGadolinijuma(Ga) i Lantanoida(La)povećava se efikasnost za 18-25%.

FOLIJE

Primenom folija :

• Povećava se efikasnost za detekciju

• Smanjuje se vreme ekspozicije ili jačina struje elektrona 4-18 puta.

• Smanjuje se ozračivanje pacijenata i osoblja

• Štiti se rdg cev

ELEKTRONSKO OPTIČKIPRETVARAČ

– Ranije su se kao prijemnici rdg. zračenja za direktnu vizuelizaciju koristili fluorescentni ekrani. Rad baziran na konverziju rdg. zračenja u vidljivu svetlost. Više se ne koristi zbog direktnog ozračivanja radiologa.


– U klasičnoj rdg. dijagnostici kao prijemnicirdg. zračenje koriste se elektronsko optičkipretvarači (EOP).

– Oni vrše konverziju propuštenog rdgzračenja u električni signal koji je mogućenaknadno obraditi i dobiti jasnu slikuunutrašnje strukture ispitivanog objekta .


• Delovi:• Luminiscentni ekran-zadatak da izvrši konverziju X

zračenja u vidljivu svetlost• Fotokatoda-koja konvertuje fotone svetlosti u

elektrone • Sistem električnih sočiva-vrši električnu obradu

signala • Drugi luminiscentni ekran – kojim se konvertuje

informacija, koju nosi elektronski snop u vidljivu svetlost.


• U toku ekspozicije pacijenta osoblje se nalazi u posebnoj prostoriji za komandnim stolom.

• TV signal dobijen iz ESP može biti digitalizovan a zatim kompjuterski procesuiran. Digatalizacija se vrši pomoću AD konverzije.

DIREKTNA DIGITALIZACIJA

– Direktna digitalizacija rdg slike ostvaruje se primenom poluprovodničkih detektora na bazi amorfnog silicijuma ili amorfnog selenijuma.

– Princip je zasnovan na pikselskoj provodnoj mreži.

– Ona detektuje potencijalsku razliku koja je nastala razdvajanjem naelektrisanja u polu provodniku pod dejstvom rdg. zračenja.

– Veličina potencijalske razlike proporcionalna je količini detektovanog rdg zračenja.

SUPERPOZICIJA TKIVA– Zbog superpozicije tkiva različitih apsorptivnih doza (vazduh, kost, meka tkiva) uvedene su tomografske tehnike .

KOMPJUTERIZOVANA TOMOGRAFIJA

– CT- omogućava stvaranje slike poprečnihpreseka tela vertikalno na uzdužnu osu.

– Proces se obavlja u gentriju, gde se nalazerotirajuća rendgenska cev i sistemdetektora.

– Rendgen zraci koji stignu do detektora (kojinisu apsorbovani od tkiva) stvaraju u njimaelektrične impulse koji se konvertuju unumeričke signale.



– Dobijeni numerički signali se prenose dokompjuterske konzole gde dobijamotomograme u sivoj skali.

– Tomogram se sastoji iz velikog brojaelemenata slike, koji predstavljajuodređeni volumen tkiva(piksela).

– Atenuacioni broj svakog od njih se možeizmeriti eletronskim putem i tako dobijamonumeričke razlike u apsorpcionimkarakteristikama pojedinih tkiva.


– Njihova vrednost se izražava u internacionalnim Haunsfildovim jedinicama i kreće se na skali od -1000 H.U.(vazduh) do +1000H.U.(kost).

– Nulta vrednost

odgovara vodi.


• CT –sastoji se od:

• generatora

• Rdg cevi koja rotira oko pacijenta

• Sistem detetektora

• Stol za pacijenta

• Kompjuterski sistem za obradu signala i generisnje slike.


MAMOGRAFIJA

– Dvodimenzionalniradiografski pregleddojki sa niskimenergijama zračenja(35 KeV) zbog malihvarijacija u gustinitkiva .

MAMOGRAFIJA

Zbog potrebnog visokog kontrasta koriste se rdg cevi čije anode su od Mo i Rh(rodijum).

– Filtracija X zraka se koristi od materijala istog kao anoda tako da je radni spektar samo od karakterističnih linija čija energija zavisi samo od materijala anode.

– Klasična mamografija koristi jednoslojne filmove sa folijama od Gd2O2STb i specijalne antirasipne rešetke.

MAMOGRAFIJA- Kompresija dojki se

vrši da bi se :1. Smanjilo rastojanje Fo-Fm(povećalo uvećanje na filmu)2. Smanjilo rasipno zračenje3. Smanjila doza zračenja.

• Ciljana mamografija• Digitalna mamografija.

Detektori od amorfnog selena.

• Budućnost -3Dt breast tomosynthesis.

PROCENA ŠTETNIH EFEKATA U RDG. DIJAGNOSTICI

▪ Dijagnostičke procedure sa sobom nose određeni radijacioni rizik.

▪ Procena tog rizika bazira se na proceni efektivne ekvivalentne doze zračenja(H) koju je primilo telo (deo tela) pacijenta.

▪ Procena H nije jednostavna a dobijena vrednost za lekara i pacijenta ne predstavlja relevantnu i razumljivu vrednost.

PROCENA ŠTETNIH EFEKATA URDG. DIJAGNOSTICI

▪ U cilju lakšeg informisanja pacijenta oprimljenoj efektivnoj dozi razvijen je BERTmodel koji upoređuje srednju efektivnudozu za datu proceduru sa ozračivanjem izprirode kome je čovek izložen (prosečno 3mSv/god.)

▪ BERT predstavlja, na godišnji prirodni fon,normalizovano vreme ozračivanja.)

PROCENA ŠTETNIH EFEKATA U RDG. DIJAGNOSTICI

Dijagnostička procedura BERT

•Snimanje zuba (stomatologija)•Radiografija pluća•Radiografija kičme (lumbalni deo)•Prosvetljavanje želuca (sa barijumom)•CT glava •CT karlica

•1 nedelja•10 dana•6-12 meseci•1,5 godina•0,8 godina•3-7 godina

❖BERT-background equivalent radiation time

OSNOVI NUKLEARNE MEDICINE

U nuklearnoj medicini koriste se otvoreni izvori jonizujućeg zračenja koji moraju da imaju sledeće karakteristike:1. Radioizotop mora da emituje pogodno zračenje

(Ὑ)

2. Pogodna energija

3. Relativno kratko vreme poluraspada(min-h)

Radioizotop(radioizotopski generatori):

✓ Kratkoživeći potomak relativno dugoživećeg roditelja(privremena radioaktivna ravnoteža)

✓ Različito hemijsko ponašanje potomka i roditelja


– Najčešće korišćeni radioizotopi:

(99)Tc – gama emiter

(131)I- beta/gama emiter složenog spektra, pretežne energije gama fotona oko 360 keV i t ½ = 8 dana

– Radioaktivni izotopi-iste hemijske osobine u organizmu kao njihovi stabilni izotopi pa se i isto ponašaju.

– Koriste se male količine - shodno tome radijacioni efekat(radiofarmak) na tkivo je zanemarljiv.


– Metoda izotopnog razblaženja-

Pored raspada radioaktivnog izotopa i njegove biološke eliminacje dolazi do njegovog razblaženja, jer je unet u maloj zapremini u odnosu na veliku zapreminu ispitivanog tkiva/organa.

VIZUALIZACIJA U NUKLEARNOJ MEDICINI

Detekcijom emitovanog radioaktivnogzračenja moguće je odrediti raspodelu datogradioizotopa u organizmu čak i kad je on unet umalim količinama.

Na osnovu raspodele radioizotopa uorganizmu moze da se utvrdi stanje pojedinihorgana i tkiva.

Raspodela se utvrđuje scintigrafskim(svetlucanje) metodama npr. pomoću gamakamere.

GAMA KAMERAdetektuje gama zračenja pomoću grupe pravilno

raspoređenih scintilacionih detektora. Ispred detektora stavljaju se odgovarajući kolimatori od olova(Pb).

GAMA KAMERAScintigrafske metode

mogu da budu: 1. Statičke-ispitivanje morfologije

tkiva2. Dinamičke-ispitivanje funkcije

organaPrikaz(scintigram) po pravilu

je 2D a da bi se dobio 3D prikazraspodele radioizotopa koristise tomografija.

U SPECT(single photonemission computerizedtomography) gama kamerarotira 180/360 o oko pacijenta,pri čemu se vrši kompjuterskarekonstrukcija i dobijajuraspodele radioizotopa utransverzalnim, koronalnim isagitalnim presecima.

PET-POZITRONSKA EMISIONA TOMOGRAFIJA

PET-POZITRONSKA EMISIONA TOMOGRAFIJA

• U savremenoj nuklearnoj medicini koristi se pozitronski emiteri: (11)C, (15) O, (18) F, po kojima je metoda i dobila ime.

• Danas se najčešće koristi, pored njih, radioizotop(18)F-koji se koristi u obliku (18)FDG

FDG-fluor-2-dezoksi-D-glukoza

• FDG se direktno ubrizgava u krvotok pacijentai prati njegova raspodela u tkivima kod kojih je potrošnja glukoze u procesu metabolizma izrazita.

• Najčešće se koristi u ispitivanju funkcije mozga, srca i metabolizma tumora.

ELIMINACIJA RADIOIZOTOPA IZ ORGANIZMA

• Svaki spolja uneti radioaktivni ili stabilni izotop eliminiše se iz organizma u procesu biološke eliminacije

(biološko vreme poluživota-Tb ).

• U primeni radioizotopa u medicini značajno je poznavati vreme koje taj radioizotop provodi u čovečijem organizmu, odnosno vreme za koje će se iz organizma eliminisati (efektivno vreme poluraspada ili polueliminacije-Tef).

ELIMINACIJA RADIOIZOTOPA IZ ORGANIZMA

Efektivno Vreme polueliminacije, pored biološkog ponašanja u obzir uzima i raspad radioizotopa t1/2.

Tef nekog radioizotopa iz organizma je

uvek kraće i od biološkog vremena polueliminacije (Tb ) i od vremena

poluraspada datog izotopa (t1/2).

NUKLEARNO MEDICINSKA TERAPIJA

U nuklearnoj medicini, radioaktivni izotopi mogu sekoristiti i u terapiji pojedinih oboljenja. Primenjenaaktivnost radioaktivnih preparata daleko je veća negokada se koriste u dijagnostičke svrhe.

Najznačajniji primeri:

– Terapija hiperaktivnosti tireoidne žlezde ili pojedinih vrsta karcinoma tireoidne žlezde sa 131I

– Metastaza na kostima sa radioizotopom 89Sr

PRIMENA RADIOZOTOPA U RADIOTERAPIJI

– Zatvoreni izvori zračenja su radioaktivnematerije (radioizotopi) smestene u specijalnimkapsulama, otpornim na koroziju i na spoljašnjesile tj.nema radioaktivnog “curenja”.

– Kapsule su od čelika, Al, legure plemenitihmetala.

– Proizvodnja veštačkih radioizotopa jeomogućila i njihovu primenu i u radio terapiji.

PRIMENA RADIOZOTOPA U RADIOTERAPIJI

– Najčešći koji se primenjuje u uređajima za radioterapiju je 60Co (za transkutanu radioterapiju).

– U brahiterapiji: 192Ir, 125I, 103Pd, 137Cz, 252 Cf (kalifornijum).

– Pored izvora (γ) zračenje) koriste se i izvori β zračenja (90 Sr).

IZVORI ZRAČENJA U BRAHITERAPIJI

– Brachy-kratak, mali; therapeia-negovanje, lečenje.”Lečenje na kratkom rastojanju”.

– Otkrićem Ra počela i njegova primena u terapiji tumora kože, zračenjem. Postavljanjem u blizini tumora.

– Brahiterapija predstavlja najcelishodniji vid radioterapije jer ispunjava osnovni princip -izvor zračenja je direktno na metu (Tm) i tako je minimalno ozračivanje okolnog tkiva .

BRAHITERAPIJA

Različiti načini pozicioniranja izvora zračenja u odnosu na metu samim tim imamo i različite tehnike :

• Površinska (superficijalna) brahiterapija: izvor je u kontaktu sa površinom mete.

• Intrakavitarna: uvođenjem izvora zračenja u šupljine (uterus, vagina, glava, vrat).

BRAHITERAPIJA

– Intersticijalna: uvođenjem pomoću igala ili implantacijom katetera u metu (dojka, pod usne duplje, regije vrata, prostata).

– Intraluminalna: uvođenje IZ u šuplje organe sa lumenom (trahea, želudac, bronh, rektum).

BRAHITERAPIJA

U zavisnosti od jačine doze koriste se različiti režimi:

– Malom jačinom, srednjom jačinom i visokom jačinom doze (Low dose rate LDR,MDRi HDR).

– Postavljanjem radioaktivnih izvora zračenja može se vršiti direktno(loading) ili naknadno u unapred plasirane vodiče izvora zračenja (afterloading).

BRAHITERAPIJA

– Savremeni brahiterapeutski aparati za automatski afterloading poseduju jedan minijaturni radioaktivni izvor 192 Ir u obliku valjka, dimenzija 0,6-3,5 mm visoke početne aktivnosti od 370 GBq.

– Izvor zračenja je na vrhu čelične sajle (1-1,5m) koji u isto vreme predstavlja vodič izvora. On se preciznim motorima dovodi u željeni položaj.

BRAHITERAPIJA

Prednost brahiterapije: brzi pad doze zračenja oko izvora zračenja zahvaljujući:

1. Kvadratni zakon (opadanje doze sa kvadratom rastojanja).

2. opadanjem dubinske doze (apsorpcija u materijalu).

UREĐAJI ZA TRANSKUTANU RADIOTERAPIJU

– Radioterapijski aparati za spoljašnju radioterapiju na bazi Ra i Co (tzv.radijumska i Co–bomba).

– Kobalt bomba, najpoznatiji uređaj za transkutanu radioterapiju .

– Radioaktivni izotop kobalta (60 Co) dobija se nuklearnom reakcijom u nuklearnom reaktoru. Co je beta i gama emiter.

UREĐAJI ZA TRANSKUTANU RADIOTERAPIJU

– U savremenoj transkutanoj radioterapiji 60Co se najčešće koristi kod GAMA noža.

– Veliki broj malih izvora 60Co, velikih aktivnosti koji su usmereni u jednu tačku. Lečenje bez hirurške interv.(Tm mozga, AV malformacija).

GAMA NOŽ

GAMA NOŽ

OSNOVI SAVREMENE RADIOTERAPIJE

– Preko 60% pacijenata obolelih od malignihbolesti se leči radioterapijom.

– Indikacije:

1. maligni Tm(99%):

radikalna kurativna Th.

postoperativna (kurativna, adjuvantna).

palijativna (protiv bola, krvarenja...).

2. Benigna oboljenja:

Periartritis, ankiloza

Keloidi, hemangiomi.


- Osnovni lek u RT je jonizujuće zračenje.

- Svaki maligni Tm se može uništiti (sterilisati) određenom terapijskom dozom JZ ali terapijska doza je ograničena osetljivošću zdravih tkiva u okolini.

- Granični faktori su vezani za veće terapijske doze (koje nose rizik ozbiljnog oštećenja zdravog tkiva u zračnom volumenu) i aplikacije manje terapijske doze (mogućnost ponovnog bujanja Tm).


– Izvori jonizujućeg zračenja u transkutanoj radioterapiji koriste se:

• rendgen aparati(40-350keV).

• LINAC (linearni elektronski akceleratori) 4-25MeV.

• Ciklotroni (snopovi protona, energija 60-250 MeV.)

– Radioterapija se bazira na dejstvu visokih doza zračenja 2-80 Gy, podeljenih u 1-40 frakcija (jedna ili više frakcija dnevno).


• Odnos osteljivosti tumorskog i zdravog tkiva naziva se-radioterapijski odnos.

• Cilj radioterapije je da se terapijska doza skoncentriše na metu (tumora) koja se mora homogeno ozračiti uz najmaće moguće ozračivanje okolnog zdravog tkiva.

• Cilj radiološke fizike je dobro poznavanje raspodele doze zračenja u celoj zapremini tkiva koja je obuhvaćena zračnim snopom ne samo u nekoj tački tkiva.


• Radioterapija ima multidisciplinaran pristup.

• Saradnja:– radioterapeut (specijalista radiologije).– Radiološki fizičar.– Dozimetrista (VRT, diplomirani fizičar, inženjer

tehn.fizike).– Radiobiolog (biolog, radioterapeut, radiološki

fizičar).– Diplomirani radiološki tehničar.


• Uređaji u radioterapiji:– Stabilnost u radu

– Homogenost snopa

– Relativno visok intenzitet zračenja

– Adekvatna radiološka zaštita

• Primena uređaja nije moguća pre nego se izvrše merne procedure koje potvrđuju ispravnost i utvrđuju karakteristike proizvedenog snopa zrč.– Test prijema

– Test provere/odobrenja

– Redovne dozimetriske kontrole

OSOBINE JONIZUJUĆIH ZRAČENJA U RADIOTERAPIJI

– Osobine različitih vrsta i energija zračenja su različite.

– Važne dozimetriske osobine zračnog snopa su:

• Prodornost (raste sa porastom energije mada prodornost čestičnog zračenja je manja od fotonskog zračenja iste energije).

• Homogenost i simetrija

• Dubinska doza

• Izodenzna raspodela


– Zračni snop-ograničen (kolimisan) snop čestica usmerenih ka meti.

– Zračno polje-presek zračnog snopa u ravni normalnoj na pravac prostiranja a na odgovarajućem rastojanju od izvora zračenja.

– Zračni volumen-zapremina obuhvaćena zračnim poljem.

– Dubinska doza-apsorbovana doza zračenja na nekoj dubini u pacijentu ili fantomu (različite vrednosti na različitim dubinama).


– Procentna dubinska doza (PDD)-predstavlja odnos dubinske doze(Dx) na nekoj dubini (d) i doze na dubini maksimuma(d max) izražena u procentima. PDD=Dx/Dmax x 100.

– U pojedinim tačkama u okviru zračnog volumena apsorbovana doza zračenja tj. dubinske doze imaju istu vrednost.


– One linije koje spajaju tačke u zračnom volumenu sa istim dubinskim dozama nazivaju se izodozne linije.

– Raspored izodoznih linija naziva se izodozna distribucija.

– To je osnov planiranja u radioterapiji.

– Merenje raspodele doze vrši se pre puštanja u rdg. aparata na automatskim vodenim fantomima ili film dozimetrijom u čvrstim fantomima.

TEHNIKE ZRAČENJA FOTONIMA U TRANSKUTANOJ

RADIOTERAPIJI– TKR predstavlja terapiju kod koje se izvor

zračenja nalazi na nekoj određenoj udaljenosti od pacijenta.

– Snop zračenja je usmeren na određeno mesto na pacijentu koje predstavlja projekciju zračnog polja na koži.

– Pored jednog direktnog polja koriste se i kombinacije dvaju ili više polja bilo da su direktno usmereni na kožu bilo da su usmereni pod nekim uglom u odnosu na kožu.


RADIOTERAPIJIU slučaju da je direktno polje pod nekim uglom u odnosu na kožu (ukošeno polje) vrši se modifikacija zračnog snopa upotrebom:

1. Bolusa-materijal jedinične gustine stavljen na mesto nedostatka tkiva.

2. Kompenzatornog filtra-umanjen odlivak dela tkiva koji nedostaje

3. Klinastog filtra-izgrađeni od teških metala, Pb, Fe, Cu, itd.


RADIOTERAPIJIZračenje iz dva ili više polja daje:– povoljniju raspodelu doze na nivou

mete(homogenija raspodela).– Omogućava aplikovanje većih doza bez

preteranog ozračivanja kože pacijenta.

• Najednostavnija kombinacija u radioterapiji je dva suptotna zračna polja.

• Koristi se i kombinacija-međusobno ukošenih polja (dva ili više polja pod uglom) pri čemu su sva polja usmerena u jednu tačku.

PLANIRANJE RADIOTERAPIJE

– Kompleksno.

– Na savremenim radioterpaeutskim uređajima za transkutanu radioterapiju izvodi se u više koraka.

– Na osnovu prethodno sprovedenih dijagnostičkih procedura i odluke o načinu lečenja pristupa se kliničkom planiranju radioterapije (radikalna ili palijativna, lokalna..).


Definišu se:

– Volumen tumora(GTV-gross tumor volume).

– Klinički volumen mete(CTV-clinical target volumen).

– Visina ukupne terapijske doze zračenja i način njenog frakcionisanja u vremenu.

– Položaj radioosetljivih struktura u zračnom volumenu.


Zatim se vrši:

– Izbor vrste i energije zračenja, veličine i položaja zračnih polja i modifikacija zračnih snopova.

– Izodozno planiranje.

– Planiranje zračnog volumena( PTV-planning target volume) i zapremine tkiva koje prima određeneu dozu zračenja.


– Primena kompjuterskih programa 2D i 3D zaizodozno planiranje na osnovu prethodnodobijenih dijagnostičkih proceura(CT,MR,PET) kao i primena radioterapijskihsimulatora za lokalizaciju i verifikacijupoložaja zračnih polja u odnosu na metu(Tm) i okolne zdrave radioosetljive strukture,osigurava visok kvalitet radioterapije.


– Na osnovu različitih kriterijuma a posebno odnosa volumena i doza(DVH), radijacioni onkolog u saradnji sa medicinskim radioterapijskim fizičarem vrši izbor najoptimalnijih zračniih parametara.

– DVH (dose volume histogram).

– Konformalna radioterapija - obliku tumora prilagođena radioterapija. Efikasno povećanje doze zračenja na tumor uz adekvatnu poštedu zdravog tkiva u okolini mete.


– Posebnu tehniku čini tomoterapija kodkoje se pre i za vreme radioterapije vršiistovremeno i CT snimanje a doza zračenjaaplikuje na tačno određen terapijskivolumen.

– Uređaj sličan CT uređaju samo što se poredrdg. cevi nalazi i specijalno konstruisana iakceleratorska cev u kojoj se proizvodefotoni energije 4-6 MeV.

OSTALE PRIMENE IZVORA ZRAČENJA U MEDICINI

1. “Kalem protiv domaćina” – pre transfuzije trombocita neophodno je izvršiti uništavanje vijabilnosti limfocita koji se nalaze u preparatu za transfuziju, čime se smanjuje rizik pojave bolesti (kod teškog deficita imuniteta, bolesnika na opsežnoj hemoterapiji kao i kod bolesnika na programu transplatacije koštane srži).

Ozračivanje krvi se vrši-gama iradijatorima.

OSTALE PRIMENE IZVORA ZRAČENJA U MEDICINI

2. Sterilizacija medicinskih katetera, rukavica, špriceva, maski, zavoja i sličnih materijala kao i sterilizacija rastvora.

Ozračivanje 60 Co u industrijskim sterilizatorima.

MAGNETNA REZONANCA(MR, MRI)

– Tehnika prikaza telesnih struktura bez upotrebe jonizujućeg zračenja.

– Do danas nisu utvrđena štetna dejstva magnetnog polja na organizam čoveka.

– Ova činjenica kao i visok kvalitet slike ovu metodu dovodi na prvo mesto u dijagnostici.

MAGNETNA REZONANCA

• Princip rada:

• Jezgra atoma će se u stalnom magnetnompolju postaviti tako da svojom magnetnomosom budu paralelna magnetnim linijama silaspoljašnjeg magnetnog polja.

MAGNETNA REZONANCA

• Spoljašnjim emitovanjem radiofrekfentnogtalasa dolazi do poremećaja u ovoj orjentacijikoji traje kratko vreme da bi se zatimparalelnost ponovo uspostavila.

MAGNETNA REZONANCA

– Upravo taj poremećaj koji nastaje pod dejstvomspoljašnjeg radiofrekventnog talasa možemomeriti i registrovati kao signal.

– Iz velikog broja obrađenih signala kompjuterskomobradom stvara se MR slika.

MAGNETNA REZONANCA

• Svaka elementarna čestica ima sopstventi obrtni moment (spin) i sopstveni magnetni moment (polje).

MAGNETNA REZONANCA

• T1 longitudinalno vreme relaksacije.

• T2 transverzalno vreme relaksacije.

• Ugrađeni pejsmejkerpredstavlja kontraindikaciju za pregled na MR.

MAGNETNA REZONANCA

ULTRAZVUK

– Akustika je nauka koja se bavi zvukom.

– Zvučni talasi su mehanički talasi koje možemo čuti (frekvenca između, 20 Hz –20 kHz).

– Manja od 20 Hz - infrazvučni talasi.

– Viša od 20 kHz - ultrazvučni talasi.

– Metoda koja se zasniva na fizičkim principima prostiranja UZ talasa kroz prostor: refleksije, apsorpcije, disperzije i atenuacije.

– UZ talas nastaje u ultrazvučnoj sondi (najvažniji deo UZ aparata) oscilacijom pojedinih kristala u naizmeničnoom električnom polju visoko-frekventne struje (piezoelektrični efekat).

ULTRAZVUK

– Talas se širi kroz telo pacijenta, odbija od prepreke (razlike u gustini tkiva) i vraća do izvora sonde koja je i prijemnik i odašiljač UZ talasa.

– Pojedinačni odbijeni UZ talasi (ehoi) slažu se kompjuterski u ultrazvučnu sliku.

– Sonde: linearne, konveksne, sektorske i posebne (endovaginalna, endorektalna).

ULTRAZVUK

Primena u dijagnostici: – ginekologiji,

– pregled dojke,

– štitne žlezde,

– kukova,

– oboljenja srca,

– abdominalnih i urogenitalnih organa.

– koristi se i kod velikog broja interventnih procedura pod kontrolom UZ talasa.

ULTRAZVUK

Primena u terapiji (UZ velikog intenziteta):

– fizijatriji (zagrevanje tkiva)

– urologiji (razbijanje kamena u bubregu)

– onkologiji (hipertermija)

– hirurgiji (UZ- hirurški nož)

– stomatologiji (skidanje kamenca)

ULTRAZVUK

ISTORIJA RADIOLOGIJE

• Wilhelm Conrad Rӧntgen (1845-1923). nemački fizičar.

• 1895. je otkrio posebnu vrstuelektromagnetnog zračenja, X-zrake.

• Ustanovio je da deluju na fotografsku ploču, prolaze kroz različite materijale i jonizuju vazduh kroz koji prolaze.

• Konstruisao je rendgenske cevikonkavnom katodom iplatinskomantikatodom.

• Za to otkriće dobioje 1901. Nobelovunagradu za fiziku te je tako postao prvidobitnik ove nagrade.


– Samo godinu dana kasnije, 1896.god. Mihajlo Pupin u saradnji sa Tomasom Edisonom uvodi u primenu fluorescentne folije čime je vreme ekspozicije smanjeno sa skoro jednog časa na samo nekoliko sekundi.


– 1896.god. francuski fizičar H. A. Bekereldolazi do zaključka da uranijumova ruda spontano emituje zrake koji deluju na fotoemulziju.

– Ovoj pojavi Marija Kiri 1898.god., daje naziv - radioaktivnost.


– 1897.god. E. Radeford izveštava o postojanju dve različite vrste zračenja iz uranijumskih spojeva i naziva ih alfa i beta zracima.

– Rendgen je svoje eksperimente izvodio na Kruksovoj gasnoj cevi.

– Prve rendgenske cevi su bile tzv. jonske, imale su određenu količinu gasa u staklenom balonu.


– 1913.god. Amerikanac Kulidž konstruisao je prvu visoko vakumsku elektronsku cev sa katodom u obliku spirale i anodom od tungstena.

– 1930.god. A. Bauers konstruiše cev sa obrtnom anodom kakvu imaju danas savremeni aparati.

– Veliki napredak predstavlja uvođenje u praksu elektronskog svetlosnog pojačivača(ESP)sa TV lancem 70-ih godina 20.veka. Smanjuje zračenje i omogućava radiologu i tehničaru izlazak iz mraka.


– Početkom 70-tih dolazi do revolucionarnogotkrića kompjuterizovane aksijalne transverzalne tomografije –skener.

– Neinvaizivna dijagnostička metoda i inženjer G.N.Haunsfild za to dobija Nobelovu nagradu.


– Krajem 70-tih pojavljuje se prvi slikovni prikaz korišćenjem magnetne rezonance čije su principe jos 1946.god. opisali Bloch i Purcell. Stvorena je mogućnost da se ispita hemija ćelijskog jezgra bez hirurgije, biopsije, mikroskopa i upotrebe X zraka.


– Status Radiologa je bitno izmenjen razvojem interventne radiologije.

– 1953.god. S.I.Seldinger je prvi put uradio perkutanu keteterizaciju krvnog suda nakon punkcije.


– 1897.god Roux i Baltazar su proučavali kontrakcije želuca nakon davanja pacijentu Bizmut subnitrat.

– 1927.god Svik i Litenberg uvode dijodno kontrastno sredstvo.

– 1952.god. sintetizovano je trijodno kontrastno sredstvo.

– Nejonska kontrastna sredstva su se razvila 1986-1987.god.


ANAFILAKTIČKI ŠOK

– Anafilaktički šok predstavlja maksimalnioblik rane alergijske reakcije (I tip rakcije)do mogućeg letalnog ishoda kod potpuno razvijenog šoka.

– U radiologiji najčešće kod upotrebe kontrastnih sredstava.

▪ svrab kože, crvenilo, urtikarija, angioedem

▪ dispnea (otežano disanje), kašalj

▪ rinoreja

▪ otežano gutanje

▪ mučnina, povraćanje, proliv, bolovi u trbuhu, nadutost

ANAFILAKTIČKI ŠOK

• tahikardija (ubrzani, slabo punjen puls), • hipotenzija, aritmija (nepravilan radsrca), šok• slabost groznica • midrijaza (proširene zenice)• anksioznost (osjećaj uznemirenosti, strah), tremor (tresavica), poremećajsvesti, sinkopa (nesvestica), koma.

ANAFILAKTIČKI ŠOK

LEČENJE

• Prekinuti unos Ag.• Pacijenta staviti u ležeći položaj.• Obezbediti prolaznost disajnih puteva.• O2 (maska ili nazalna sonda).• Adrenalin.• Antihistaminik.• Krtikosteroidi (Urbazon ).• Važno je zapamtiti: svi bolesnici kod kojih se

razvila anafilaktička reakcija moraju se hospitalizovati i pratiti najmanje 24 sata u jedinicima intenzivne nege.

Za pripremu ovog predavanja korišćena je kao osnovna literatura :

OSNOVI RADIOLOŠKE FIZIKE/ Jovan B.Stanković, Nebojša T. Miloševic Beograd 2007

PRAKTIKUM kliničke radiologije/Petar Bošnjaković, Data Status, 2009

Radiologija-praktikum za studente medicine/Tomislav Jovanović,Simon Nikolić-Leskovac: Naša reč, 2001

Documents

OSNOVE METODOLOGIJE RADA U RADIOLOGIJI · 2021. 3. 22. · RADIOLOŠKA FIZIKA I OSNOVE METODOLOGIJE RADA U RADIOLOGIJI Dr Miodrag Janković, spec.radiologije Leskovac 2020. godine