ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA JĄDROWEGO Z MATERIĄ

ODDZIAŁYWANIEPROMIENIOWANIA

JĄDROWEGO Z MATERIĄ

TADEUSZ HILCZER

Tadeusz Hilczer, wykład monograficzny 2

Plan wykładu

1. Wprowadzenie2. Podstawowe pojęcia3. Zderzenie i rozproszenie4. Przewodnictwo materii5. Naturalne źródła promieniowania jonizującego6. Oddziaływanie promieniowania jonizującego bezpośrednio 7. Oddziaływanie promieniowania jonizującego pośrednio8. Źródła promieniowania jonizującego9. Pole promieniowania jonizującego10. Detekcja promieniowania11. Skutki napromieniowania materii żywej12.Dozymetria medyczna13. Ochrona przed promieniowaniem14. Osłony przed promieniowaniem

DOZYMETRIA MEDYCZNA


• 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

Biologiczny czas połowicznego zaniku


Model n-podukładów• Zmiany aktywności w czasie dt każdego podukładu:

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

n

jiijjjiiii

i kkkt 1

0 AAAAA ld

d


Model n-podukładów• Zmiany aktywności w czasie dt każdego podukładu:

• 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

n

jiijjjiiii

i kkkt 1

0 AAAAA ld

d


Model n-podukładów

• aktywność właściwa Ci(t) w chwili t – aktywność Ai przypadającą na całkowitą masę i-

tego podukładu:

ξi - dodatnia stała mającą charakter stałej rozpaduBij- stała dodatnia, ujemna lub równa zerupi - stała

)exp()()exp()()(1

ttFBtm

tt jj

n

jij

i

ii xl

AC

tptF ijij AA sincos



• w momencie t = 0 wprowadzamy do układu radioizotop o aktywności A0

• aktywność właściwa dla 1-go podukładu:

• aktywność właściwa sumy pozostałych (2+3+...+n) podukładów

n

jj

i

i Bm 1

01)0()0( AC

0)0()0(1

n

jij

i

ii B

mAC



• 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



• dla dostatecznie długiego czasu t aktywność właściwa

λf - fizyczna stała rozpaduλb- biologiczna stała rozpaduλef- efektywna stała rozpadu

• biologiczny czasu połowicznego zaniku i efektywny czas połowicznego zaniku

)exp()(exp tt efibfii lll CCC

T Tbb

eff b

ln , ln2 2l l l

1 1 1T T T

TT T

T Tef f bef

f b

f b

lub


„Własności biologiczne” promieniotwórczych jąder atomowych

jądro atomowe

Tf[dni]

Tb[dni]

organ waga [g]

% aktywności

3H 4400,0 19,0 całe ciało 70000 10014C 2000000,0 35,0

180,0tłuszczkości

100007000

505

24Na 0,6 0,6 całe ciało 70000 9532P 14,3 14,0 kości 7000 20

35S 87,1 18,0 skóra 2000 842K 0,5 0,5 mięśnie 30000 7045Ca 164,0 151,0 kości 7000 2559Fe 46,3 27,0 krew 5400 8060Co 1900,0 8,4

9,0wątrobaśledziona

1700150

0,40,005

65Zn 250,0 21,0 kości 7000 276As 1,1 1,1 nerki 300 0,0386Rb 18,6 7,8 mięśnie 30000 4289Sr 53,0 52,0 kości 7000 25131J 8,0 7,5 tarczyca 20 20198Au 2,7 2,6

2,6nerkiwątroba

3001700

2,41

„Własności biologiczne”


• 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

.

Proste modele


• Model jednego układu można zastosować w przypadku np. wprowadzenia izotopu promieniotwórczego do krwi, a który następnie dzięki metabolizmowi osadza się w określonym organie

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 1, m1, C1, k1

A w A z, mz, Cz

A 0

aw k1 az k1


• Prędkość zmiany aktywności układu

• Prędkość zmian aktywności wydzielonej

• Prędkość zmian aktywności trwale przyswojonej.


111 )( AA l k

tdd

zzz Aka

tl 11d

d AA

wA-AA l11dd ka

t ww


• warunki początkowe


• czasowe zmiany aktywności właściwej układu 11

001 )0(

mACC 0)0()0( wz AC 1 wz aa

])(exp[])(exp[)( 11

0101 tk

mtkt ll ACC

)]exp(1)[exp(1

)]exp(1)[exp()(

10

11

0

tktam

tktammt

zz

zz

z

l

l

A

CC

)]exp(1)[exp()( 10 tktat ww lAA

• czasowe zmiany aktywności właściwej trwale przyswojonej

• czasowe zmiany aktywności wydalonej


• szybkość zanikania aktywności przyswojonej zależy głównie od stałej k1, czyli od wielkości stałej rozpadu biologicznego

.

0 2 4 6 8 10 12 0,01

0,1

1

A , C [jedn.um.]

T [jedn.um]

Cz

C1

A w

Czasowe zmiany

aktywności właściwej C1 i Cz

aktywności wydalonej Aw

(az = 0,4; aw = 0,6; k1 = 0,69;

l = 0,35; m1 = 2,5; mz=1)



• 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

.

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

.

Model dwu układów


A 1, m1, C1, k1

A w A z, mz, Cz

A 0

aw k1 az k1

A 2, m2, C2, k2

b2 k2

b1 k2

a2 k1

Model dwu układów


• prędkość zmiany aktywności układu 1 i układu 2

• warunki początkowe

112111 )(

dd AAA l kkbt

221122 )(

dd AAA l kkat

1

001 )0(

mACC 0)0()0()0(2 wz ACC

11 aaa wz 121 bb

Model dwu układów


• czasowe zmiany aktywności właściwej układu 1 i układu 2

• czasowe zmiany aktywności właściwej trwale przyswojonej

])(exp[)exp()exp()( 12

1

01 tktkt

mt l

ll

llAC

])(exp[)exp()exp()( 11

2

02 tttka

mt lll

AC

])(exp[)()exp())((1

)exp()(

)(

2

1

2

2

210

tkkt

kk

tkkam

t w

zz

l

lll

ll

lll

AC

Model dwu układów

21112

21 4)( kkbakk 2

21 l kk


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


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


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


• 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

Radiologia


• 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

Diagnostyka


• w badaniach diagnostycznych wiązka promieniowania przechodzi przez ciało a detektor znajduje się na zewnątrz

• teoretyczna możliwość dokładnego wyznaczenia dawki pochłoniętej przez pacjenta

Diagnostyka

źródło


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.


• 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)

Radioterapia

źródło


Dopuszczalne dawki (Gy) w terapii

1050

20

302040

8szpik

60

1008

Wg. Agencji Atomowej, Wiedeń 1990


Zagrożenie promieniowaiem zewnetrznym (%)

0,03

0,12

reszta

0,03kości

0,15

0,25

Wg. Agencji Atomowej, Wiedeń 1990

0,12czerwone ciałka krwi

inne

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


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


Fantom


0 5 cm

mózg

czaszka

kręgosłup

ramię

żebra

nerki

jelito grube

miednicapęcherz

jelito cienkie

serce

płuca

wątroba

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


Fantom

ciało gęstość[g/cm3]

liczba elektronów

[1023/g]dla efektu fotoelektry

cznego

dla efektu Comptona

powietrze 0,00129 3,03 7,64 7,36woda 1,00 3,34 7,42 6,60mięśnie 1,00 3,34 7,42 6,60kości 1,85 3,00 13,8 10,0tłuszcz podskórny

0,91 3,38 5,92 5,2


Z

Średnie liczby atomowe dla promieniowania dla materiałów biologicznych

Z


• 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

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

Metoda atomów znaczonych


• 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

Metoda rozcieńczenia izotopowego


• 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

Autoradiografia


• 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

Metody klirensowe


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).


Gammacel (Aparat ALSYON)


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

poczta pneumatyczna

źródło

reaktor


• 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

Żródła promieniowania


Przyspieszacz liniowy VARIAN


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


• 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

Pomiar dawki


• 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

Rozproszenie wsteczne


Rozproszenie wsteczne

Zależność WRW od powierzchni S kwadratowego pola wiązki dla promieniowania X o warstwie połówkowej 1 - 4 mmCu

0 100 200 300 400 1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

S [cm2]

WRW

d1/2(Cu) = 1 mm 2 mm

4 mm


• 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

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

Procentowa dawka na głębokości


• 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

Metody napromieniowania


źródło

napromieniowane ciało

wiązka

SSD SAD

Metody napromieniowania


• 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

Półcień


• na wielkość półcienia wpływa– geometria

• wymiar źródła promieniowania• położenie przesłon)

– rozproszenie promieniowania na przesłonach– przenikanie promieniowania przez materiał

przesłony– rozproszenie w napromieniowanej materii– …

Półcień


półcień

Półcień


• 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

Izodozy


Fantom wodny


a) promieniowanie X (filtr 1,5 mm Cu), b) promieniowanie 60Co, c) promieniowania X z liniowego przyspieszacza elektronów 23 MeV

0

10

20

6 4 2 0 2 4 6 4 2 0 2 4 4 2 0 2 4 cm

80 60

40

20

10

80

60

40

20 40

60

80

100

cm

(a) (b) (c)

Izodozy


• 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

Filtr klinowy


• Kąt filtra klinowego dobiera się aby określona izodoza (np. izodoza 50 %) miała żądane nachylenie w stosunku do normalnej do osi wiązki

k l i n

2 0c m

1 0 0

8 0c m

6 0c m

4 0c m

1 0 c m

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

Filtr klinowy


• 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 (303020) cm3

Pomiar dawki ekspozycyjnej


g

źródło

ZS

Standardowy fantom


• dla metody SSD– odległość źródło – powierzchnia fantomu 80 lub

100 cm– pole napromieniowania 1010 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)



• dla metody SAD – odległość źródło – izocentrum 80cm lub 100 cm– pole napromieniowania 1010 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)



• moc dawki pochłoniętej

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

jmGy

tDCkfD pTx

hPaK

15,29325,1013 T

pC pT

Moc dawki pochłoniętej


• moc dawki w fantomie w osi wiązki na głębokości g dla pola napromieniowania S na powierzchni fantomu

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, - moc dawki na głębokości maksymalnej dawki (100%)

),()(),(),()(),( %max%

%

SgSSgSdSqSg ST DDD

DDD

)(max SD

Moc dawki w fantomie


• 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

Czas napromieniowania

Documents

ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA JĄDROWEGO Z MATERIĄ