Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Zakład Biofizyki CM UJ Seminarium 3 Promieniowanie jonizujące w medycynie.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Zakład Biofizyki CM UJ Seminarium 3 Promieniowanie jonizujące w medycynie."— Zapis prezentacji:

1 1 Zakład Biofizyki CM UJ Seminarium 3 Promieniowanie jonizujące w medycynie

2 2 Zagadnienie 1 Charakterystyka źródeł promieniotwórczych (typ promieniowania, aktywność, czas pół-zaniku)

3 3 Zakład Biofizyki CM UJ Rozpady promieniotwórcze 1. Rozpad β -  jądro emituje elektron (neutron zamienia się w proton) 2. Rozpad β +  jądro emituje pozyton (antycząstkę elektronu – „elektron o ładunku +1”) EC (electron capture)  wychwyt elektronu orbitalnego 3. Rozpad α  jądro emituje cząstkę α (jądro atomu helu) 4. Rozpad γ  jądro emituje promieniowanie elektromagnetyczne

4 4 Aktywność źródła promieniotwórczego A – liczba rozpadów w jednostce czasu A(t) = N(t) · λ gdzie: (prawo osłabienia) [A] = 1 Bq = 1 rozpad/s [A] = 1 Ci = 3.7*10 10 rozpadów/s

5 5 Zakład Biofizyki CM UJ Sztuczne izotopy promieniotwórcze  zastosowania medyczne Diagnostyczne Terapeutyczne Własności Rodzaj i energia promieniowania T 1/2 (minimum ~100 s) Własności chemiczne

6 6 Zakład Biofizyki CM UJ Energia promieniowania  131 I  T 1/2 = 8 d  E  = 364 keV i 637 keV 125 I  T 1/2 = 60 d  E  = 35 keV 133 Xe  T 1/2 = 5.2 d  E  = 81 keV 99m Tc  T 1/2 = 6 h  E  = 140 keV

7 7 T 1/2 bardzo duży zakres  s lat W zastosowaniach praktycznych: 14 C = 5570 lat  datowanie próbek 125 I = 60 d 131 I = 8 d 90 Sr = 19.9 lat 60 Co = 5.24 lat 11 C = 20 min 15 O = 2 min

8 8 Zagadnienie 2 Prawo osłabienia promieniowania elektromagnetycznego

9 9 Zakład Biofizyki CM UJ Założenia: N centrów (atomów, cząsteczek) w 1 cm 3 Prawdopodobieństwo oddziaływania pojedynczego centrum → σ μ → liniowy współczynnik osłabienia → μ = σ*N [1/cm] Natężenie wiązki padającej → Io Chcemy wyznaczyć natężenie wiązki przechodzącej → I(x), gdzie x oznacza grubość absorbentu.

10 10 Zakład Biofizyki CM UJ µ m = µ/d – masowy współczynnik osłabienia [cm 2 /g] xd – gęstość powierzchniowa [g/cm 2 ]  zależy od Z, i stanu skupienia ( d )

11 11 Zakład Biofizyki CM UJ Efektywna liczba atomowa SubstancjaZ eff Gęstość [g/cm 3 ] Beryl4,001,85 Tłuszcz5,920,91 Woda7,421,00 Mięsień7,461,08 Powietrze7,640,00129 Aluminium13,02,7 Kość (trzon)14,01,87 Wapń20,01,55 Molibden42,010,22 Jod53,04,94 Wolfram74,019,3 Ołów82,011,34

12 12 Zakład Biofizyki CM UJ Masowe współczynniki osłabienia

13 13 Zakład Biofizyki CM UJ Współczynnik absorpcji Uwaga: We wzorach występują współczynniki osłabienia, określające zmianę natężenia wiązki. W zagadnieniach ochrony radiologicznej istotna jest pochłonięta energia, a nie zmiana natężenia wiązki. Z tego powodu korzysta się z tzw. współczynnika absorpcji, określającego prawdopodobieństwo pochłonięcia kwantu energii w absorbencie. W zakresie energii promieniowania X stosowanych w radiologii zachodzi przybliżona równość współczynnika osłabienia i współczynnika absorpcji.

14 14 Zagadnienie 3 Budowa i zasada działania aparatu rentgenowskiego

15 15 Zakład Biofizyki CM UJ Lampa rentgenowska

16 16 Zakład Biofizyki CM UJ Lampa rentgenowska

17 17 Zakład Biofizyki CM UJ Lampa rentgenowska Konwerter energii elektrycznej na ciepło (~99%) i promieniowanie X (~1%). Katoda – włókno wolframowe rozgrzane przepływającym prądem. Anoda –Lampy z rotującą anodą – rotujący dysk grafitowo-molibdenowy (3000 ÷ rpm) pokryty pierwiastkiem o dużej Z i wysokiej temperaturze topnienia (np. W (Z=74) lub stop W+Re (ren, Z=75) –Lampy stacjonarne – płytka W, W+Re, Mo (Z=42) lub Rh (rod, Z=45)

18 18 Zakład Biofizyki CM UJ

19 19 Zakład Biofizyki CM UJ19Zakład Biofizyki CM UJ Lampa rentgenowska Ilość wyprodukowanych fotonów X zależy od iloczynu prądu anodowego ( I a ) i czasu naświetlania ( t e ), zamiast zmieniać dwa parametry operator zmienia tzw. ekspozycję (=ładunek) E = I a ·t e [mA · s]. Napięcie anodowe wykazuje fluktuacje w czasie, dlatego podaje się maksymalną wartość napięcia oznaczoną kV p.

20 20 Wytwarzanie promieniowania X Elektrony docierające do anody oddziałują z atomami anody w dwóch procesach: Wybijanie elektronów z wewnętrznych powłok atomowych (na miejsce wybitych elektronów wskakują elektrony z wyższych powłok oddając energię w formie promieniowania X) – jest to promieniowanie charakterystyczne (liniowe) Hamowanie w polu elektrycznym jądra (elektrony w polu elektrycznym jądra są odchylane i spowalniane, tracona energia jest emitowana w formie promieniowania X) – jest to promieniowanie ciągłe Zakład Biofizyki CM UJ

21 21 Elektron wysokoenergetyczny Elektron wysokoenergetyczny Zakład Biofizyki CM UJ Wytwarzanie promieniowania X

22 22 Widmo promieniowania hamowania Zakład Biofizyki CM UJ

23 23 Usunięte przez filtr Energia fotonów [keV] Widmo promieniowania charakterystycznego Zakład Biofizyki CM UJ

24 24 Widmo lampy rentgenowskiej Energia maksymalna w widmie – całkowite wyhamowanie elektronu – zależy od kV p Energia minimalna i średnia – zależą od grubości okienka i zastosowanego filtra (Al, Cu, Sn o grubości ~ mm) Natężenie promieniowania (pole powierzchni pod krzywą) zależy od powyższych parametrów i dodatkowo od ekspozycji Zakład Biofizyki CM UJ

25 25 Zakład Biofizyki CM UJ25Zakład Biofizyki CM UJ Widma lampy rentgenowskiej

26 26

27 27

28 28 Zagadnienie 4 Radiologia klasyczna - metody detekcji obrazu w stomatologii

29 29 Zakład Biofizyki CM UJ Masowe współczynniki osłabienia

30 30 Zakład Biofizyki CM UJ RTG klasyczne

31 31 RTG cyfrowe Zakład Biofizyki CM UJ

32 32 Zakład Biofizyki CM UJ Detektor Błony rentgenowskie Płytki obrazujące (image plate) Lampy wzmacniające Detektory cyfrowe

33 33 Błona rentgenowska Zasada działania: promieniowanie X działając na kryształy AgBr w emulsji pokrywającej błonę powoduje uczulenie kryształów na wywoływacz Zastosowanie: –indywidualne dozymetry / ochrona radiologiczna –rentgenografia we wszystkich jej odmianach –do niedawna podobne błony były stosowane do archiwizacji obrazów w tomografii komputerowej i tomografii rezonansu magnetycznego Zagadnienia uzupełniające 1 Zagadnienia uzupełniające 1 Błona rentgenowska i jej charakterystyka. Powstawanie obrazu na błonie.

34 34 Ekrany wzmacniające Wydajność detekcji błony RTG jest niewielka w zakresie promieniowania X. Stosuje się tzw. ekrany wzmacniające (folia pokryta np. CaWO 4, Y 2 O 2 S, Ga 2 O 2 S, La 2 O 2 S, ) Ekran wzmacniający – konwerter promieniowania X (30-80 keV) na światło widzialne ( nm) Jeden kwant promieniowania X jest zamieniany w ekranie wzmacniającym, na kilkadziesiąt (kilkaset) kwantów światła, które są znacznie wydajniej rejestrowane przez błonę.

35 35 Detektory cyfrowe Systemy rejestracji bezpośredniej –układ CCD czuły w zakresie VIS + konwerter promieniowania X na VIS –układ CCD czuły w zakresie X Systemy rejestracji pośredniej –płyty pamięciowe (image plates) rejestrujące obraz utajony odczytywane odpowiednimi skanerami laserowymi

36 36 Detektory cyfrowe Ze względu na dużą wydajność detekcji pozwalają zmniejszyć dawkę promieniowania otrzymywaną przez pacjenta w stosunku do dawki otrzymywanej z wykorzystaniem błony RTG Zdolność rozdzielcza układów cyfrowych jest nieco gorsza niż błony

37 37 Systemy rejestracji bezpośredniej

38 38 Rejestracja pośrednia - Image plate (płytka obrazująca, pamięciowa) Zasada działania: Wykorzystuje się własność niektórych substancji (halogenki baru aktywowane europem) polegającą na powstawaniu metatrwałych stanów wzbudzonych w powłokach atomowych na skutek oddziaływania z promieniowaniem jonizującym, których liczba i rozkład jest proporcjonalna do ilości oddziaływujących kwantów promieniowania. Powstaje obraz utajony w postaci rozkładu stanów wzbudzonych, płytę odczytuje się skanując ją laserem. Wiązka lasera oświetlając płytę punkt po punkcie wymusza powrót atomów do stanu podstawowego co skutkuje emisją światła. Mierzy się intensywność emitowanego światła. Po odczytaniu płyta jest gotowa do ponownego użytku. Płytki pamięiowe zastępują w rentgenodiagnostyce układ błona RTG – folia wzmacniająca.

39 39 Zagadnienie 5 Radiologia warstwowa - pantomografia

40 40 Radiologia warstwowa

41 41 Pantomografia Pantomografia jest odmianą i bardziej skomplikowaną wersją radiologii warstwowej. Stosuje się ją w stomatologii.

42 42 Pantomografia

43 43 Zagadnienie 6 Tomografia komputerowa – budowa i zasada działania tomografu

44 44 Tomografia komputerowa (TK)

45 45

46 46

47 47 Liczba pomiarów: 20 Liczba niewiadomych: 100

48 48 Techniki skanowania w TK Skolimowana wiązka promieniowania X tzw. pencil beam

49 49 Techniki skanowania w TK Wiązka uformowana w wachlarz tzw. fan beam

50 50

51 51 Sekwencyjna / spiralna TK

52 52 Wielorzędowa TK

53 53 Tomografia komputerowa -mierzymy rozkład liniowego współczynnika osłabienia promieniowania X (  -gęstość wyrażana jest w jednostkach względnych (HU - Hounsfield Units) -dawka promieniowania jonizującego równa jest dawce otrzymywanej w kilku(nastu) standardowych badaniach RTG -energie stosowane w TK: keV -czas obrotu lampy wokół pacjenta ~ 0.5 s -czas skanowania w spiralnej TK ~ 20 s

54 54

55 55 Zagadnienie 7 Prezentacja wyników badań tomograficznych (jednostki Hounsfielda, okno tomograficzne)

56 56 Jednostki Hounsfield’a TkankaHU Kość1000 Wątroba40 ÷ 60 Istota biała46 Istota szara43 Krew40 Mięśnie10 ÷ 40 Nerki30 Płyn mózgowo-rdzeniowy15 Woda0 Tkanka tłuszczowa-100 ÷ -50 Powietrze-1000

57 57 Okno tomograficzne Szeroki zakres zmienności HU wymaga stosowania co najmniej 11 bitów w opisie obrazu tomograficznego (zwykle 12 bitów stopni) Ze względu na ograniczenia oka ludzkiego pod względem rozróżniania odcieni szarości monitory komputerowe posługują się skalą 8 bitową (256 stopni) Przeskalowanie liniowe skali Hounsfield’a na skalę szarości powoduje, że subtelne różnice (np. pomiędzy istotą szarą i istotą białą nie mogą być rozróżniane) Z w/w powodów stosuje się tzw. okno tomograficzne

58 58 Okno tomograficzne

59 59

60 60

61 61 Zagadnienie 8 Dozymetria promieniowania jonizującego

62 62 Zakład Biofizyki CM UJ Wielkości stosowane w ochronie radiologicznej – normy bezpieczeństwa Dawka ekspozycyjna (E) Absorpcja w powietrzu [E] = 1 C/kg [E] = 1 R (rentgen) 1 C/kg = 3876 R

63 63 Zakład Biofizyki CM UJ Dawka pochłonięta (D) Absorpcja w dowolnej substancji D można mierzyć w fantomach i wyliczać poprzez pomiar dawki ekspozycyjnej i znaną energię jonizacji atomów wchodzących w skład tkanki. → radiometry, dozymetry [D] = 1 J/kg = 1 Gy (grej)

64 64 Zakład Biofizyki CM UJ Moc dawki (P) Dawka pochłonięta w jednostce czasu. P=D/t [P] = 1 Gy/h[P] = 1 Gy/min [P] =1 Gy/rok

65 65 Zakład Biofizyki CM UJ E oraz D opisują jedynie pochłoniętą energię, nie mówiąc o skutkach biologicznych, które zależą od: (1)rodzaju promieniowania (różne mechanizmy oddziaływania), (2)naświetlonego organu H uwzględnia rodzaj promieniowania: H = D · w R w R - współczynnik wagowy promieniowania [H] = 1 Sv (siwert) = 1 J/kg Równoważnik dawki (H)

66 66 Zakład Biofizyki CM UJ Wagowe współczynniki promieniowania Rodzaj promieniowaniawRwR Fotony1 Elektrony1 Protony > 2 MeV5 Ciężkie jony20 Neutrony < 10 keV5 Neutrony ( keV)20 Neutrony > 20 MeV5

67 67 Zakład Biofizyki CM UJ Efektywny równoważnik dawki (H E ) H E uwzględnia rodzaj promieniowania i rodzaj naświetlanego narządu: w T – współczynnik wagowy tkanek [H E ] = 1 Sv Średnia roczna H E w Polsce → 3,3 mSv (od promieniowania naturalnego)

68 68 Zakład Biofizyki CM UJ Tkanka lub narządWTWT Gruczoły płciowe0.20 Szpik kostny0.12 Jelito grube0.12 Płuca0.12 Żołądek0.12 Pęcherz moczowy0.05 Gruczoły sutkowe0.05 Tkanka lub narządWTWT Wątroba0.05 Przełyk0.05 Tarczyca0.05 Skóra0.01 Kości (powierzchnia)0.01 Pozostałe0.05 Razem:1.00 Efektywny równoważnik dawki (H E )

69 69 Zakład Biofizyki CM UJ Dawka progowa Minimalna dawka wywołująca efekt. Organ / tkankaEfektH [Sv] JądraCzasowa niepłodność Trwała niepłodność ÷ 6.0 SoczewkaZmętnienie Katarakta 0.5 ÷ Szpik kostnyOdwracalne zahamowanie funkcji krwiotwórczych 0.5

70 70 Zakład Biofizyki CM UJ Dawka letalna (śmiertelna) LD (H E ) – dawka po dostarczeniu której następuje śmierć połowy populacji w ciągu 30 dni. OrganizmLD [Sv] Wirus5000 Wąż800 Nietoperz150 Szczur8 Człowiek2.5 ÷ 3 Pies2.6

71 71 Zakład Biofizyki CM UJ Limity dawek ZawodowyOgólny H E roczna (<> 5 lat) [mSv]50 (20)1 Rogówka (H) [mSv]15015 Skóra (H) [mSv]50050 Ręce, stopy (H) [mSv]50050

72 72 Maksymalna zmierzona moc dawki pochodzącej od lampy rentgenowskiej na pracowni wynosi 0,24 µSv/h (moc mierzona w odległości 10 cm od okienka lampy). (a) Jaka jest moc dawki, którą otrzymuje student stojąc w odległości 1 m od okienka lampy? (b) Jak długo bez przerwy należałoby pracować z lampą rentgenowską na pracowni, żeby otrzymać dopuszczalną roczną dawkę przewidzianą dla osób nie związanych zawodowo z promieniowaniem jonizującym? Dane: P 1 = 0,24  Sv/h Szukane: D 1 = ? r 1 = 10 cm P 2 = ?   r 2 = 1 m t dop = ? H E = 1 mSv w R = 1 Zadanie 1

73 73 Oblicz przybliżoną grubość osłony ołowianej osłabiającej natężenie promieniowania X 10-krotnie. Liniowy współczynnik osłabienia ołowiu dla promieniowania X o energii 100 keV wynosi w przybliżeniu 60 m -1. Dane:  = I 0 /10 Szukane: x = ? E = 100 keV  = 60 m -1 Zadanie 2

74 74 KONIEC Seminarium 3


Pobierz ppt "1 Zakład Biofizyki CM UJ Seminarium 3 Promieniowanie jonizujące w medycynie."

Podobne prezentacje


Reklamy Google