Elektromagnetické záření, zdroje
záření, měření ionizujícího záření
(denzitometrie), ochrana před
ionizujícím zářením
Biofyzika
Doc. Ing. Jana Kolářová, PhD.
Ing. Vratislav Harabiš, (PhD.)
Ústav biomedicínského inženýrství,
VUT v Brně
Elektromagnetické spektrum
2
Elektromagnetické záření o
vlnové délce λ (ve vakuu) má
frekvenci f a jemu připisovaný
foton má energii E. Vztah mezi
nimi vyjadřují následující
rovnice:
l = c/f
a
E = h.f,
kde c je rychlost světla (3×108 m/s),
h = 6.65 × 10−34 J·s = 4.1 μeV/GHz
Planckova konstanta.
3
Elektromagnetické pole
řazeno sestupně podle l:
 gama záření
 rentgenové záření o vlnových délkách 10 - 0,1 nm,
 ultrafialové záření o vlnových délkách 400 - 10 nm,
 viditelné světlo o vlnových délkách 400 - 800 nm,
 infračervené záření 300 GHz - 400 THz,
 rádiové vlny
 centimetrové vlny a kratší,(mikrovlnné záření), 3 – 300 GHz,
 ultra krátké vlny UKV (UHF), 0,3 - 3 GHz,
 velmi krátké vlny VKV (VHF), 30 - 300 MHz,
 krátké vlny - KV (HF) 3 - 30 MHz,
 střední vlny - SV (MW,AM) 0,3 - 3 MHz,
 dlouhé vlny – DV (LF) < 500 kHz,
 velmi dlouhé vlny (VLF), 3 - 30 kHz,
 extrémně dlouhé vlny (ELF), 3 – 3000 Hz.
neionizující
ionizující
Ionizující záření
 nazýváme takové záření, jehož kvanta mají natolik vysokou energii, že
jsou schopna vyrážet elektrony z atomového obalu a tím látku
ionizovat.
emise ionizujícího záření může být vyvolána:
 vzájemným působením mezi elementárními částicemi nebo fotony s
atomovými jádry
 spontánním rozpadem atomových jader přírodních nebo uměle
vytvořených radionuklidů
 energie potřebná ke vzniku iontů je zpravidla 0,1 ÷ 10 MeV
4
Ionizující záření
 přímo ionizující
- kvanta nesou elektrický náboj a proto přímo vyrážejí či vytrhávají
Coulombickými elektrickými silami elektrony z atomů,
- a, b- a b+, protonové záření p+ atd.
 nepřímo ionizující
- kvanta nejsou elektricky nabita;
svou kinetickou energii předávají v látce nejprve nabitým částicím
(většinou elektronům) a ty teprve přímými účinky na atomy látku
ionizují.
- záření rentgenové a záření g, záření neutronové.
5
Ionizující záření
typ záření Q
X, g, b 1
pomalé neutrony 2-3
rychlé neutrony,
protony s vysokou energií
10
a, částice s násobným nábojem, částice
z rozpadu a těžké částice s neznámým
nábojem
20
6
 z hlediska fyzikálních, chemických a zvláště biologických účinků ionizujícího
záření na ozařovanou látku se záření někdy ještě dělí podle hustoty ionizace,
kterou v látce při svém průchodu vyvolává:
 řídce ionizující - záření X, g, b.
 hustě ionizující - záření a, neutronové záření, protonové záření.
bilogické účinky záření
jakostní faktor Q
- udává, kolikrát je dané záření
biologicky účinnější než záření
fotonové (X nebo g).
Záření vlnové,korpuskulární
 vlnění se může chovat jako proud částic
a částice naopak mají vlnové vlastnosti.
 záření vlnové - mo = 0: kvanta tohoto záření nemají klidovou hmotnost, jsou to
kvanta vlnění, pohybující se rychlostí světla; pokud je zabrzdíme, odevzdají
veškerou svou energii a zaniknou, (elektromagnetické záření jehož kvanta jsou
fotony, RTG, g, brzdné záření),
 záření korpuskulární - mo > 0: kvanta tohoto záření mají nenulovou klidovou
hmotnost, jedná se o proud hmotných částic pohybujících se rychlostí menší než
rychlost světla, které si zachovávají svou existenci i po zastavení pohybu. Patří
sem záření a, b-, b+, protonové záření p+, neutronové záření no, neutrinové
záření n a řada dalších druhů záření vznikajícího při vysokoenergetických
srážkách elementárních částic.
 mo je hmotnost částice měřená v inerciální vztažné soustavě v níž je částice v
klidu.
7
Pole záření, intenzita záření
 pole záření - kvanta záření, šířící se v prostoru,
 svazek záření - kvanta záření se pohybují v daném místě prostoru převážně
jedním určitým směrem.
 intenzita záření – základní charakteristika pole záření - rozhoduje o míře
účinků záření na hmotu v daném místě.
 fluence částic (tok částic, resp. hustota toku částic) je definována jako počet kvant
záření procházejících za 1 sekundu jednotkovou plochou postavenou v daném místě
kolmo ke směru šíření kvant.
Vyjadřuje se jako (počet částic)/m2.
(zjednodušeně platí pro rovnoběžný svazek záření)
 fluence energie (tok energie, resp. hustota toku energie) je definována analogicky,
avšak místo počtu kvant se bere jejich energie.
Jednotkou je W/m2.
8
Šíření záření od bodového zdroje
9
Intenzita záření ~1/d2
Průchod částic látkou
10
Interakce záření při průchodu hmotou
 elektromagnetické interakce u nabitých částic způsobují
 Coulombovský rozptyl,
 pochody ionizace a excitace atomů i jader,
 radiační procesy jako je brzdné záření,
 Čerenkovovo záření.
 elektromagnetické interakce jsou nejčastějšími a nejdůležitějšími
procesy při průchodu většiny druhů záření v praxi,
 využívají se nejčastěji při detekci ionizujícího záření.
11
Interakce záření při průchodu hmotou - průlet kvant
 částice ztrácejí energii, jsou tedy brzděny a nakonec i zastaveny
(je-li látkové prostředí dostatečně velké)
 záření má v látce omezený dolet či dosah,
 maximální dolet Rmax,
 efektivní dolet R90, což je vzdálenost, v níž se absorbuje 90% původní
emitované energie částic,
 ionizační stopa z volných záporných elektronů a kladných iontů,
 část těchto iontů a elektronů opět vzájemně rekombinuje, avšak část jich
může vyvolat nové chemické vazby a reakce v okolní látce
 tepelné účinky
12
Interakce nabitých částic
 excitace atomu – energie – "vyzdvižení" elektronu na vyšší energetickou
hladinu – nestabilní stav
 dexcitace – návrat elektronu + vyzáření fotonu elmg. záření
 při excitaci elekronů na vnějších slupkách je emitováno viditelné světlo,
 při excitaci na vnitřních slupkách pak fotony charakteristického
rentgenového záření,
 ionizace atomu – energie dostatečná k uvolnění elektronu z mateřského
atomu
 primární
 sekundární
13
Interakce nabitých částic - nepřímo ionizující záření
 fotony záření g
 nemají elektrický náboj,
 ionizace atomů není způsobena elektrickými silami
 foton je kvantem rychle kmitajícího elektrického a magnetického pole, takže
když se do "těsné blízkosti" tohoto kmitajícího pole dostane elektron, může
obdržet elektromagnetickou energii a být fotonem urychlen.
 interakce záření g s látkou může probíhat
 fotoefekt
 Comptonův rozptyl
 tvorba elektron-pozitronových párů
 jaderný fotoefekt
 jaderná absorpce
14
Interakce nabitých částic - nepřímo ionizující záření
15
interakce záření g
Interakce nabitých částic - nepřímo ionizující záření
neutronové záření
 nemají elektrický náboj,
 ionizace atomů není způsobena elektrickými silami, ionizace je způsobena až
sekundárními částiceni
 ve vakuu se neutrony pohybují sice volně a bez odporu, avšak jejich "dolet
jakožto neutronů" není neomezený,
 volné neutrony se spontánně rozpadají radioaktivitou b- s poločasem asi 12
minut na protony, elektrony a (anti)neutrina,
 neutrony po vstupu do látky reagují téměř výhradně s atomovými jádry
16
Absorbce záření v látkách
všechny mechanismy interakce záření s hmotou způsobují, že aspoň část
kvant ionizujícího záření se při průchodu látkou absorbuje.
 málo pronikavého záření - pohltí se všechno,
 pronikavého záření - část kvant se pohltí
a část projde.
17
Absorbce záření v látkách
I = I o . e - m . d ,
18
kde absorbční koeficient m se nazývá lineární součinitel
zeslabení.
- jeho hodnota závisí na hustotě a protonovém čísle
absorbčního materiálu a výrazně též na energii záření Eg:
m = m(r,Z,Eg).
-
lineární součinitel zeslabení m
m ↑ - r ↑ a protonové číslo Z dané látky ↑,
m ↓ - energie záření E ↑.
Stínění
záření a heliová jádra (2 protony a 2 neutrony)
 malá pronikavost,
 lze odstínit velmi snadno, např. tenká vrstva
(milimetrová) lehkého materiálu, př. plastu,
 pokud je zářič smíšený a+g, stínění proti g automaticky dokonale odstíní i
záření a.
záření bstačí
lehké materiály (jako je plexisklo nebo hliník) 5-10mm,
nejlépe v kombinaci s následnou tenkou vrstvou olova k odstínění brzdného
elektromagnetického záření vzniklého zabrzděním elektronů b v lehkém stínícím
materiálu.
záření b+
vrstva lehkého materiálu + poměrně silná vrstva olova (nejméně cca 3 cm),
abychom odstínili tvrdé záření g o energii 511keV, vznikající při anihilaci
pozitronů b+ s elektrony e-.
pro záření g a X jsou nejvhodnějšími stínícími materiály látky s velkou měrnou
hmotností (hustotou) – především olovo, wolfram, uran, olovnaté sklo, (záření
g o energii cca 100keV stačí vrstva olova tloušťky 2mm)
neutronové záření obecně složitější
1. krok – zpomalení rychlých neutronů,
2. krok – absorpce zpomalených neutronů, absorbce neutronů v jádrech kadmia nebo
boru je doprovázena emisí záření g,
3. krok - stínění g, stínění proti neutronům tedy obecně musí sestávat ze tří
vrstev: vrstva lehkého materiálu bohatého na vodík (např. polyetylén), vrstva
kadmia nebo bóru, a nakonec vrstva olova
Radioterapie
 Teleterapie – zevní radioterapie
zdroj záření je umístěn vně těla a ozařuje se cíl skrz kůži,
 Brachyterapie - vnitřní radioterapie
zářiče jsou umístěny v cílovém objektu nebo v jeho
bezprostřední blízkosti, zdroje otevřené (roztoky či suspenze),
zdoje uzavřené (pevné)
20
Využití ionizujícího záření v terapii - RADIOTERAPIE
 ionizující záření (přírodní x umělé)
 záření radionuklidů,
 svazky elektronů,
 brzdné RTG záření,
 aplikace
 radikální
 paliativní
 vnější ozařování
 vnitřní ozařování
21
Zdroje ionizujícího záření
 radionuklidy
 speciální zařízení – urychlovače částic
 zdroje záření rozdělujeme na:
 radionuklidové (více jak 1 000)
přirozené radionuklidy (atomy prvků s atomovým číslem větším než 83),
uměle připravené radionuklidy (bombardováním stabilních izotopů
urychlenými částicemi).
 nenuklidové (všechny urychlovače nabitých částic)
svazky elektronů,
brzdné záření (konvertor Pb, W, Ta, U, Au).
22
Radionuklidy
Přírodní
např. 40K, 226Ra, 222Rn, 238U
Radioaktivita neboli radioaktivní rozpad
- je samovolná přeměna jader nestabilních nuklidů na jiná jádra, při níž vzniká
radioaktivní záření, což je ionizující záření vznikající při radioaktivním rozpadu.
- změní-li se počet protonů v jádře, dojde ke změně prvku.
- radioaktivitu objevil v roce 1896 Henri Becquerel u solí uranu.
- k objasnění podstaty radioaktivity zásadním způsobem přispěli francouzští
fyzikové Pierre Curie a Marie Curie.
23
24
Charakteristika zdroje:
 emitovaný druh záření,
 energetické spektrum
 vydatnost - rychlost a směrová charakteristika emise.
 vydatnost radioizotopového zdroje záření je dána jeho aktivitou [Bq],
 emise záření tohoto zdroje je do všech směrů izotropní,
 vlivem spontánního rozpadu klesá jeho aktivita s časem podle exponenciálního zákona:
obě veličiny jsou pro radionuklid charakteristické.
 v certifikátech zářičů se uvádí i jejich expoziční vydatnost, což je expoziční rychlost (příkon),
kterou zářič dává v definované vzdálenosti (1m).
 vydatnost urychlovače, jako zdroje nabitých částic,
se vyjadřuje proudem těchto nabitých částic - nejčastěji elektronů [A].
l
l
2ln
2
1
0

 -
t
eAA t
A … aktivita
l… rozpadová konstanta související s poločasem rozpadu nuklidu
t1/2 … poločas rozpadu
Rentgenovo záření
 Rentgenka
elektrony jsou emitovány z katody
urychlovány k terčíku na anodě, v němž je dopadem elektronů
buzeno elektromagnetické záření nazývané rentgenové.
 Brzdné rentgenové záření vzniká při změně rychlosti pohybu
elektronu v elektromagnetickém poli atomů anody. Spektrum
brzdného záření je spojité.
 V lékařských rentgenkách je energie elektronů dopadajících na
anodu od několika desítek keV až do 500 keV při proudu 50 mA
až 1 A
25
Brzdné rentgenovo záření
26
Účinky záření na tkáně
 změny chemických, fyzikálních vlastností látek:
 excitace atomů a molekul,
 ionizace atomů a molekul,
 generování sekundárních elektronů, vznik volných radikálů H, OH, HO2
(hydroperoxylový) a tím vyvolané změny v buňkách.
 postradiační stavy závisí od druhu ionizujícího záření
 účinky záření na živé tkáně jsou vysvětlovány několika koncepcemi:
 - teorií nepřímého účinku (radikálová teorie),
 - teorií citlivého objemu buňky (přímého účinku),
 - teorií dvojného radiačního účinku,
 - molekulárně biologickou teorií.
27
Účinky záření na tkáně
 radikálová teorie
ionizující záření způsobuje fyzikální i chemické změny jak v buňce, tak jejím okolí
spojené s radiolýzou substrátů, zvláště pak vody,
produktem těchto reakcí jsou různé radikály vedoucí i ke vzniku peroxidu vodíku
H2O2,
koncentrace i charakter těchto radikálů závisí na přítomnosti kyslíku v ozařované
atmosféře - kyslíkový efekt,
kyslík stimuluje vznik radikálů a brzdí reparační procesy,
dochází tak ke změnám pH (ve stopě záření klesá, v okolí se zvyšuje), změně hustoty viskozity
uvnitř cytoplasmy, změně potenciálu buněčných membrán, změně
osmotického tlaku v buňkách,
prostřednictvím těchto změn může dojít k poškození až usmrcení buněk.
28
Radiolýza
vody
29
29
Celkový účinek záření na organismus
 se vyjadřuje letální dávkou LD50
- dávka, při které polovina ozářených organismů zmírá,
pro člověka je LD50 = 5 Gy,
 nejvýraznějším specifikem účinků ionizujícího záření na živé organismy je
jeho vliv na genetický aparát buněk (přímá interakce záření s molekulami
DNK (deoxyribonukleové kyseliny) v chromozomech),
 genetické poruchy - mutace genů se přenášejí do dalších generací a mohou
být vyvolány i velmi malými dávkami záření,
 kumulativní charakter účinku i malých dávek
 na úrovni tkání a orgánů klesá radiosenzitivita (citlivost vůči záření) zhruba v
tomto sledu:
kostní dřeň, lymfoidní orgány, pohlavní žlázy, střeva, kůže, epiteliální
výstelky, tenké cévy, chrupavka, kost, dýchací ústrojí, žlázy zažívacího traktu,
endokrinní žlázy, svaly a centrální nervový systém.
30
Účinky ionizujícího záření na lidský organismus
 časné a pozdní,
 časné
- akutní lokální změny (kůže)
- poškození plodu,
- akutní nemoc z ozáření - nejzávažnější,
akutní lokální změny rozvíjí se po celotělové expozici vyšší dávkou, podle
velikosti dávky se v klinickém obraze objevují fáze:
hematologická - dávka 3 ÷ 6 Gy,
projevy: nevolnost, zvracení, krvácení, průjmy,
gastrointestinální - dávka vyšší než 10 Gy,
projevy: proucha hospodaření s tekutinami, zánik střevní výstelky, střevní zástava,
úmrtí - kolaps krevního obrazu.
nervová - dávka kolem 50 Gy, kdy po psychické dezorientaci, poruše koordinace pohybů,
křečích a hlubokém bezvědomí nastává smrt,
selhává kardiovaskulární a respirační systém, nastává edém (otok) mozku.
 pozdní - lokální změny (oko, kůže),
- zhoubné nádory,
- genetické změny
31
Účinky ionizujícího záření na lidský organismus
 somatické (jedinec) a genetické (potomstvo),
 stochastické a nestochastické.
 stochastické účinky záření se s jistou pravděpodobností objevují po každé expozici hovoříme
o poškození bez prahu (pozdní účinky),
 nestochastické účinky záření se objevují až po expozici definované velikostí poškození
s prahem (časné účinky),
 - proti těmto velice negativním účinkům ionizujícího záření na lidský organismus
působí reparační procesy samotného organismu.
- látky, které obsahují sulfhydrylovou skupinu (SH) reagující s radiačně
produkovanými radikály, mají radioprotektivní (ochranný) účinek,
- při každé aplikaci ionizujícího záření na organismus je třeba zvážit radiační
riziko.
32
Principy radioterapie
využití radiačních účinků ionizujícího záření
 léčení maligních (zhoubných) nádorů,
nádorová tkáň vykazuje vyšší citlivost vůči záření,
(zhruba 60% všech rakovinných onemocnění vyžaduje
radioterapeutickou léčbu,
kombinace s chirurgickým výkonem a chemoterapií),
aplikace jen na tumory radiosenzitivní, (existují však i
radiorezistentní tumory jako: osteosarkom (nádor kosti),
fibrosarkom (nádor vazivové tkáně), melanom (nádor z
pigmentových buněk))
33
Radioterapie nádorových onemocnění
 postupy (ohled na aktuální stav pacienta):
 radikální radioterapie - úplné zničení nádorových buněk, vyléčení nádoru,
postup vyžaduje intenzivní ozařování,
celková dávka 40 ÷ 60 Gy, 5x týdně po 2 Gy,
 paliativní radioterapie - dočasné zlepšení stavu pacienta (tišení bolestí),
celková dávka 20 ÷ 40 Gy (po 2 Gy).
 ionizujícící záření
 léčení zhoubných nádorů
 i některá nezhoubná onemocnění:
degenerativní procesy kostí a kloubů,
některé dermatózy (kožní choroby),
celková dávka 1÷3Gy, 2÷3x týdně 0,2÷1Gy.
34
Přípustné dávky pro zdravotnický personál
 aplikované terapeutické dávky
 vyhláška č. 184/1997 Sb. SÚJB o požadavcích na zajištění radiační ochrany
 kategorie pracovníků v oboru ionizujícího záření,
 přípustné limity ozáření,
 technické a organizační požadavky na zabezpečení rozumně dosažitelných
úrovní radiační ochrany
- zevní a vnitřní ozáření:
dávka 100mSv/5let (po sobě),
max. dávka 50mSv/rok,
- dávka na 1 cm² kůže (ruce, nohy): 500 mSv/rok,
- vnitřní ozáření radionuklidy při vdechnutí: 20mSv s konverzním faktorem
pro příjem odpovídajícího radionuklidu za rok.
35
Technické a organizační podmínky radiační ochrany
personálu
bývají vymezeny
 automatickým zabezpečovacím zařízením a provozním řádem
ozařovny.
 labyrintový systém vstupu do ozařovny,
 systém dozimetrické kontroly,
 sledování koncentrace radiolytických produktů v ovzduší ozařovny
- ozonu a oxidů dusíku,
 nejvyšší přípustné koncentrace dle ČSN:
ozon: 100 µg/m³,
oxidy dusíku: 5 mg/m3.
 výkonné odvětrávací zařízení
(s podtlakovou hermetizací).
36
Vnější ozařování
zdroje: radionuklidové zdroje záření gama 60Co a 137Cs, nenuklidové zdroje s RTG
svazky, urychlené elektrony, brzdné záření.
volba zdroje: dle požadovaného dosahu a rozsahem aplikace, možnosti:
 na krátké vzdálenosti - povrchová terapie,
kdy se záření aplikuje na nádory uložené do 5 cm pod povrchem.
využívá se:
- radionuklidových zářičů 60Co, 137Cs,
- RTG záření při napětí do 140 kV,
- urychlených elektronů s energií 7 ÷ 10 MeV,
 teleterapii (cca 1 m) - hloubková terapie,
kdy se požaduje větší dosah,
využívá se:
- velkých radionuklidových zářičů,
- RTG záření při napětí 200 kV a více,
- urychlených elektronů s energií > 15MeV,
- brzdné záření betatronů.
37
Srovnání svazků záření
38
Vnější ozařování
 povrchová terapie
aplikace: nízkoenergetická záření, která jsou absorbována v povrchových
vrstvách ozařovaných tkání,
 hloubková terapie
aplikace: záření vyšších energií pro zajištění požadovaného dosahu,
 energie všech užívaných radionuklidových zdrojů jsou tabelovány,
 rentgenové záření
efektivní energie - energie monoenergetického záření se stejným
penetračním účinkem jako má užité spojité záření,
 energie urychlených elektronů je charakterizována nejpravděpodobnější
energií před výstupem z urychlovače a nejpravděpodobnější energií na
povrchu ozařovaného objektu (bývá až o 10% menší).
39
Dávka x hloubka
 Rp ...
praktický
dosah,
 R50 ...
poloviční
dosah,
 R80 ...
terapeutický
dosah,
 R100 ... dosah
při maximální
dávce.
40
Popis svazku při hloubkovém ozařování
 povrchová dávka je dávkou na kůži - dávka
ve vzduchu těsně nad kůží zvětšenou o
dávku ze záření rozptýleného ve tkáni,
 maximální a minimální ložiskové dávky jsou
dávky při vstupu a výstupu záření z ložiska
nádoru,
 rozdíl obou těchto dávek by měl být co
nejmenší, protože požadujeme co největší
homogenitu ozáření ložiska,
 spád velikosti dávky z ložiska do okolních
tkání by měl být co největší,
 maximální dávka v ložisku by měla co
nejvíce sledovat tvar ložiska nádoru,
41
 výstupní dávka je dávkou
při výstupu záření
z tkání organismu.
 !!! Cílový objekt
Statická terapie
 jeden zdroj záření
 statické nastavení zářiče i pacienta,
 více zdrojů záření z různých směrů,
- rozložení ozáření povrchu tkáně na větší plochu,
 2 zdroje:
kontralaterální ozařování dvěma protilehlými zdroji,
konvergentními (sbíhavými),
tangenciálními (tečnými) poli.
 3 zdroje: Y technika, T technika,
 4 zdroje: technika křížového ohně (pole na sebe kolmé)
- k jemnějšímu nastavení dávek záření v hloubce se vkládají do svazků kovové vložky,
klíny.
42
Pohybová terapie
 pohyb zdroje záření nebo pohyb pacienta
 rotační terapie,
 kyvadlová terapie,

vysoká dávka v ložisku nádoru,
její prudký spád v okolí,
minimální radiační zátěž kůže.
43
srovnání distribuce dávky různými technikami ozařování
Stanovení dávky
 modelová měření - fantomy
naplněné látkami blízkými svými
absorpčními vlastnostmi tkáním
lidského těla (voda, parafin),
 aplikace ozáření tkáně realizováno
za podmínek příslušných dané
mapě
 odečtení dávek z grafu,
 znalost izodozních křivek
plánování radioterapie (dávky:
nádor, mimo něj)
44
izodozní křivky RTG záření
(200 keV), filtrované vrstvou
1 mm Cu a 1 mm Al se vzdáleností
ohnisko-kůže OK = 50 cm
Urychlovače elektronů
 podle dráhy urychlovaných částic
 kruhové
 betatron, v němž se elektrony urychlují po kruhové dráze uvnitř vyčerpané
trubice prstencového tvaru.
 cyklotron, který slouží k získávání svazků nabitých částic o vysoké energii
 Lineární:
 lineární urychlovač - elektrony jsou v něm urychlovány elektromagnetickou
vlnou po přímkové dráze.
 Urychlovače elektronů mohou sloužit i jako zdroj intenzivního brzdného rentgenového záření s energií
podstatně vyšší než mohou poskytnout rentgenky;
brzdné záření se získává dopadem svazku urychlených elektronů na kovovou fólii.
V praxi se běžně setkáváme s lékařskými urychlovači v oblasti energií do desítek MeV. Kromě elektronových
urychlovačů jsou na některých zahraničních pracovištích využívány pro léčbu nádorových onemocnění i
urychlovače protonů a těžkých iontů.
45
46
urychlovač elektronů VARIAN
47
Leksellův Gamma nůž
201 gamma zářičů – paprsek
záření je přesně
směrován do centra záčení
pomocí kolimátirů
=> pole s vysokou intenzitou
gamma záření
v oblasti přesně definovaných
rozměrů
kolimátory
Stopovací diagnostika pomocí radionuklidů
Měření je možno provádět:
 na odebraných vzorcích “in vitro” (“ve skle”)
 přímo na organismu “in vivo” (“v živém”)
48
Stopovací diagnostika pomocí radionuklidů
 radionuklid se zavede do těla pacienta (buďto intravénózně nebo požitím
(perorálně).
 v závislosti na chemických vlastnostech radionuklidu nebo nosiče
(= látky na kterou je radionuklid pevně vázán) je zachytáván orgány,
které na něj mají afinitu (např. štítná žláza a ledviny na radioiod 131I,
který má poločas rozpadu 8 dnů, 132I, který má poločas rozpadu 2 až 3
hodiny).
 druh použité radioaktivní látky volíme podle toho, co a jakým způsobem má
být měřeno,
 stupeň vychytávání podaného radionuklidu v cílovém orgánu a
vylučování slouží jako kritérium pro hodnocení funkce příslušných
orgánů.
49
Stopovací diagnostika pomocí radionuklidů
 při měření na odebraných vzorcích se vzorky obvykle umístí do zkumavky a
vloží do detektoru záření.
 při měření přímo na organismu je detektor umístěn vně těla pacienta a
snímá záření proniklé z určité malé oblasti těla.
 poločas rozpadu radionuklidu - krátký. (poločas rozpadu je čas potřebný
k tomu aby se počet radioaktivních částic snížil na polovinu)
 zdroj g záření - dostačující pronikavost
 pro tyto účely se používají radioizotopy (uměle připravené
radionuklidy), které se v přírodě za normálních okolností nevyskytují.
50
Detekce ionizujícího záření
 ionizující záření je neviditelné
 detekce pomocí příslušných
fyzikálních metod a
vhodné přístrojové techniky.
 detekci ionizujícího záření
 měření jeho energie - spektrometrii.
51
Detekce ionizujícího záření
podle časového průběhu detekce rozeznáváme dvě základní skupiny detektorů:
 kontinuální "on-line" detektory, poskytující průběžnou informaci o okamžité
intenzitě záření či počtu kvant ionizujícího záření.
 (pulzní režim – zpracování každé interakce zvlášť
 odezva (signál, výsledek měření) takového detektoru by měla být
úměrná okamžité intenzitě záření.
 přestane-li být detektor ozařován, signál na jeho výstupu poklesne na
nulu či na hodnotu pozadí.
 kumulativní (integrální) detektory, které postupně shromažďují svou
rostoucí odezvu během expozice.
 interakce jsou detekovány dohromady
 odezva (signál, výsledek měření) zůstává v detektoru uchována i po
skončení expozice a může se vyhodnotit dodatečně.
52
53
Detekce ionizujícího záření
podle komplexnosti měřené informace můžeme měřící přístroje ionizujícího
záření rozdělit na:
 detektory záření, udávající pouze intenzitu záření, resp. počet kvant záření,
bez informace o druhu záření a jeho energii. Sem patří např. filmové a
termoluminiscenční dozimetry, ionizační komory včetně G.-M. detektorů.
 spektrometry ionizujícího záření, které měří nejen intenzitu či počet kvant
záření, ale i energii kvant záření a příp. jeho další charakteristiky. Do této
skupiny patří především scintilační detektory, polovodičové detektory,
magnetické spektrometry. - dále ->
Spektrometry
54
• většinou detektory pracující v pulzním
režimu
• výška každého impulsu je úměrná
energii detekované částici nebo fotonu
• energie interakce není vždy rovna
celkové energii dopadající částice nebo
fotonu
• spektrum impulzů je obvykle
zobrazeno jako graf počtu interakcí
zaznamenaného pro určité množství
energie ve spektrometru jako funkce
energie.
Detekce ionizujícího záření
podle principu detekce rozeznáváme tři skupiny:
 fotografické, založené na fotochemických účincích záření (filmové dozimetry,
rtg filmy, jaderné emulze), nebo využívající fotografické zobrazení stop částic
v určitém látkovém prostředí (mlžné a bublinové komory).
 elektronické, v nichž se část absorbované energie ionizačního záření převádí
na elektrické proudy či impulsy, které se zesilují a vyhodnocují v
elektronických aparaturách,
- ionizační komory (včetně proporcionálních a G.-M. detektorů),scintilační
detektory, polovodičové detektory, magnetické spektrometry, ....
 materiálové, využívající dlouhodobější změny vlastností určitých látek
(barva, složení) působením ionizujícího záření. Vzhledem k nízké citlivosti
jsou použitelné pouze pro vysoké intenzity záření či dlouhodobou
kumulativní detekci.
55
Fotografická detekce ionizujícího záření
 ionizující záření → fotografický materiál obsahujícího halogenidy stříbra
(jako je bromid stříbrný), dochází v místech s ionizací k fotochemické reakci
(uvolňování stříbra ze sloučeniny) a vzniku latentního obrazu, který je při
vyvolání zviditelněn pomocí hustoty zrníček koloidního stříbra.
 hustota zčernání fotografického materiálu je úměrná hustotě ionizace v
daném místě, a tedy množství energie ionizujícího záření, která byla v tomto
místě pohlcena,
 intenzita záření - makroskopický pohled
- dozimetrie, rtg diagnostika, defektoskopie,
 vyhodnocení dráhy nabitých částic - mikroskopický pohled
56
Fotografická detekce ionizujícího záření,
filmové dozimetry
57
 políčko fotografického filmu, světlotěsně zabalené do černého papíru (od
běžného fotografického filmu se liší tím, že má tlustší emulzi s vyšším
obsahem bromidu stříbra),
 plastové pouzdro - opatřené několika malými obdélníčky měděných a
olověných plíšků o různých tloušťkách, které slouží jako filtry pohlcující
záření g v závislosti na jeho energii.