INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIAvaldata/rivelatori/int.rad.mat.varie... · 2011-05-31 · Un fascio...

P. Maestro Radiazioni ionizzanti – Effetti biologici e applicazioni mediche

pag.1

INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA

Radiazioni

ionizzantiInterazione

di

particelle

cariche:

rangeperdita

di

energia

per ionizzazione

perdita

di

energia

per radiazioneInterazione

di

particelle

neutre:

neutronifotoni:

effetto

fotoelettricoeffetto

Compton

produzione

di

coppieattenuazionestrato

emivalente


pag.2

Radiazioni

ionizzantiOgni

radiazione, interagendo

con la materia, cede energia

alla

struttura

atomica/molecolare

del materiale

attraversato.

Se l’energia

ceduta

è

sufficiente

(radiazioni

ionizzanti: E ≥

100 eV), si

verificano

nel

materiale

effetti

distruttivi

(frammentazioni,

rotture

di

legami, ionizzazione,...).

Radiazioni

ionizzanti:- elettromagnetiche

(m=0, E=hν) raggi X e γ

- corpuscolari

(m>0, E= ½

mv2) particelle α, β±, p, n,...

Particelle

cariche: α, β±, p ⇒

ionizzazione

diretta

degli

atomi

del mezzoParticelle

neutre: n, X, γ ⇒

ionizzazione

indiretta

tramite

produzione

di

particelle

cariche

secondarie

L’assorbimento

delle

radiazioni

nella

materia

è

un processomolto

vario

e complesso. I parametri

importanti

sono:

tipo

e energia

della

radiazione

incidente, natura

del materiale.


pag.3

Interazione di particelle caricheTutte le particelle cariche (e±, p, α, nuclei) interagiscono principalmente a causa delle interazioni coulombiane

con gli elettroni del mezzo

attraversato, perdendo rapidamente la loro energia cinetica.

La perdita di energia della particella carica appare principalmente sotto forma di ionizzazione ed eccitazione del mezzo attraversato.

L’energia persa per unità

di lunghezza da una particella carica è proporzionale alla carica al quadrato (z2) della particella, alla densità

del

mezzo.

L’energia cinetica ceduta dalla particella è

praticamente tutta assorbita dal mezzo a una distanza caratteristica, che dipende dalle caratteristiche della particella incidente e del mezzo attraversato.

22

v1ρz

ΔxΔE

∝


pag.4

RangeRange

=

distanza media percorsa dalla radiazione incidente nella materia

In generale, indica la capacità

di penetrare a fondo nella materia.E’

ovviamente tanto più

alto quanto maggiore è

l’energia

(una particella si ferma quando esaurisce la propria energia).

Per un fascio di particelle cariche di data energia, si verificasperimentalmente che il numero di particelle trasmesse rimane pressoché

costante fino a un certo spessore, dopo il quale crolla bruscamente.

N0

x<r>

N0

/2

Range

medio <r>distanza percorsa dal 50% delle particelle


pag.5

Range

ed energia di particelle diverse

0.01 0.1 1 10 100 1000 (MeV)0.1

1

10

100(cm)

R(E)H2O

Escala logaritmica

scalalogaritmica

e

elettroni

p

protoni

alfa

Dipendenza del range

dall’energiain acqua (~ tessuto

biologico)


pag.6

LET

Trasferimento Lineare di EnergiaRapporto tra l’energia totale T trasferita alla materia lungo un cammino

e la lunghezza R del cammino percorso

LET = T/R(misurato in keV/μm, MeV/mm)

Alto LET alta densità di ionizzazione alta probabilità di colpire e danneggiare un sito biologico

Grande variabilità:elettroni: pochi keV/μm

α: diverse centinaia di keV/μm


pag.7

BremsstrahlungLe particelle cariche perdono energia, oltre che per ionizzazione,

anche per irraggiamento (“radiazione di frenamento”

o bremsstrahlung)

Questo processo è

particolarmente importante per gli elettroni. Essi sentono forte repulsione coulombiana

dagli elettroni

atomici, possono perdere anche notevoli quantità

di energia a ogni urto e venire

fortemente deviati.

Pertanto subiscono successive accelerazioni e decelerazioni, e –come tutte le particelle cariche accelerate–

emettono radiazioni

elettromagnetiche, sotto forma di fotoni di energia hν, sempre minore o al limite uguale all’energia degli elettroni incidenti.


pag.8

Interazione di particelle neutre

Al contrario delle particelle cariche, neutroni e fotoni possono essere assorbiti completamente in un’unica collisione (il neutrone

da un nucleo, il fotone da un elettrone atomico o da un nucleo).Al contrario delle particelle cariche, non esistono distanze che

fotoni o neutroni non possano attraversare.L’assorbimento di neutroni e fotoni nella materia –

e quindi

l’attenuazione di un fascio -

ha un comportamento probabilistico.

Neutroni:

•Cattura neutronica•Urti elastici•Urti anelastici

Fotoni:

•Effetto fotoelettrico•Effetto Compton•Produzione di coppie


pag.9

Neutroni

Classificazione delle interazioni secondo l’energia dei neutroni:freddi (E~meV), termici

(E≤0.01 eV), epitermici

(E≤100 keV), veloci

(E~MeV)

Cattura neutronica: n + AZ

X A+1ZX

• spesso seguita da decadimento γ

( reazioni n.γ o di cattura radiativa)• spesso con nucleo finale radioattivo• più

probabile a bassa energia (~ 1/v)

Urti con nucleoni:• cessione di energia a protoni• eccitazione dei nuclei con successiva emissione di raggi γ

I materiali sottoposti a bombardamento neutronico

diventano radioattivi!

Es.

n+147

N 146C + p +0.63 MeV rilascio energia nel corpo umano

n+105

B 73Li + α +2.79 MeV Boron Neutron Cancer Therapy

In tutti i processi l’effetto è

la ionizzazione secondaria


pag.10

Fotoni

Tre processi principali:

Effetto fotoelettrico:Interazione con elettroni atomici interni

Effetto Compton:Interazione con elettroni atomici esterni

Produzione di coppie:Interazione con campo coulombianodel nucleo

In dipendenza da:• energia dei fotoni• n.atomico

del materiale


pag.11

Effetto fotoelettrico


pag.12

Effetto Compton


pag.13

Produzione di coppie

Visualizzazione in camera a bolle (rivelatore di particelle cariche)


pag.14

Assorbimento/AttenuazioneUn fascio di N0

fotoni, attraversando uno spessore Δx

di materiale, viene attenuato in quanto i singoli fotoni vengono assorbiti o deviati

secondo i tre

processi descritti.

Il no

di fotoni che interagiscono nello spessore di materiale Δx(e che quindi vengono sottratti

al fascio originario) èΔN

∝

-N0

Δx

Fascio primario

N0

P

Fascio attenuato

Fotoni diffusi

Attenuatore

Δx

NΔN = - μ

N0 Δx

Il numero di fotoni ancora presenti nel fascio alla profondità

x è:

N(x) = N0

e-μx …come

nella legge del decadimento

radioattivo!


pag.15

Assorbimento esponenzialeI(x) I(x+Δx)

Δx x

X, γ

x = 0

μ

= coefficiente di attenuazione linearedel materiale (cm-1)

1/μ

= spessore dopoil quale il fascio si riduce a I0

/e = 37% I0

Dipende dal materialee dall’energia del fascio

0

25

50

75

100

intensitàtrasmessa(%) I

1/μ

Io

/e

spessore x

μ/ρ

= coefficiente di attenuazione di massadel materiale (cm2/g)

Dipende quasi soltantodall’energia del fascio

Non esistono spessori che fermano totalmente

il fascio!


pag.16

Strato

emivalente

1/μ

=

spessore

dopo

il

quale

rimane

il

37 %

dell’intensità

del fascio

(=1/e)Strato

emivalente

x1/2

= spessore

dopo

il

quale

rimane

il

50 %dell’intensità

del fascio

Relazione

tra

1/μ

e x1/2

:n(x1/2

) = n0

/2 = n0

e-μx1/2

e-μx1/2

= 1/2-μx1/2

= ln

½

= -ln2 = -0.693x1/2

= 0.693/μ

1/μ

x1/2

<1/μ

x1/2

n(t)

x0

0.50

n0

0.37

n0

n0

…come

tempo di dimezzamento!


pag.17

Assorbimento complessivo

μ = μfotoel

+ μCompton

+ μcoppie

1 keV 1 MeV 1 GeVE

1 keV 1 MeV 1 GeV

106

103

1

10 eV

106

103

1

μ(u.a.)

rame Cu (Z=29)

E

μfotoel.

μCompton

μcoppie

μtotaleμfotoel

∝ ρ Z4/E3

μCompton

∝ ρ Z/Eμcoppie

∝ ρ Z2

lnE


pag.18

Assorbimento in diversi materiali

E0.01

(MeV)

0.1

1

10

100

μ/ρ(cm2/g)

0.1 1 10 E

piombo

calcioacqua

μ/ρ

= coefficiente di attenuazione di massadel materiale (cm2/g)

Quasi indipendente dal tipo di materiale

Es.

raggi X da 25 keV

L’intensità

si riduce di unfattore 7 (~14%) in

30 m di ossigenooppure

0.12 mm di rame oppure

32 μm di piombo


pag.19

Rilascio energia in tessuto biologico

0 10 20 cm profondità

di tessuto

1

2

3

4

unitàrelative(cute=1)

X 200 keVelettroni 22 MeV

γ

1.3 MeV

(60Co)

γ

22 MeV

protoni 200 MeV

picco di Bragg

protoni con modulaz. energia

Rilascio di energia di diverse radiazioni in tessuto biologico


pag.20

DOSIMETRIA E RADIOPROTEZIONE

Effetti biologici delle radiazioni•

Range, esposizione

•

Dose assorbita, equivalente, efficace•

Danno

biologico

•

Dosi

limite

e radioprotezione


pag.21

Emissione

e assorbimento di

radiazioni

Le radiazioni

emesse

da

unasorgente

radioattiva

vengono

irraggiate

nello

spazio

in tuttele direzioni.Una

loro

frazione, dipendente

dall’angolo

solido

e dalladistanza

(I∝Ω/r2), colpisce

il

soggetto

esposto

cedendoglienergia. I danni

che

esso

ne

riceve

dipendono

dall’energia, dal

tipodi

radiazione, dagli

organi

che

ne

vengono

colpiti.


pag.22

Penetrazione

(range)

0

10

20

0

10

20

cm

cm

γ

da 60Co γ

da elettroni protoniE=1.3 MeV E=25 MeV E=200 MeV

Radiazioni

α,β,γin diversi

materiali...

... e nel

corpo

umano(impiego

terapeutico)

Range R (∝E) =distanza

media

percorsa

nella

materia


pag.23

Dose assorbita

Dose = energia

assorbita

per unità

di

massa

D = ΔE/ΔmUnità

di

misura:

SI Gray = J/kgpratico rad = 100 erg/g

m = massa

delmateriale

assorbitore,

non della

radiazione!

1 Gy

= 100 rad

Problema: la stessa

dosedovuta

a radiazioni

diverse

e/o

assorbita

da

materiali

diversiproduce effetti/danni

diversi!


pag.24

Dose equivalente

Per uniformità

si

definisce

una

radiazione

standard: raggi

X a 200 keV

Efficacia

Biologica

Relativa: RBE = D(X 200 keV)

/DR= rapporto

tra

le dosi

della

radiazione

standard e della

radiazione

R

che

producono

lo stesso

effetto

nel

materiale

di

riferimento.

Unità

di

misura:SI Sievert = RBE• Graypratico rem = RBE•rad

1 Sv

= 100 rem

Al posto

della

RBE si

usa

ilfattore

di

qualità

QF

che

tiene

conto

degli

effettiglobali

di

ionizzazione

Radiazione

QFfotoni, elettroni

1

protoni

5neutroni

(varie

energie) 5-20

particelle

alfa, nuclei pesanti

20es. 1 Gy

(α) = 10 Sv1 Gy

(X 200 keV) = 1 Sv


pag.25

Dose efficaceUlteriore

problema: la stessa

dose equivalente

assorbita

in organi

o tessuti

diversi

produce effetti/danni

diversi!

Dose efficace

= dose equivalente

“pesata”

a seconda

del diverso impatto

sugli

organi:

Deff

= w•Deq

= w•QF•DA ogni organo/tessutosi

assegna

un

fattore

di

peso w.La somma dei

fattori

di

peso di

tutti

gli

organi

è

1(su

tutto

il

corpo:

dose efficace

= dose equivalente)

Organi

wgonadi 0.20midollo

osseo

0.12

colon

0.12polmone

0.12

stomaco

0.12vescica

0.05

mammella

0.05fegato

0.05

esofago

0.05tiroide

0.05

cute

0.01superfici

ossee

0.01

altri

tessuti

(tot.) 0.05

totale

1.00


pag.26

Dall’irraggiatore

all’irraggiato: sintesiDall’emissione...

...all’assorbimento

Sorgente

radioattivaAttività becquerel, curie

Materiale

irraggiatoEsposizione C/kg, röntgen

AssorbimentoDose assorbita gray, rad

Danno

biologicoDose equivalente/efficace

sievert, rem


pag.27

Gli

effetti

biologici

dipendono

da...


pag.28

Il danno

cellulare

radioindotto


pag.29


pag.30


pag.31

La sensibilità

di una cellula alla radiazione dipende dalla fase della vita della cellula. Cellule con più

alta radiosensibilità

hanno la più

alta frequenza di

divisione cellulare.

Nei mammiferiCellule estremamente radiosensibili: midollo osseo, tessuti linfatici, mucosa

intestinale, ovaie e testicoli, cellule dell’embrione.Cellule meno radiosensibili: encefalo, muscoli, ossa e reni.

L’effetto delle radiazioni sull’uomo dipende non soltanto dalla dose equivalente totale ma anche dal tempo e dal modo in cui essa viene somministrata:• una dose equivalente non frazionata

nel tempo è

più

dannosa della stessa

dose frazionata (⇒

radioterapia)• una dose somministrata all’intero volume del corpo è

più

dannosa della

stessa dose somministrata soltanto a qualche parte del corpo• una dose somministrata ad una parte radiosensibile

del corpo è

più

dannosa della stessa dose somministrata ad una parte radioresistente• dose somministrata a tessuto più

ossigenato

è

più

dannosa della stessa dose a

tessuto poco vascolarizzato

Effetti

dell’irradiazione


pag.32

sogliaDose letale per il 50% popolazioneal 30°

giorno dopo singola esposizione

Effetti

deterministici

(necrosi)


pag.33

Effetti

stocastici


pag.34

I limiti di dose (ICRP60, D. Lgs. 230/95)

Principi

e obiettivi

della

radioprotezione


pag.35

Limiti

di

dose annuaDosi

efficaci

annue

in mSv

Radiazioni

Dose media popolazione

Raggi

cosmici

0.39Radiazione

terrestre

0.46

Radionuclidi

naturali

nel

corpo

0.23Radon e suoi

discendenti

1.3

TOTALE rad.naturali

2.4

Rad.diagnostica

medica

0.33(paesi

industrializzati

1.1 )

Dosi

efficaci

annue

in mSvRadiazioni

Dose media

lavoratoriAttività

ciclo

nucleare

2.9

Attività

altra

industria

0.9Attività

diagnosi/terapia

medica

0.5

MEDIA in attività

con radiazioni

1.1

Limiti

di

dose annua

per radiazioni

artificiali:popolazione

normale

1 mSv/anno

lavoratori

esposti

20 mSv/anno


pag.36

Radiazioni

naturali

e artificialiRadiazioni

naturali

Sorgenti esterne radiazionecosmica

e ambientaleSorgenti interne

40K,226Ra,228Ra,210Pb,14C,222Rn


pag.37

Radiazione

cosmica


pag.38

Il radon nel

terreno


pag.39

Esposizione in esami clinici e altre attività


pag.40

Radioattività

ambientale

in Italia


pag.41

Dosi

annuali

e dosi

acute: sintesi


pag.42

Attività

con uguale valore di rischio

Entità

del rischio da radiazione


pag.43

inserire

schermi

allontanarsi

abbreviare

le procedure

Tempo di

esposizione

L’irradiazione

dipende

da:materiale

interposto

distanza

tempo di

esposizione

RADIOPROTEZIONE

E’

determinante

la durata

dell’esposizione:una stessa dose, assorbita senza danno su tempi lunghi,

può

essere

letale

se assorbita

in tempi brevi(irraggiamento

acuto).


pag.44

Schermature


pag.45

Applicazioni

mediche

delle radiazioni

ionizzanti

Diagnostica•

Radiografia

•

TAC•

Medicina

nucleare

(SPECT e PET)

Terapia•

Radioterapia


pag.46

La diagnostica radiologica è

la branca delle scienze mediche che utilizza le radiazioni ionizzanti artificialmente prodotte. La diagnostica radiologica convenzionale si basa sullo studio delle immagini che si formano tramite l’interazione dei raggi X (trasmessi dal paziente) con il recettore d’immagine.

Fotoni primari: attraversano il

paziente senza interagire ⇒

informazione utile

Fotoni secondari: interagiscono nel paziente e sono deflessi da traiettoria originale ⇒degradano qualità

immagine

Fotoni assorbiti

dal paziente

⇒

dose

Diagnostica radiologica


pag.47

I fotoni primari danno uma misura dellaprobabilità di non-interazione nei tessuti, probabilità che dipende dai coefficienti diattenuazione dei raggi X dei tessuti.

L’immagine è quindi la proiezionebidimensionale delle proprietà di attenuazionedei tessuti lungo la traiettoria dei raggi X.

I fotoni diffusi degradano la qualitàdell’immagine: infatti, mentre i primari sono direttamente correlati alle proprietà di attenuazione del mezzo tramite la legge di attenuazione, i secondari non trasportano informazioni rispetto a tali proprietà.


pag.48

Da dove vengono i raggi X ?

Impossibile una produzione naturaleL’emissione caratteristica di atomi/molecole eccitati per via termica

o elettrica dà

radiazioni elettromagnetiche di energia inferiore

Necessaria una produzione artificialeBisogna produrre fenomeni atomici cui sia associata un’energia

maggiore di quella delle eccitazioni termiche o elettriche

Due metodi:

Emissione per transizioneTransizione diretta di elettroni

legati tra orbitali esterni e interni di un atomo

Emissione per frenamentoProduzione di elettroni libericon alta energia cinetica eloro successivo frenamento


pag.49

Il tubo a raggi X

rete 220 V

trasformatore diodo

anodoA

filamentoF

catodoK

generatore di alta tensione

generatore di corrente

vuoto

+

raggi X

Tubo a vuoto con anodo e catodoGeneratore di tensione + trasformatore:• alta corrente nel catodo• alta d.d.p. tra anodo e catodo

Alta corrente nel filamento:• effetto Joule• effetto termoionico

emissione di elettroniElettroni in alta d.d.p.:• moto accelerato verso l’anodo• urto con l’anodo e cessione di energia

Radiazione di frenamentoRadiazione di transizione


pag.50

Il tubo a raggi XEnergia degli elettroni

nel moto accelerato dalla d.d.p.dal catodo all’anodo/anticatodo

E = T = ½me

v2

= eΔV

è

l’energia totale massimamessa in gioco nel processo

Con questa energia gli elettroni urtano contro l’anticatodo di tungsteno e interagiscono ( perdono energia) con la materia secondo i consueti processi ( interaz.radiazione-materia)


pag.51

Spettro di emissione complessivoSpettro continuo di frenamento

+

Spettro discreto di transizione

ΔV = 84 kV Emax = 84 keV !

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

51015

202530

conteggi (x 109)I

E

Kα

Kβ

(keV)

Energia: dipende da d.d.p.Intensità: dipende da corrente

Bersaglio:anticatodo di tungsteno

Calore da frenamento• Alto punto di fusione• Alta conducibilità

termica

Raggi X da transizione• Alto numero atomico


pag.52


pag.53

La lastra radiografica


pag.54

Scelta dello schermo guidata da accoppiamento tra λ

luce fluorescenza e λ

per

cui si ha massima efficienza della lastra.Per fotoni da 60 keV

si può avere 60%

efficienza e risoluzione 1 mm

Film + schermo di rinforzo


pag.55

μm

Film + schermo di rinforzo


pag.56

Sistema schermo-lastra =

rivelatore

di

raggi

X +

visualizzazione

immagine

+

supporto

di

archiviazione

Range dinamico limitato⇒

Minimo

contrasto

rivelabile

~ 3%

Bassa efficienza di rivelazione

Rivelatore

+ sistema

acquisizione

+ display immagine

+ archivio

digitale

Range dinamico illimitatoNo “fog”

effect

No zona

saturazioneRisposta

lineare

Rivelatore molto efficiente⇒

riduzione

dose

al paziente

Elaborazione software delleimmagini

Radiografia convenzionale/digitale


pag.57

Limiti della radiografia convenzionale:

l’ immagine è proiezione su di un piano di una struttura tridimensionale ⇒perdita dell’ informazione di profondità

Il contrasto minimo rivelabile da una lastra è 3% (corrispondente a differenza di densita’ ottica percepibile dall’occhio umano ~1%) ⇒impossibilità di visualizzare dettagli nei tessuti molli.

La tomografia assiale computerizzata ha risolto molti dei limiti

connessi alla radiografia convenzionale. Questa tecnica:

utilizza raggi X sempre nell’intervallo diagnostico e sfrutta quindi sempre le stesse proprietà di attenuazione dei tessuti attraversati;

consente di effettuare l’immagine di una sezione trasversa all’asse del corpoin studio, con somiglianze ad una sezione anatomica.

TAC : tomografia assiale computerizzata


pag.58

La TAC si contraddistingue dalla radiografia convenzionale per

: • il sistema di rivelazione ed elaborazione dell’immagine;• il sistema d’irraggiamento.

TAC scanner


pag.59

Molte proiezioni ottenute a diversi angoli di rotazione del fascio X

I pixel dell’immagine corrispondono a voxel (elementi di volume) nel paziente.

La scala di grigio nell’immagine è associata al valore di densità in ogni elemento o voxel della fetta.

TAC : ricostruzione dell’immagine


pag.60

TAC : esempi di immagini


pag.61

Radiografia/TAC:• Irradiazione

dall’esterno

• Immagine

in trasmissione• Imaging dell’anatomia

Medicina

nucleare:• Irradiazione

dall’interno

(radiofarmaco)

• Immagine

in emissione• Imaging delle

funzioni

fisiologiche

di

organi

o tessuti. Localizzazione

di

tumori

scintigrafia planare (statica) : proiezione 2D della distribuzione 3D dell’attività

del radiofarmaco

scintigrafia dinamica: più immagini a tempi diversi⇒

diversa

distribuzione

del radiofarmaco

⇒

studio della

funzionalità

dell’organoSingle Photon Emission Computed Tomography (SPECT): ricostruzione diun’immagine

3D con acquisizione

in posizioni

diverse

Medicina nucleare


pag.62

I raggi γ emessi nel decadimento del radioisotopo sono emessi in tutte le direzioni ⇒ Collimatori di Piombo per determinare la linea di risposta.

Il radioisotopo più usato è il 99mTc che emette γ da 140 keV.

La γ-camera (o camera di Anger) è il rivelatore di fotoni

Principi fisici della SPECT


pag.63

SPECT planare e tomografica

Nella SPECT tomografica, il rivelatore diradiazione ruota attorno al paziente.


pag.64

Some clinical SPECT applications

99mTc-MIBImyocardium

perfusion

CardiologyOncology

99mTcWhole body scan

Anterior Posterior

Anterior Posterior

Transaxial

131Ithyroid study

Horizontallong axis

Vertical long axis

Short axis


pag.65

Il radiofarmaco è un emettitore β+

Il positrone emesso dalla sorgente si annichila con un’elettrone del mezzo sono prodotti due fotoni “back-to-back”

(da 511 keV)

Lo scanner PET rivela i due fotoni in coincidenza

PET (positron-emission

tomography)


pag.66

PET scanner


pag.67

Some clinical PET applications /1

Oncology

18F-FDGTotal body

Neurology

18F-FDGBrain study for

Alzhemeir’s disease

18F-DOPABrain study for

Parkinsons’s disease


pag.68

Some clinical PET applications /2

Cardiology

18F-FDGHeart metabolism

Horizontal Vertical

13N-H3 (Ammonia) Perfusion study

Horizontallong axis

Vertical long axis


pag.69

Radioisotope Energy (keV) Mean life 99mTc 140 6 h

123I 159 13 h

201Tl 68-80.3 73 h

67Ga 93/184/300 78.3 h

133Xe 81 5.27 d

Radiofarmaci

: composti (“carrier”) marcati con radioisotopi in quantità

piccolissime. Il “carrier”

permette di portare, tramite flusso sanguigno e altri processi metabolici, il radioisotopo nell’organo da investigare. Scelta del radioisotopo per imaging:

decadimento con fotoni (particelle cariche darebbero troppa dose) breve T1/2 del radioisotopo. Veloce eliminazione del farmaco da organismoenergia dei fotoni > 50 keV (⇒piccola attenuazione nei tessuti)

Radionuclidi

per imaging

medico


pag.70


pag.71


pag.72

Disciplina medica che si serve delle radiazioni ionizzanti (r.i.) per la terapia di alcune malattie, in particolare dei tumori.E’

un trattamento localizzato e coinvolge zone ben delimitate dell’organismo.

RT oncologica

su patologie tumorali con finalità:-

radicale

-

sintomatica o palliativa

Scopo:

Somministrazione di una dose di r.i. a un definito volume tumorale con il minor danno possibile per i tessuti sani

Effetti collaterali:

Parte delle cellule sane nelle vicinanze, o attraversate dalle r.i., vengono colpite, ma sopravvivono più

facilmente (maggiore capacità

di riparare i danni indotti dalle radiazioni)

RT non oncologica

-

prevenzione restenosi

vascolari-

malattie benigne dei tessuti connettivi

Radioterapia (RT)


pag.73

Radioterapia a fasci esterni: le r.i. sono generate all’esterno del corpo del paziente e, in generale, ne attraversano la cute (transcutanea)

Radioterapia intraoperatoria: erogazione di una dose elevata di r.i.durante l’intervento chirurgico (IORT)

Brachicurieterapia: utilizzo di piccole sorgenti di radiazioni posizionate all’interno del corpo del paziente

Radioterapia metabolica: utilizzo di opportuni radiofarmaci

Megavoltaggio• 1 –

30 MeV• Cobaltoterapia, Linac• Lesioni profonde

Ortovoltaggio• 50 –

500 keV• Tubi RX• Tumori della pelle e scheletrici

RT -

Tipologie


pag.74

Fattori che influenzano risposta biologica

Dose totaleMassima azione biologicaLimite fissato dai tessuti saniIn un trattamento si arriva a ~ 60 Gy

Rateo di dose100 -200 cGy/minInizio trattamento con campi grandiSovradosaggio al letto tumoraleParte centrale del tumore radioresistente (ipossia)

FrazionamentoCapacità di recupero del danno subletale maggiore cellule sane rispetto a cellule tumoraliFrazionamento tipico; 1 fraz./die 2 Gy/fraz. per 6 settimane


pag.75

Produzione di fasci per radioterapia

Unità cobaltoterapiaFasci di fotoni

BetatroniFasci di elettroni e fotoniNon piu’ usati

Acceleratori lineari (LINACs)Fasci di elettroni e fotoni

Acceleratori circolari (sincrotroni e ciclotroni)Fasci di particelle di alta energiaProtoni, pioni, neutroni, ioni pesanti


pag.76

Unità

cobaltoterapia

Sorgenti di 60Co contenute in capsule sigillateIrraggiatori con sistemi di controllo della sorgenteSistemi di collimazione


pag.77

fotoni 4 ÷

25 MeV

elettroni 4 ÷

30 MeV

Elettroni all’uscita della regione di accelerazione sono: o focalizzati su collimatore ⇒ fascio di fotoni o inviati su fogli diffusori ⇒ fascio di elettroni

Collimatori per definizione del campo di irraggiamentoCamere a ionizzazione per controllo della dose e della posizione del fascioIl centro di rotazione (isocentro) del fascio è localizzato nel bersaglio tumorale

LINAC medicali


pag.78

Adroterapia

L’adroterapia

utilizza

fasci

di

protoni,di

ioni

carbonio

e ossigeno.

p accelerati

fino

a 200 MeV

(ciclotroni di

3-4 m, sincrotroni

di

diametro

6-8 m)Ioni

C, O fino

a 400 MeV/n

(sincrotroni

di

diametro

20-25 m)

Vantaggi rispetto a RT convenzionale:• Maggiore

selettività

balistica

(picco

di

Bragg).•

Maggiore

dose al tumore

e riduzione

dose a tessuti

sani.• Dose a maggiore

profondità

• Ioni

C, O A parità

di

dose, ioni

C, O hanno

maggiore

efficacia

su

tumori

poco

ossigenati

e/o

radioresistenti.

INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIAvaldata/rivelatori/int.rad.mat.varie... · 2011-05-31 · Un fascio...

Documents

Transcript of INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIAvaldata/rivelatori/int.rad.mat.varie... · 2011-05-31 · Un fascio...