BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ : ZÁŘENÍ :

lineárně-kvadratický model a nové lineárně-kvadratický model a nové radiobiologické poznatkyradiobiologické poznatky

molekulární a subcelulární mechanismymolekulární a subcelulární mechanismy buněčná smrt, signální cesty apoptózy buněčná smrt, signální cesty apoptózy

radiobiologické modelyradiobiologické modely možnosti využití v radioterapii, možnosti využití v radioterapii,

nukleární medicíně, radiační ochraněnukleární medicíně, radiační ochraně

Vojtěch U l l m a n n f y z i k

Klinika nukleární mediciny FN OstravaÚstav zobrazovacích metod FZS OU Ostrava

Záření - důležitý přírodní fenomén

Záření - důležitý přírodní fenomén

Záření - důležitý přírodní fenomén

+ elektrické (vnitřní a vnější fotoefekt), fotochemické (fotografie, fotosyntéza)

INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S LÁTKOU

Přímo ionizující záření , , protonové

Nepřímo ionizující záření - gama , X

Braggův pík

INTERAKCE IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ S LÁTKOU

Fyzikálně-chemické účinky ionizujícího záření

Čím složitější molekuly ozařovaná látka obsahuje, tím větší a různorodější jsou chemické účinky.

Nejsložitější chemické sloučeniny živá tkáň

Biologické účinky ionizujícího záření :atomární a molekulární úroveň subcelulární úroveň účinek na buňky na celý organismus

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Účinky ionizujícího záření na buňky

Silné ozáření (stovky Gy) rozklad biochemických molekul, denaturace bílkovin, okamžitý zánik buňek (v interfázi) - nekróza buněk

Slabší ozáření (desetiny-jednotky Gy) zanedbatelný účinek na cytoplasmu, dominantní radiobiologický účinek je na DNA - může vyústit v mitotickou smrt buňky - apoptóza, nebo změnu genetické informace - mutace

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Účinky ionizujícího záření na buňky - subcelulární

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Účinky ionizujícího záření na buňky

- mechanismy buněčné smrti -Apoptóza - vnitřně řízená („programovaná“) smrt poškozených nebo nadbytečných buněk - hlavní mechanismus radiobiologického účinku při nízkých dávkách (desetiny-jednotky Gy) Autofagie - sebe-pozření („samo-sežrání“) buněkNekróza - přímý zánik (odumření, zničení) buněk. - u ozáření až při velmi vysokých dávkách (desítky-stovky Gy) Senescence - stárnutí buněk, zkracování telomerů, ztráta schopnosti dělení buněkMitotická katastrofa - důsledek chybné mitózy

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Účinky ionizujícího záření na organismus

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Vztah radiační dávky a biologického účinku

Prahová dávka pro deterministické účinky je odrazem značné funkční rezervy tkání a orgánů.Zabíjení buněk zářením nastává i při nižších dávkách, avšak zbylé buňky

stačí pokrýt funkční potřebu somaticky se neprojeví.Při vyšších dávkách než prahových je překročena funkční rezerva chybějící počet buněk se somaticky projeví nemoc z ozáření.

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Vztah radiační dávky a biologického účinku

- radiobiologické modelování -

Funkční vyjádření přežívajícího počtu buněk N z původně ozářeného počtu N0, resp. dávkové závislosti frakce přežívajících buněk [N/N0](D).

Výchozí předpoklady:Zlom jednoho vlákna DNA - úspěšná reparace přežití buňky.Zlom obou vláken DNA - obtížná reparace zpravidla zánik buňky (apoptóza).Po ozáření množiny N0 buněk přežívá N buněk, přičemž N/N0 ~ e(počet letálních poškození) - Poissonova statistika.

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Vztah radiační dávky a biologického účinku

- lineárně-kvadratický model -

Dvojný zlom DNA může být způsoben dvěma druhy procesů:proces: zásah jedné ionizující částice, která zlomí zároveň obě vlákna DNA.Počet ireverzibilně poškozených buněk je zde přímo úměrný dávce - lineární závislost na dávce D.

N = N0.e.D, kde je průměrná pravděpodobnost -poškození na jednotku dávky (0,1Gy-1

proces: časově blízké zásahy dvou nezávislých ionizujících kvant, při nichž každé z nich zlomí jedno vlákno DNA.Počet radiačně poškozených buněk je zde úměrný druhé mocnině dávky - kvadratická závislost na dávce D.

N = N0.eD2

, kde je průměrná pravděpodobnost -poškození na čtverec jednotky dávky (0,01Gy-2.

Celková pravděpodobnost přežití buňky při uplatnění obou procesů bude pak dána součinem jednotlivých pravděpodobností, což vede k výslednému exponenciálnímu zákonu:

N = N0.eD D2) přežívající frakce buněk -ln(N/N0) = .D + .D2 - lineárně-kvadratická závislost.

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Lineárně-kvadratický (LQ) model

Zákonitosti lineárně-kvadratického modelu jsou implicitně obsaženy i v účincích stochastických

Vztah radiační dávky a biologického účinkuLQ model - časové faktory, efekt dávkového

příkonuBuněčná reparace Za každý elementární časový interval t, během něhož buňky obdrží dávku D=D.t/T a poškodí se přitom N..D2 buněk, se zároveň stačí zregenerovat N..t buněk, kde parametr je rychlost buněčné reparace ( = ln2/T1/2, kdeT1/2 je poločas reparace). Integrací od t=0 do T:

N(t) = N0.eRG(t)..D(t)2, kde RG(t,) = [2/D(t)2].

0ňt

R(t).dt . 0ňt'R(t').e.(t-t')dt' 2.[(1-e

je zobecněná tzv. Lea-Catchesidova funkce.

Repopulace buněk Vedle exponenciálního poklesu počtu buněk v důsledku radiačního poškození dochází průběžně k náhradě zaniklých buněk dělením buněk přežilých. Za časový interval t vzroste počet N stávajících buněk o N..t, kde je rychlost buněčné repopulace; často se používá čas zdvojení T2r= ln2/ počtu buněk repopulací.

Integrací se získá exponenciální zákon růstu počtu buněk repopulací N = N0.e.T.

Výsledný LQ model:

-ln(N/N0) = .D + {2.[(1-e.T).(1-1/.T)]/.T}..D2 - ln2.T/T2r

-proces, v koprodukci s buněčnou reparací a repopulací, způsobuje tzv. efekt dávkového příkonu: biologický účinek ionizujícího záření závisí nejen na celkové absorbované dávce, ale i na dávkovém příkonu. Nízký dávkový příkon (LDR) vysoký počet reparací,

křivka přežívající frakce buněk je poměrně plochá menší biologický účinek

Vysoký dávkový příkon (HDR) větší pravděpodobnost, že i zlom druhého vlákna DNA nastane dříve, než proběhne

oprava prvního zlomu letální poškození buněk větší biologický účinek

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Hyper-radiosenzitivita k nízkým dávkám záření

Doplnění standardního LQ modelu o exponenciální složku s hyper

IndRep model - model radiačně indukované reparace:

N/N0 = eDDDDhypereD/Dhyper

kombinace dvou LQ modelů s různými -citlivostmi [dvě různé směrnice na křivce N/N0(D)], sloučených do jedné rovnice; nazývá se někdy IndRep model (indukované reparace).

Relativně zvýšená citlivost buněk k nízkým dávkám, než by odpovídalo LQ modelu

Přesný mechanismus zatím neznáme.Pravděpodobná hypotéza: radiačně indukovaná reparace zvýšenou produkcí enzymů v G2 fázi.Nízká dávka: reparace neprobíhá check-point apoptózaVyšší dávka: účinnější homologní reparace buňky přežívajíVysoká dávka: standardní LQ model

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Hyper-radiosenzitivita k nízkým dávkám záření

Relativně zvýšená citlivost buněk k nízkým dávkám, než by odpovídalo LQ modelu

Jaký má význam v biologických aplikacích a radiační ochraně ?

Terapie ionizujícím zářením :Zvyšuje radiobiologický efekt v pozdních stádiích

permanentní intersticiální brachyterapiea biologicky cílené radioisotopové terapie

Snížení podílu „zbytečné odpadní“ dávky (wasted dose)

Radiační ochrana :Účinnější likvidace buněk apoptózou při slabém ozáření

- obranný mechanismus proti mutagenním účinkům ionizujícího záření: buňky ozářené nízkou dávkou

zahynou, místo aby přežívaly s poškozenou genetickou informací

„mrtvá poškozená buňka = dobrá buňka“

??

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Bystander - efekt

Radiační poškození jedné buňky může indukovat poškození i některých okolních buněk, které nebyly ozářeny.

Radiobiologické experimenty s velmi tenkými ostře kolimovanými svazky („micro-beam“) záření ukázaly:

Dvě úrovně bystander-efektu:- Mezibuněčný- Vnitrobuněčný - přímé poškození DNA není nezbytné pro spuštění intracelulárních mechanismů poškození. I v případě ozáření cytoplasmy může vzniknout jakási "dálkově indukovaná" odezva (bystander response), vedoucí k radiačnímu poškození buněk - apoptóze či genetickým změnám.

Bystander efekt byl pozorován s použitím velmi tenkých "mikrosvazků" nabitých částic, především a protonů, bylo však prokázáno i na X-záření

Okolní přímo nezasažené buňky nejsou „nezúčastněným pozorovatelem - bystander“ radiačního poškození ozářených

buněk, ale jsou též „vtaženy“ do tohoto procesu!

mikro-fokus rentgenka, synchrotron. X-záření

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ Bystander - efekt

Radiační poškození jedné buňky může indukovat poškození i některých okolních buněk, které nebyly ozářeny.

Jaký má význam v biologických aplikacích a radiační ochraně ?

LQ model pro praktické použití zůstává nezměněn. Bystander efekt nemění základní principy a závislosti LQ modelu, způsobuje jen rozdíly v radiosenzitivitě mezi buněčnou a tkáňovou úrovní.Bystander efekt může mírně korigovat nehomogenitu prozáření cílového objemu.

Terapie ionizujícím zářením :Zvyšuje se počet usmrcených buněk

N/N0 = eDD2e‘D‘D2, kde ´=B. , ´=B. , B>1

Radiační ochrana :Zvýšení potenciální mutagenity u nízkých dávek záření ..?..

StereotaktickáradioterapieGama - nůž

Tomoterapie

Mnoholamelový multi-leaf kolimátor MLC

Micro- MLCBinární MLC

Hadronová radioterapie

Počítačové plánováníradioterapie

Izocentrická tele - radioterapie

60Co,137Cs urychlovač

brachyterapie - afterloading

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ - RADIOTERAPIE

TECHNICKÝ POKROK V RADIOTERAPII - 2.tomoterapie - sterotaktická radioterapie: gama-nůž - kybernetický gama-nůž

CyberKnife - FN OstravaCyberKnife - FN Ostravafantomová měření

s Iris-kolimátorem

TECHNICKÝ POKROK V RADIOTERAPII - 3.

hadronová radioterapie

Braggův pík

Braggovy křivky závislosi hloubkové distribuce dávky v tkáni (vodním fantomu) pro různé kinetické energie protonů (vlevo) a jader 12C (uprostřed). Vpravo: Příklad hloubkové závislosti radiobiologického účinku (přežilé frakce buněk) při

ozáření tkáně (s radiosenzitivitou 0,35) protonovým svazkem 150MeV

raná fáze apoptózy:- přestavba buněčné stěny (cytoplasmatické membrány) -

- membránová depolarizace -- odkrytí fosfo-lipidových řetězců -- zvýšená permeabilita membrány -

pozdní fáze apoptózy:- porušení integrity buněčné stěny -

- rozpad buňky na fragmenty -- fagocytóza -

V čem může nukleární medicína přispět radioterapii a onkologické léčbě ?

v čem může nukleární medicína přispět radioterapii a onkologické léčbě?

Monitorování biologické odezvy tkáně na terapii - raná detekce apoptózy -

v čem může nukleární medicína přispět radioterapii a onkologické léčbě?

Monitorování biologické odezvy tkáně na terapii - raná detekce apoptózy -

Snímky:F.G.Blankenberg

Dept. of radiologyStanford, California

Clinical case NAS 2021, Middelheim Hospital, Antwerp, Belgium

Radioindikátor [18F] - ML10dodává firma IBA - Aposense (Belgium-USA)

Radioindikátor Annexin Vsi laboratoře většinou značí samy ve spolupráci

s biochemickými ústavykit dodává firma BD PharMingen, USA

„nejtěsnější možná brachyterapie“- permanentní, na buněčné úrovni -

dočasná brachyterapie - afterloading permanentní intersticiální

brachyterapie

Biologicky cílená radionuklidová terapie otevřenými zářiči

M I R D

Biologicky cílená radionuklidová terapie otevřenými zářiči

M I R D (Medical Internal Radiation Dose)

Celotělová scintigrafie 24 hod. po aplikaci

3,7GBq 131I

Podrobněji je problematika rozebírána na

www-stránkách: „AstroNuklFyzika“ Jaderná fyzika - Astrofyzika - Kosmologie - Filosofie

http://AstroNuklFyzika.czwww.AstroNuklFyzika

ENDKonec prezentace

§ 5.2. Biologické účinky ionizujícího záření

§ 3.6. Radioterapie

SPOJUJÍ SVÉ SÍLY V BOJI PROTI NÁDOROVÝM ONEMOCNĚNÍM: Diagnostika nádorového onemocnění s použitím klasických (klinických) i zobrazovacích metod - RTG (planárních a CT), ultrasonografických, zobrazení nukleární magnetickou rezonancí, gamagrafie planární, SPECT a PET.

Přesná lokalizace a zacílení nádorového ložiska, stanovení jeho povahy.

Anatomický rozsah - staging - (TNM) - odhalení metastáz (scinti skeletu)

Rozhodnutí o způsobu léčby, v případě radioterapie stanovení požadované kanceroletální radiační dávky v cílové tkáni, vypracování ozařovacího plánu.

Vlastní aplikace záření v naplánovaných frakcích.

Monitorování radiačních dávek a odezvy tkání.

Diagnostika výsledků terapie (podobnými prostředky jako v první etapě).

Do asi r.2000 tyto oblasti spolupracovaly jen "off-line", "na dálku", bez přímého propojení (pouze s příp. fúzí obrazů z různých modalit)

Technický a metodický pokrok v každém radiologickém oboru probíhal do značné míry nezávisle:

RTG diagnostika Nukleární medicína Radioterapie

TECHNICKÝ POKROK V RTG DIAGNOSTICE

Digitální subtrakční angiografie

Rotující anoda Rentgenka Straton

Poslední vývoj: CT s 2 rentgenkami - DSCT : Dual Source a Dual Energy CT - diferenciální densitní analýza

TECHNICKÝ POKROK V RTG DIAGNOSTICE

Elektronické digitální zobrazení - „flat - panely“

Poslední vývoj: CT s 2 rentgenkami - DSCT : Dual Source a Dual Energy CT - diferenciální densitní analýza

flat-panely se používají i v radioterapeutických ozařovačích IGRT

DSCT : Dual Source a Dual Energy CT

Další technické zdokonalení CT spočívá v konstrukci přístrojů, které mají 2 rentgenky - dva

systémy rentgenka/detektor (uložené kolmo k sobě), které mohou snímat současně. Zařízení se označuje jako Dual Source CT (DSCT). Může pracovat ve dvou základních režimech, poskytujících

dvě výhody:

1. Obě rentgenky pracují při stejném napětí Ţ"zdvojený systém" - zvýšení rychlosti a zkrácení akvizičního času se snížením časového rozlišení na cca 80ms. To má význam zvláště u CT srdce (s vyšší tepovou frekvencí).

Obě rentgenky pracují při různém anodovém napětí (např. 140kV a 80kV)Ţmožnost snímání s dvojí energií (DECT - Dual Energy CT): každá z obou rentgenek vytváří X-záření o rozdílné energii. Získáme tak dva různé denzitní obrazy téhož místa. To umožňuje nejen lépe kvantifikovat distribuci density, ale navíc stanovovat složení tkání pomocí diferenciální densitní analýzy - podobné analýzy densitních obrazů, jako u metody DEXA (Dual Energy X-ray Absorptiometry, viz níže "Kostní densitometrie"). Poskytuje to nejen detailní snímky anatomie, ale perspektivně to umožní rozlišovat různé druhy tkáně (odlišit např. kosti, cévy, tkáň tukovou), či kvantifikovat distribuci kontrastní látky v myokardu (a posoudit funkční ovlivnění při morfologickém postižení věnčitých tepen).

TECHNICKÝ POKROK V ZOBRAZOVACÍCH METODÁCH

- neradiační modality -

Nukleární magnetická rezonance NMRI (MRI)

Ultrazvuková sonografie

TECHNICKÝ POKROK V NUKLEÁRNÍ MEDICÍNĚ

Gamakamera PET - pozitronová emisní tomografie

Pohybový scintigraf

Scintilační gama-kamera

StereotaktickáradioterapieGama - nůž

Tomoterapie

TECHNICKÝ POKROK V RADIOTERAPII - 1.

Mnoholamelový multi-leaf kolimátor MLC

Micro- MLCBinární MLC

Hadronová radioterapie

Počítačové plánováníradioterapie

Izocentrická tele - radioterapie

60Co,137Cs urychlovač

brachyterapie - afterloading

TECHNICKÝ POKROK V RADIOTERAPII - 2.tomoterapie - sterotaktická radioterapie: gama-nůž - kybernetický gama-nůž

TECHNICKÝ POKROK V RADIOTERAPII - 3.

hadronová radioterapie

Braggův pík

Braggovy křivky závislosi hloubkové distribuce dávky v tkáni (vodním fantomu) pro různé kinetické energie protonů (vlevo) a jader 12C (uprostřed). Vpravo: Příklad hloubkové závislosti radiobiologického účinku (přežilé frakce buněk) při

ozáření tkáně (s radiosenzitivitou 0,35) protonovým svazkem 150MeV

POKROK V OBLASTI ELEKTRONIKY A PŘÍSTROJOVÉ TECHNIKY

HYBRIDNÍ KOMBINACE

- fúze radiologických technologií -

1. FÚZE ZOBRAZOVACÍCH MODALIT - hybridní zobrazovací systémy -

SPECT+CT , PET+CT , NMRI+CT

2. INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ

IMRT IGRT , stereotaktická radioterapie, tomoterapie , hadronová terapie

FÚZE ZOBRAZOVACÍCH MODALIT - hybridní zobrazovací systémy -

SPECT+CT , PET+CT , NMRI+CT

scintigrafie + C T SPECT/PET

Poskytuje obraz funkce(metabolismu, dynamiky)

Poskytuje obraz denzity(anatomie, lokalizace)

Funkčně - anatomická korelaceFunkčně - anatomická korelace- zpřesnění diagnostiky -- zpřesnění diagnostiky -

CT PET+CT PET fúze

FÚZE ZOBRAZOVACÍCH MODALIT - hybridní zobrazovací systémy -

SPECT+CT

C T

SPECT

FÚZE ZOBRAZOVACÍCH MODALIT - hybridní zobrazovací systémy -

PET + CT

C T

PET

v čem může nukleární medicína přispět radioterapii a onkologické léčbě?

Primární nádorová diagnostika - scintigrafie: planární, SPECT, PET Anatomický rozsah - staging - (TNM) - odhalení metastáz (scinti skeletu)

Upřesnění ozařovacího plánu - CTV,PTV - viabilní nádorová tkáň Diagnostika výsledků terapie - kvantifikace obrazů tumoru (SUV) Monitorování biologické odezvy tkáně na terapii

Dispenzarizace po terapii

v čem může nukleární medicína přispět radioterapii a onkologické léčbě?

Monitorování biologické odezvy tkáně na terapii - raná detekce apoptózy

raná fáze apoptózy:- přestavba buněčné stěny (cytoplasmatické membrány) -

- membránová depolarizace -- odkrytí fosfo-lipidových řetězců -- zvýšená permeabilita membrány -

pozdní fáze apoptózy:- porušení integrity buněčné stěny -

- rozpad buňky na fragmenty -- fagocytóza -

v čem může nukleární medicína přispět radioterapii a onkologické léčbě?

Monitorování biologické odezvy tkáně na terapii - raná detekce apoptózy -

v čem může nukleární medicína přispět radioterapii a onkologické léčbě?

Monitorování biologické odezvy tkáně na terapii - raná detekce apoptózy -

Snímky:F.G.Blankenberg

Dept. of radiologyStanford, California

Clinical case NAS 2021, Middelheim Hospital, Antwerp, Belgium

Radioindikátor [18F] - ML10dodává firma IBA - Aposense (Belgium-USA)

Radioindikátor Annexin Vsi laboratoře většinou značí samy ve spolupráci

s biochemickými ústavykit dodává firma BD PharMingen, USA

INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ - on-line

IGRT , tomoterapie , hadronová terapie

ZOBRAZENÍ + OZÁŘENÍ CT/PET/NMRI IGRT

Poskytuje obraz denzity(anatomie, lokalizace, objem

cílové tkáně) - umožní korekci ozařovacího plánu

Provede ozáření přesně modulovaným svazkemIGRT - obrazem řízená

radioterapie

Přesně cílená konformní Přesně cílená konformní radioterapieradioterapie

INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ - on-line

IGRT - obrazem řízená radioterapie

ZOBRAZENÍ + OZÁŘENÍ CT/PET/NMRI IGRT

INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ

IGRT - tomoterapie - gama-nůž

ZOBRAZENÍ + OZÁŘENÍ CT/PET/NMRI IGRT

Přesně cílená konformní Přesně cílená konformní radioterapieradioterapie

on-line on-line

off-line

CyberKnife - FN OstravaCyberKnife - FN Ostravafantomová měření

s Iris-kolimátorem

INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ - on-line

IGRT , tomoterapie

Spirální - helikální - tomoterapie - IGRT řízená obrazem CT

video: TomotherapyTomotherapy

DVA DVODY PRO INTEGRACI ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ:

1. Přesné zacílení a konformní ozáření nádorového ložiska při šetření okolních tkání2. Monitorování dávkové distribuce při ozařování

Při každém vysokoenergetickém (E>10MeV) ozařování látek dochází k jaderným reakcím

aktivace látky, vznik radionuklidů, sekundární záření

-ozařování: aktivity cca kBq - nedostatečné pro gamagrafické zobrazení

Monitorování dávkové distribuce: off-line - fantomová měření on-line- dosimetrie in vivo přímé zobrazení distribuce dávky v tkáni

Nukleární medicína: kvantitativní scintigrafie, metoda MIRD

Hadronová radioterapie: hybridní kombinace [hadronový 12C-ozařovač + PET kamera]

„nejtěsnější možná brachyterapie“- permanentní, na buněčné úrovni -

dočasná brachyterapie - afterloading permanentní intersticiální

brachyterapie

Biologicky cílená radionuklidová terapie otevřenými zářiči

INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ

hadronová terapie

Hadronová radioterapie - protony

- urychlenými jádry uhlíku 12C - dalšími částicemi mezony , antiprotony

Braggův pík - hloubkové maximum dávky

hadronová radioterapie

Braggův pík

Braggovy křivky závislosi hloubkové distribuce dávky v tkáni (vodním fantomu) pro různé kinetické energie protonů (vlevo) a jader 12C (uprostřed). Vpravo: Příklad hloubkové závislosti radiobiologického účinku (přežilé frakce buněk) při

ozáření tkáně (s radiosenzitivitou 0,35) protonovým svazkem 150MeV

INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ

Hadronová radioterapie:

Existuje korelace mezi prostorovou distribucí radiační dávky v tkáni a

indukovanou radioaktivitou - umožňuje „in beam“ PET monitoring -

Pro protony je tato korelace záporná

není vhodné pro in beam monitoring

INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ

Hybridní kombinace [hadronový 12C-ozařovač + PET kamera] „in beam“ PET monitoring

Hadronová radioterapie - urychlenými jádry uhlíku 12CJádro 11C letí dál a zastaví se až v

Braggově maximu:Pozitivní korelace mezi prostorovou distribucí radiační dávky v tkáni a

indukovanou radioaktivitou

- umožňuje „in beam“ PET monitoring -- „zviditelnit“ distribuci rad.dávky v tkáni

strip reakce

Během letu 12C v tkáni: 12C + X (X+n) + 11C ;

11C je pozitronový radionuklid: 11C ( + ) 11B + e+ + ;

e+ + e +;Dvojice anihilačních kvant může být

detekována kamerou PET scintigrafické monitorování hadronové

12C terapie

podobně mezony , antiprotony

INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ

Co z toho pro nás plyne do budoucnosti ?

1. Můžeme se těšit na zajímavá fyzikální, technická a medicínská řešení.

2. Lze očekávat těsnější spolupráci a částečné prolínání všech tří radiologických oborů.

3. Bude vhodné tomu přizpůsobit vzdělávací programy, především specializační postgraduální. Drobným příspěvkem ve fyzikální oblasti by mohlo být např.:Drobným příspěvkem ve fyzikální oblasti by mohlo být např.:

RTG diagnostika Nukl. medicína Radioterapie

www.astronuklfyzika.cz/JadRadMetody.htm#2

www.astronuklfyzika.cz/Scintigrafie.htm

www.astronuklfyzika.cz/JadRadMetody.htm#6

Situace by se mohla radikálně změnit, kdyby se molekulární biologiipodařilo najít účinný neradiační protinádorový prostředek !

Podrobněji je problematika rozebírána na

www-stránkách: „AstroNuklFyzika“ Jaderná fyzika - Astrofyzika - Kosmologie - Filosofie

http://AstroNuklFyzika.czwww.AstroNuklFyzika

ENDKonec prezentace

www-stránky: „AstroNuklFyzika“ Jaderná fyzika - Astrofyzika - Kosmologie - Filosofie

http://AstroNuklFyzika.czwww.AstroNuklFyzika