Ionizujúce žiarenie môžeme rozdeliť na fotónové a korpuskulárne. Fotónové žiarenie zahŕňa elektromagnetické vibrácie, do korpuskulárneho - tok častíc. Pojmy „elektromagnetické“, „kvantové“, „fotónové“ žiarenie možno považovať za ekvivalentné.

Typ interakcie fotónov s atómami hmoty závisí od energie fotónov. Na meranie energie a hmotnosti mikročastíc sa používa mimosystémová jednotka energie - elektrón-volt. 1 eV je kinetická energia získaná časticou nesúcou jeden elementárny náboj pod vplyvom rozdielu potenciálov 1 V. 1 eV = 1,6 x 1019 J. Viacnásobné jednotky: 1 keV = 103 eV; 1 MeV = 106 eV.

Podľa moderných koncepcií nabité častice (α-, β-častice, protóny atď.) ionizujú látku priamo a neutrálne častice (neutróny) a elektromagnetické vlny (fotóny) ionizujú nepriamo. Prúdenie neutrálnych častíc a elektromagnetických vĺn pri interakcii s hmotou spôsobuje tvorbu nabitých častíc, ktoré ionizujú médium.

2.1. FOTONOVÉ A KORPUZKULÁRNE ŽIARENIE

Elektromagnetická radiácia. Pri rádioterapii sa používa röntgenové žiarenie z röntgenových terapeutických prístrojov, gama žiarenie z rádionuklidov a vysokoenergetické brzdné žiarenie (röntgenové žiarenie).

Röntgenové žiarenie- fotónové žiarenie, pozostávajúce z brzdného žiarenia a (alebo) charakteristického žiarenia.

Bremsstrahlung- krátkovlnné elektromagnetické žiarenie vznikajúce pri zmene rýchlosti (brzdenia) nabitých častíc pri interakcii s atómami brzdiacej látky (anódy). Vlnové dĺžky brzdného röntgenového žiarenia nezávisia od atómového čísla látky brzdného žiarenia, ale sú určené iba energiou urýchlených elektrónov. Spektrum brzdného žiarenia je spojité, pričom maximálna energia fotónu sa rovná kinetickej energii brzdiacich častíc.

Charakteristické žiarenie nastáva pri zmene energetického stavu atómov. Keď je elektrón vyrazený z vnútorného obalu

atómu elektrónom alebo fotónom, atóm prechádza do excitovaného stavu a uvoľnený priestor je obsadený elektrónom z vonkajšieho obalu. V tomto prípade sa atóm vráti do normálneho stavu a vyžaruje kvantum charakteristického röntgenového žiarenia s energiou rovnajúcou sa energetickému rozdielu na zodpovedajúcich úrovniach. Charakteristické žiarenie má lineárne spektrum s vlnovými dĺžkami špecifickými pre danú látku, ktoré sú rovnako ako intenzita čiar v charakteristickom spektre röntgenového žiarenia určené atómovým číslom prvku Z a elektrónovou štruktúrou atómu.

Intenzita brzdného žiarenia je nepriamo úmerná druhej mocnine hmotnosti nabitej častice a priamo úmerná druhej mocnine atómového čísla látky, v poli ktorej sú nabité častice spomaľované. Preto sa na zvýšenie výťažku fotónov používajú relatívne ľahké nabité častice - elektróny a látky s vysokým atómovým číslom (molybdén, volfrám, platina).

Zdrojom röntgenového žiarenia pre účely radiačnej terapie je röntgenová trubica röntgenových terapeutických prístrojov, ktoré sa podľa úrovne vytvorenej energie delia na blízke a vzdialené. Röntgenové žiarenie zo zariadení na röntgenovú terapiu s blízkym zameraním sa generuje pri anódovom napätí menšom ako 100 kV a zo vzdialených - až do 250 kV.

Vysokoenergetické brzdné žiarenie, ako brzdné röntgenové žiarenie je to krátkovlnné elektromagnetické žiarenie, ktoré vzniká pri zmene rýchlosti nabitých častíc (brzdení) pri interakcii s cieľovými atómami. Tento typ žiarenia sa líši od röntgenového žiarenia svojou vysokou energiou. Zdrojom vysokoenergetického brzdného žiarenia sú lineárne urýchľovače elektrónov - LUE s energiou brzdného žiarenia od 6 do 20 MeV, ako aj cyklické urýchľovače - betatróny. Na získanie vysokoenergetického brzdného žiarenia sa využíva spomalenie prudko zrýchlených elektrónov vo vákuových urýchľovacích systémoch.

Gama žiarenie- krátkovlnné elektromagnetické žiarenie vyžarované excitovanými atómovými jadrami pri rádioaktívnych premenách alebo jadrových reakciách, ako aj pri anihilácii častice a antičastice (napríklad elektrónu a pozitrónu).

Zdrojom gama žiarenia sú rádionuklidy. Každý rádionuklid vyžaruje γ-kvantá svojej špecifickej energie. Rádionuklidy vznikajú v urýchľovačoch a jadrových reaktoroch.

Aktivitou rádionuklidového zdroja sa rozumie počet atómových rozpadov za jednotku času. Merania sa vykonávajú v Becquereloch (Bq). 1 Bq je aktivita zdroja, pri ktorej dochádza k 1 rozpadu za sekundu. Nesystémovou jednotkou činnosti je Curie (Ci). 1 Ci = 3,7 x 1010 Bq.

Zdroje γ-žiarenia pre externú a intrakavitárnu radiačnú terapiu sú 60 Co A 137 Čs. Najpoužívanejšie lieky 60Co s priemernou energiou fotónu 1,25 MeV (1,17 a 1,33 MeV).

Na intrakavitárnu radiačnú terapiu sa používa 60 Co,

137 Čs, 192 Ir.

Pri interakcii fotónového žiarenia s hmotou dochádza k javu fotoelektrického javu, Comptonovmu javu a procesu tvorby elektrón-pozitrónových párov.

Fotografický efekt spočíva v interakcii gama kvanta s viazaným elektrónom atómu (obr. 10). Pri fotoelektrickej absorpcii je všetka energia dopadajúceho fotónu absorbovaná atómom, z ktorého je elektrón vyrazený. Po emisii fotoelektrónu sa v atómovom obale vytvorí voľné miesto. Prechod menej viazaných elektrónov na prázdne hladiny je sprevádzaný uvoľnením energie, ktorá sa môže preniesť na niektorý z elektrónov v horných obaloch atómu, čo vedie k jeho emisii z atómu (Augerov efekt), alebo premeniť na energiu charakteristického röntgenového žiarenia. Pri fotoelektrickom jave sa teda časť energie primárneho gama kvanta premení na energiu elektrónov (fotoelektróny a Augerove elektróny) a časť sa uvoľní vo forme charakteristického žiarenia. Atóm, ktorý stratil elektrón, sa zmení na kladný ión a vyradený elektrón - fotoelektrón - na konci svojho chodu stratí energiu, pripojí sa k neutrálnemu atómu a zmení ho na negatívne nabitý ión. K fotoelektrickému javu dochádza pri relatívne nízkych energiách - od 50 do 300 keV, ktoré sa používajú pri röntgenovej terapii.

Obr. 10. Fotografický efekt

Ryža. jedenásť. Comptonov efekt

Comptonov efekt (nekoherentný rozptyl) sa vyskytuje pri energiách fotónov od 120 keV do 20 MeV, to znamená pri všetkých typoch ionizujúceho žiarenia používaných v radiačnej terapii. Comptonovým efektom dopadajúci fotón v dôsledku elastickej zrážky s elektrónmi stráca časť svojej energie a mení smer počiatočného pohybu a z atómu je vyrazený spätný elektrón (Comptonov elektrón), ktorý ďalej ionizuje látku (obr. 11).

Proces premeny energie primárneho fotónu na kinetickú energiu elektrónu a pozitrónu a na energiu anihilačného žiarenia. Kvantová energia musí byť väčšia ako 1,02 MeV (dvojnásobok zvyšnej energie elektrónu). K tejto interakcii kvánt s hmotou dochádza, keď sú pacienti ožarovaní vysokoenergetickými lineárnymi urýchľovačmi vysokoenergetickým lúčom brzdného žiarenia. Fotón zmizne v Coulombovom poli jadra (alebo elektrónu).

Ryža. 12. Tvorba elektrón-pozitrónových párov

V tomto prípade sa celá energia dopadajúceho fotónu mínus zvyšok energie páru prenesie na výsledný pár. Elektróny a pozitróny vznikajúce pri absorpcii gama kvánt strácajú svoju kinetickú energiu v dôsledku ionizácie molekúl prostredia a pri stretnutí anihilujú s emisiou dvoch fotónov s energiou každého 0,511 MeV (obr. 12).

V dôsledku vyššie uvedených procesov interakcie fotónového žiarenia s hmotou vzniká sekundárne fotónové a korpuskulárne žiarenie (elektróny a pozitróny). Ionizačná schopnosť častíc je oveľa väčšia ako u fotónového žiarenia. Pri striedaní procesov vzniku elektrón-pozitrónových párov a brzdného žiarenia vzniká v prostredí obrovské množstvo fotónov a nabitých častíc, tzv. lavína žiarenia, ktorý sa rozpadá s poklesom energie každého novovzniknutého fotónu a častice.

Interakcia röntgenového žiarenia s hmotou je sprevádzaná jej ionizáciou a je určená dvoma hlavnými efektmi – fotoelektrickou absorpciou a Comptonovým rozptylom. Pri interakcii vysokoenergetického brzdného žiarenia s hmotou dochádza k Comptonovmu rozptylu, ako aj k tvorbe iónových párov, keďže energia fotónu je väčšia ako 1,02 MeV.

Intenzita fotónového žiarenia z bodového zdroja sa v priestore mení v nepriamom pomere k druhej mocnine vzdialenosti.

Korpuskulárne žiarenie- toky nabitých častíc: elektróny, protóny, ťažké ióny (napríklad jadrá uhlíka) s energiami niekoľko stoviek MeV, ako aj neutrálne častice - neutróny. Ožarovanie pomocou toku častíc sa dnes nazýva hadrónová terapia. K hadrónom (z gréckeho slova hadros- „ťažké“) zahŕňa nukleóny, ich protóny a neutróny, ako aj π -mezóny atď Zdrojom častíc sú urýchľovače a jadrové reaktory. V závislosti od maximálnej energie zrýchlených protónov sú urýchľovače konvenčne rozdelené do 5 úrovní, pričom urýchľovače 5. úrovne s Ep > 200 MeV (továrne na mezóny)

sa používajú na výrobu jednotlivých rádionuklidov. Produkcia týchto rádionuklidov v cyklotrónoch inej úrovne je spravidla nemožná alebo neúčinná.

Vysokoenergetický elektrónový lúč je generovaný rovnakými urýchľovačmi elektrónov ako pri príjme brzdného žiarenia. Používajú sa elektrónové lúče s energiami od 6 do 20 MeV. Vysokoenergetické elektróny majú veľkú penetračnú silu. Priemerná voľná dráha takýchto elektrónov môže v tkanivách ľudského tela dosiahnuť 10-20 cm. Elektrónový lúč, absorbovaný v tkanivách, vytvára dávkové pole, v ktorom sa v blízkosti povrchu tela vytvára maximálna ionizácia. Za ionizačným maximom dávka pomerne rýchlo klesá. Moderné lineárne urýchľovače majú schopnosť regulovať energiu elektrónového lúča a podľa toho vytvárať potrebnú dávku v požadovanej hĺbke.

Neutrón - častica, ktorá nemá náboj. Procesy interakcie neutrónov (neutrálnych častíc) s hmotou závisia od energie neutrónov a atómového zloženia látky. K hlavnému účinku tepelných (pomalých) neutrónov s energiou 0,025 eV na biologické tkanivo dochádza pod vplyvom protónov vznikajúcich pri reakcii (n, p) a strácajúcich všetku svoju energiu v mieste narodenia. Väčšina energie pomalých neutrónov sa vynakladá na excitáciu a štiepenie molekúl tkaniva. Takmer všetka energia rýchlych neutrónov s energiami od 200 keV do 20 MeV sa stráca v tkanive počas elastickej interakcie. K ďalšiemu uvoľňovaniu energie dochádza v dôsledku ionizácie média spätným rázom protónov. Vysoká hustota lineárnej energie neutrónov zabraňuje oprave ožiarených nádorových buniek.

Ďalším typom expozície neutrónov je terapia zachytávaním neutrónov, čo je metóda binárnej rádioterapie, ktorá kombinuje dve zložky. Prvou zložkou je stabilný izotop bóru 10 B, ktorý sa po podaní ako súčasť liečiva môže hromadiť v bunkách niektorých typov mozgových nádorov a melanómov. Druhou zložkou je tok nízkoenergetických tepelných neutrónov. Ťažké, vysokoenergetické nabité častice vytvorené v dôsledku zachytenia tepelného neutrónu jadrom 10 B (bór sa rozpadá na atómy lítia a α-častice) ničia iba bunky nachádzajúce sa v tesnej blízkosti atómov bóru, takmer bez ovplyvnenia susedných normálov bunky. Okrem bóru je v terapii neutrónovým záchytom perspektívne použitie liečiv s obsahom gadolínia. Pre hlboko ležiace nádory je perspektívne použitie epitermálnych neutrónov v energetickom rozsahu 1 eV - 10 keV, ktoré majú vysokú penetračnú schopnosť a pri spomalení v tkanive na tepelné energie umožňujú neutrónovú terapiu záchytom nádorov umiestnených v hĺbke 10 cm Získanie vysokých tepelných a epitermálnych tokov neutrónov sa vyrába pomocou jadrového reaktora.

Proton - kladne nabitá častica. Používa sa metóda ožarovania na „Bragg peak“, kedy sa maximum energie nabitých častíc uvoľní na konci dráhy a je lokalizované v obmedzenom objeme ožiarenia.

môj nádor. V dôsledku toho sa na povrchu tela a v hĺbke ožarovaného objektu vytvorí veľký dávkový gradient, po ktorom dôjde k prudkému útlmu energie. Zmenou energie lúča je možné s veľkou presnosťou zmeniť miesto jeho úplného zastavenia v nádore. Používajú sa protónové lúče s energiou 70-200 MeV a technika multifieldového ožarovania z rôznych smerov, pri ktorej je integrálna dávka rozložená na veľkú plochu povrchového tkaniva. Pri ožarovaní na synchrocyklotróne v PNPI (St. Petersburg Institute of Nuclear Physics) sa používa fixná energia extrahovaného protónového lúča - 1000 MeV a používa sa technika kontinuálneho ožarovania. Protóny s takouto vysokou energiou ľahko prechádzajú cez ožiarený objekt a vytvárajú rovnomernú ionizáciu pozdĺž svojej dráhy. V tomto prípade dochádza v látke k malému rozptylu protónov, takže úzky protónový zväzok s ostrými hranicami vytvorený na vstupe zostáva takmer rovnako úzky v ožarovacej zóne vo vnútri objektu. V dôsledku použitia kontinuálneho ožarovania v kombinácii s rotačnou ožarovacou technikou je zabezpečený veľmi vysoký pomer dávky v ožarovacej zóne k dávke na povrchu objektu - cca 200:1. Úzky protónový lúč s polovičnou intenzitou 5-6 mm sa používa na liečbu rôznych ochorení mozgu, ako sú mozgové arteriovenózne malformácie, adenómy hypofýzy a pod. Škodlivý účinok uhlíkové ióny Ukázalo sa, že v Braggovom píku je niekoľkonásobne vyššia ako u protónov. Dochádza k viacnásobným dvojitým zlomom špirály DNA atómov ožiareného objemu, ktoré sa potom už nedajú obnoviť.

π -Mezony- bezrotové elementárne častice s hmotnosťou, ktorej hodnota je medzi hmotnosťami elektrónu a protónu. π-Mezóny s energiami 25-100 MeV prejdú celú dráhu tkanivom prakticky bez jadrových interakcií a na konci dráhy ich zachytia jadrá atómov tkaniva. Akt absorpcie π-mezónu je sprevádzaný emisiou neutrónov, protónov, α-častíc, iónov Li, Be a i. z deštruovaného jadra Aktívnemu zavedeniu hadrónovej terapie do klinickej praxe v súčasnosti bráni vys náklady na technologickú podporu procesu.

Výhody použitia vysokoenergetického žiarenia na liečbu zhubných nádorov lokalizovaných v hĺbke sú so zvyšujúcou sa energiou zvyšovanie hlbokej dávky a znižovanie povrchovej dávky, vyššia penetrácia so zvyšovaním relatívnej hlbokej dávky a menší rozdiel medzi absorbovanou dávkou v kostiach a mäkkých tkanivách. Pri lineárnom urýchľovači alebo betatróne nie je potrebné zasypávať rádioaktívny zdroj ako pri použití rádionuklidov.

Pri brachyterapii a systémovej rádionuklidovej terapii sa používajú rádionuklidy emitujúce α-, β-, γ, ako aj zdroje so zmiešaným, napríklad γ- a neutrónovým (n), žiarením.

α -Žiarenie- korpuskulárne žiarenie pozostávajúce zo 4 He jadier (dvoch protónov a dvoch neutrónov) emitovaných pri rádioaktívnom rozpade jadier alebo pri jadrových reakciách a premenách. α-častice sa uvoľňujú pri rádioaktívnom rozpade prvkov ťažších ako olovo alebo vznikajú v jadrových

reakcie. α-častice majú vysokú ionizačnú schopnosť a nízku penetračnú schopnosť a nesú dva kladné náboje.

Rádionuklid 225 Ac s polčasom rozpadu 10,0 dňa v kombinácii s monoklonálnymi protilátkami sa používa na rádioimunoterapiu nádorov. V budúcnosti sa na tieto účely začalo používať rádionuklid 149 Tb s polčasom rozpadu 4,1 hodiny na ožarovanie endotelových buniek v koronárnych artériách po operáciách - bypass koronárnych artérií.

β -Žiarenie- korpuskulárne žiarenie so spojitým energetickým spektrom, pozostávajúce z negatívne alebo pozitívne nabitých elektrónov alebo pozitrónov (β - alebo β + častice) a vznikajúce rádioaktívnym β-rozpadom jadier alebo nestabilných častíc. β-Emitery sa používajú pri liečbe zhubných nádorov, ktorých lokalizácia umožňuje priamy kontakt s týmito liekmi.

Zdrojmi β-žiarenia sú 106 Ru, β - žiarič s energiou 39,4 keV a polčasom rozpadu 375,59 dní, 106 Rh, β - žiarič s energiou 3540,0 keV a polčasom rozpadu 29,8 s. Oba β-žiariče 106 Ru + 106 Rh sú súčasťou súprav očných aplikátorov.

β-32P žiarič s energiou 1,71 MeV a polčasom rozpadu 14,2 dňa sa používa v kožných aplikátoroch na liečbu povrchových ochorení. Rádionuklid 89 Sr je takmer čistý β-žiarič s polčasom rozpadu 50,6 dňa a priemernou energiou β-častíc 1,46 MeV. Roztok 89 Sr - chloridu sa používa na paliatívnu liečbu kostných metastáz.

153 Sm s energiami β-žiarenia 203,229 a 268 keV a s energiami γ-žiarenia 69,7 a 103 keV, polčasom rozpadu 46,2 hodiny, je súčasťou domáceho lieku samarium-oxabifor, určeného na ovplyvnenie metastáz v kostiach a používa sa aj u pacientov so silnými bolesťami kĺbov v dôsledku reumatizmu.

90 Y, s polčasom rozpadu 64,2 hodín a maximálnou energiou 2,27 MeV, sa používa na rôzne terapeutické účely, vrátane rádioimunoterapie so značenými protilátkami, liečby nádorov pečene a reumatoidnej artritídy.

Rádionuklid 59 Fe ako súčasť tabletovaného rádiofarmaka sa používa v Ruskom vedeckom rádiologickom centre (Moskva) na liečbu pacientov s rakovinou prsníka. Princípom účinku lieku je podľa autorov distribúcia železa krvným obehom, selektívna akumulácia v bunkách nádorového tkaniva a expozícia β-žiareniu. 67 Cu s polčasom rozpadu 2,6 dňa sa kombinuje s monoklonálnymi protilátkami na rádioimunitnú terapiu nádorov.

Na liečbu kĺbových ochorení sa používa 186 Re v zložení liečiva (sulfid rénium) s polčasom rozpadu 3,8 dňa, na endovaskulárnu brachyterapiu sa používajú balónové katétre s roztokom rhenátu sodného. Predpokladá sa, že existuje perspektíva použitia 48 V β+ -emitora s polčasom rozpadu 16,9 dňa na intrakoronárnu brachyterapiu s použitím arteriálneho stentu vyrobeného zo zliatiny titánu a niklu.

131 I sa používa vo forme roztokov na liečbu ochorení štítnej žľazy. 131 I sa rozpadá emisiou komplexného spektra β- a γ-žiarenia. Má polčas rozpadu 8,06 dňa.

Röntgenové a Augerove elektrónové žiariče zahŕňajú 103 Pd s polčasom rozpadu 16,96 dňa a 111 In s polčasom rozpadu 2,8 dňa. 103 Pd vo forme uzavretého zdroja v titánovej kapsule sa používa v brachyterapii nádorov. 111 In sa používa v rádioimunoterapii s použitím monoklonálnych protilátok.

125 I, čo je γ-emitor (druh jadrovej premeny – záchyt elektrónov s premenou jódu na telúr a uvoľnením γ-kvanta), sa používa ako uzavretý mikrozdroj pre brachyterapiu. Polčas rozpadu - 60,1 dní.

Zmiešanéγ+ neutrónové žiarenie je charakteristické pre 252 Cf s polčasom rozpadu 2,64 roka. Používajú sa na kontaktné ožarovanie s prihliadnutím na neutrónovú zložku pri liečbe vysoko odolných nádorov.

2.2. KLINICKÁ DOZIMETRIA

Klinická dozimetria- úsek dozimetrie ionizujúceho žiarenia, ktorý je neoddeliteľnou súčasťou rádioterapie. Hlavnou úlohou klinickej dozimetrie je výber a zdôvodnenie ožarovacích prostriedkov, ktoré zabezpečia optimálnu časopriestorovú distribúciu absorbovanej energie žiarenia v tele ožarovaného pacienta a kvantitatívny popis tohto rozloženia.

Klinická dozimetria využíva výpočtové a experimentálne techniky. Metódy výpočtu sú založené na už známych fyzikálnych zákonoch interakcie rôznych druhov žiarenia s hmotou. Pomocou experimentálnych metód sa simulujú liečebné situácie meraniami na fantómoch ekvivalentných tkanivám.

Ciele klinickej dozimetrie sú:

Meranie radiačných charakteristík terapeutických lúčov žiarenia;

Meranie radiačných polí a absorbovaných dávok vo fantómoch;

Priame merania radiačných polí a absorbovaných dávok u pacientov;

Meranie radiačných polí rozptýleného žiarenia v kaňonoch s terapeutickými zariadeniami (za účelom radiačnej bezpečnosti pacientov a personálu);

Vykonávanie absolútnej kalibrácie detektorov pre klinickú dozimetriu;

Vykonávanie experimentálnych štúdií nových techník terapeutického ožarovania.

Základné pojmy a veličiny klinickej dozimetrie sú absorbovaná dávka, dávkové pole, dozimetrický fantóm, cieľ.

Dávka ionizujúceho žiarenia: 1) miera žiarenia prijatého ožiareným objektom, absorbovaná dávka ionizujúceho žiarenia;

2) kvantitatívne charakteristiky poľa žiarenia - expozičná dávka a kerma.

Absorbovaná dávka je základná dozimetrická veličina, ktorá sa rovná pomeru priemernej energie prenesenej ionizujúcim žiarením na látku v elementárnom objeme k hmotnosti látky v tomto objeme:

kde D je absorbovaná dávka,

E - priemerná energia žiarenia,

m je hmotnosť látky na jednotku objemu.

Jednotkou SI absorbovanej dávky žiarenia je Gray (Gy) na počesť anglického vedca L. N. Graya, známeho svojou prácou v oblasti dozimetrie žiarenia. 1 Gy sa rovná absorbovanej dávke ionizujúceho žiarenia, pri ktorej sa energia ionizujúceho žiarenia rovnajúca sa 1 J prenesie na látku s hmotnosťou 1 kg V ​​praxi sa používa extrasystémová jednotka absorbovanej dávky - rad (radiation absorbovaná dávka). je tiež bežné. 1 rad = 10 2 J/kg = 100 erg/g = 10 2 Gy alebo 1 Gy = 100 rad.

Absorbovaná dávka závisí od druhu, intenzity žiarenia, jeho energie a kvalitatívneho zloženia, času ožiarenia, ako aj od zloženia látky. Čím dlhší je čas žiarenia, tým väčšia je dávka ionizujúceho žiarenia. Prírastok dávky za jednotku času sa nazýva dávkový príkon, ktorý charakterizuje rýchlosť akumulácie dávky ionizujúceho žiarenia. Povolené je použitie rôznych špeciálnych jednotiek (napríklad Gy/h, Gy/min, Gy/s atď.).

Dávka fotónového žiarenia (röntgenové a gama žiarenie) závisí od atómového čísla prvkov, ktoré látku tvoria. Pri rovnakých podmienkach ožiarenia je zvyčajne vyššia u ťažkých látok ako u ľahkých látok. Napríklad v rovnakom röntgenovom poli je absorbovaná dávka v kostiach väčšia ako v mäkkých tkanivách.

V oblasti neutrónového žiarenia je hlavným faktorom určujúcim tvorbu absorbovanej dávky jadrové zloženie látky, a nie atómové číslo prvkov, ktoré tvoria biologické tkanivo. Pre mäkké tkanivá je absorbovaná dávka neutrónového žiarenia do značnej miery určená interakciou neutrónov s jadrami uhlíka, vodíka, kyslíka a dusíka. Absorbovaná dávka v biologickej látke závisí od energie neutrónov, pretože neutróny rôznych energií selektívne interagujú s jadrami látky. V tomto prípade sa môžu objaviť nabité častice, γ-žiarenie a môžu vzniknúť rádioaktívne jadrá, ktoré sa samy stanú zdrojmi ionizujúceho žiarenia.

Absorbovaná dávka počas ožarovania neutrónmi sa teda vytvára v dôsledku energie sekundárnych ionizujúcich častíc rôzneho charakteru, ktoré sú výsledkom interakcie neutrónov s hmotou.

Absorpcia energie žiarenia spôsobuje procesy vedúce k rôznym rádiobiologickým účinkom. Pre konkrétny typ žiarenia výstup účinkov žiarenia určitým spôsobom

súvisí s absorbovanou energiou žiarenia, často ide o jednoduchý proporcionálny vzťah. To umožňuje brať dávku žiarenia ako kvantitatívne meranie účinkov žiarenia, najmä na živý organizmus.

Rôzne druhy ionizujúceho žiarenia pri rovnakej absorbovanej dávke majú rôzne biologické účinky na tkanivá živého organizmu, čo je dané ich relatívnou biologickou účinnosťou – RBE.

RBE žiarenia závisí najmä od rozdielov v priestorovom rozložení ionizačných dejov spôsobených korpuskulárnym a elektromagnetickým žiarením v ožarovanej látke. Energia prenášaná nabitou časticou na jednotku dĺžky jej dráhy v hmote sa nazýva lineárny prenos energie (LET). Existujú zriedkavé ionizujúce (LET)< 10 кэВ/мкм) и плотноионизирующие (ЛПЭ >10 keV/µm) typy žiarenia.

Biologické účinky, ktoré vznikajú pri rôznych typoch ionizujúceho žiarenia, sa zvyčajne porovnávajú s podobnými účinkami, ktoré sa vyskytujú v röntgenovom poli s hraničnou energiou fotónu 200 keV, čo sa považuje za príklad.

koeficient RBE určuje pomer absorbovanej dávky štandardného žiarenia, ktoré spôsobí určitý biologický účinok, k absorbovanej dávke daného žiarenia, ktoré má rovnaký účinok.

kde D x je dávka daného typu žiarenia, pre ktorú sa určuje RBE, DR je dávka štandardného röntgenového žiarenia.

Na základe údajov RBE sú rôzne typy ionizujúceho žiarenia charakterizované svojou radiačnou emisivitou.

Radiačný váhový faktor (radiačná emisivita)- bezrozmerný koeficient, ktorým treba pre výpočet vynásobiť absorbovanú dávku žiarenia v orgáne alebo tkanive ekvivalentná dávkažiarenia, aby sa zohľadnila účinnosť rôznych druhov žiarenia. Pojem ekvivalentná dávka sa používa na hodnotenie biologického účinku žiarenia bez ohľadu na druh žiarenia, ktoré je potrebné na účely radiačnej ochrany personálu pracujúceho so zdrojmi ionizujúceho žiarenia, ako aj pacientov pri rádiologickom výskume a liečbe.

Ekvivalentná dávka je definovaná ako priemerná absorbovaná dávka v orgáne alebo tkanive, berúc do úvahy priemerný radiačný váhový faktor.

kde H je ekvivalentná absorbovaná dávka,

W R je radiačný váhový faktor v súčasnosti stanovený normami radiačnej bezpečnosti.

Jednotkou SI ekvivalentnej dávky je Sievert (Sv)- pomenovaný po švédskom vedcovi R. M. Sievertovi, prvom predsedovi Medzinárodnej komisie pre rádiologickú ochranu (ICRP). Ak je v poslednom vzorci absorbovaná dávka žiarenia (D) vyjadrená v Grays, potom bude ekvivalentná dávka vyjadrená v Sievertoch. 1 Sv sa rovná ekvivalentnej dávke, pri ktorej sa súčin absorbovanej dávky (D) v živom tkanive štandardného zloženia a priemerného radiačného koeficientu (W R) rovná 1 J/kg.

V praxi je bežná aj nesystémová jednotka ekvivalentnej dávky - rem(1 Sv = 100 rem), ak je v tom istom vzorci absorbovaná dávka žiarenia vyjadrená v radoch.

Váhové faktory pre jednotlivé druhy žiarenia pri výpočte ekvivalentnej dávky.

Efektívna ekvivalentná dávka- koncepcia používaná na dozimetrické hodnotenie vystavenia zdravým orgánom a tkanivám a pravdepodobnosti dlhodobých účinkov. Táto dávka sa rovná súčtu produktov ekvivalentnej dávky v orgáne alebo tkanive zodpovedajúcim váhovým faktorom (vážiacim faktorom) pre najdôležitejšie ľudské orgány:

kde E je efektívna ekvivalentná dávka,

NT - ekvivalentná dávka v orgáne alebo tkanive T,

W T - váhový faktor pre orgán alebo tkanivo T.

Jednotkou SI efektívneho dávkového ekvivalentu je sievert (Sv).

Pre dozimetrické charakteristiky poľa fotónovo-ionizujúceho žiarenia sa používa expozičná dávka. Je to miera ionizačnej schopnosti fotónového žiarenia vo vzduchu. SI jednotka expozičnej dávky - Prívesok za kilogram (C/kg). Expozičná dávka rovnajúca sa 1 C/kg znamená, že nabité častice uvoľnené do 1 kg atmosférického vzduchu počas primárnych aktov absorpcie a rozptylu fotónov,

Keď naplno využijú svoj dosah vo vzduchu, tvoria ióny s celkovým nábojom rovnakého znamienka rovnajúcemu sa 1 Coulomb.

V praxi sa často používa nesystémová expozičná dávková jednotka röntgen (R)- pomenovaný po nemeckom fyzikovi Roentgenovi (W. K. Rontgen): 1 P = 2,58 x10-4 C/kg.

Expozičná dávka sa používa na charakterizáciu poľa iba fotónového ionizujúceho žiarenia vo vzduchu. Poskytuje predstavu o potenciálnej úrovni vystavenia človeka ionizujúcemu žiareniu. Pri expozičnej dávke 1 R je absorbovaná dávka v mäkkom tkanive v rovnakom poli žiarenia približne 1 rad.

Pri znalosti expozičnej dávky je možné vypočítať absorbovanú dávku a jej distribúciu v akomkoľvek zložitom objekte umiestnenom v danom radiačnom poli, najmä v ľudskom tele. To vám umožňuje plánovať a riadiť daný režim ožarovania.

V súčasnosti sa častejšie používa ako dozimetrická veličina charakterizujúca pole žiarenia kerma(KERMA je skratka výrazu: Kinetic Energy Released in Material). Kerma je kinetická energia všetkých nabitých častíc uvoľnených ionizujúcim žiarením akéhokoľvek druhu na jednotku hmotnosti ožiarenej látky počas primárnych aktov interakcie žiarenia s touto látkou. Za určitých podmienok sa kerma rovná absorbovanej dávke žiarenia. Pre fotónové žiarenie vo vzduchu je to energetický ekvivalent expozičnej dávky. Rozmer kermy je rovnaký ako absorbovaná dávka, vyjadrená v J/kg.

Pojem „expozičná dávka“ je teda potrebný na posúdenie úrovne dávky generovanej zdrojom žiarenia, ako aj na monitorovanie režimu ožarovania. Pojem „absorbovaná dávka“ sa používa pri plánovaní radiačnej terapie s cieľom dosiahnuť požadovaný účinok (tabuľka 2.1).

Pole dávky- ide o priestorové rozloženie absorbovanej dávky (alebo jej sily) v ožiarenej časti tela pacienta, tkanivo ekvivalentné prostredie alebo dozimetrický fantóm, ktorý modeluje telo pacienta podľa fyzikálnych účinkov interakcie žiarenia s hmotou , tvar a veľkosť orgánov a tkanív a ich anatomické vzťahy. Informácie o poli dávky sú prezentované vo forme kriviek spájajúcich body rovnakých hodnôt (absolútnych alebo relatívnych) absorbovanej dávky. Takéto krivky sú tzv izodózy, a ich rodiny – s izodózovými mapami. Absorbovanú dávku v ktoromkoľvek bode dávkového poľa možno brať ako bežnú jednotku (alebo 100 %), najmä maximálnu absorbovanú dávku, ktorá musí zodpovedať cieľu, ktorý sa má ožarovať (t. j. oblasti pokrývajúcej klinicky detekovaný nádor a očakávaná zóna jeho rozšírenia).

Fyzikálne charakteristiky ožarovacieho poľa sú charakterizované rôznymi parametrami. Počet častíc, ktoré preniknú do média, sa nazývajú plynulosť. Súčet všetkých prenikajúcich častíc a častíc rozptýlených v danom prostredí je tok ionizujúce častice a pomer toku k ploche je hustota toku. Pod intenzita žiarenia, alebo hustota toku

Tabuľka 2.1. Základné veličiny žiarenia a ich jednotky

energie, rozumieť pomeru toku energie k ploche objektu. Intenzita žiarenia závisí od hustoty toku častíc. Okrem lineárny prenos energie (LET), charakterizujúce priemerné straty energie častíc (fotónov), určte lineárne hustota ionizácie (IID), počet párov iónov na jednotku dĺžky dráhy (stopy) častice alebo fotónu.

Vznik dávkového poľa závisí od druhu a zdroja žiarenia. Pri vytváraní dávkového poľa pre fotónové žiarenie sa berie do úvahy, že intenzita fotónového žiarenia z bodového zdroja klesá v prostredí nepriamo úmerne so štvorcom vzdialenosti k zdroju. Pri dozimetrickom plánovaní sa používa pojem priemerná ionizačná energia, ktorá zahŕňa energiu priamej ionizácie a excitačnú energiu atómov, vedúcu k sekundárnemu žiareniu, ktoré tiež spôsobuje ionizáciu. Pre fotónové žiarenie sa priemerná ionizačná energia rovná priemernej ionizačnej energii elektrónov uvoľnených fotónmi.

Distribúcia dávok lúča γ-žiarenia je nerovnomerná. Oblasť 100 % izodózy má relatívne malú šírku a potom relatívna dávka klesá pozdĺž krivky dosť strmo. Veľkosť ožarovacieho poľa je určená šírkou 50 % dávky. Keď sa vytvorí dávkové pole brzdného žiarenia, dôjde k prudkému poklesu dávky na hranici poľa, čo je určené malou veľkosťou ohniska. To vedie k tomu, že šírka 100% izodózy je blízka šírke 50% izodózy, čo určuje dozimetrickú hodnotu veľkosti ožarovacieho poľa. Takže pri vytváraní distribúcie dávok pri ožarovaní lúčom brzdného žiarenia existujú výhody oproti lúčom γ žiarenia, pretože dávky ožiarenia na zdravé orgány a tkanivá v blízkosti patologického ohniska sú znížené (tabuľka 2.2).

Tabuľka 2.2. 100%, 80% a 50% hĺbka izodózy pri väčšine bežne používaných energií žiarenia

Poznámka. Vzdialenosť zdroj-povrch pre röntgenový terapeutický prístroj je 50 cm; gama terapeutické - 80 cm; lineárne urýchľovače - 100 cm.

Z údajov v tabuľke. 2.2 je vidieť, že megavoltové žiarenie má na rozdiel od ortovoltážneho röntgenového žiarenia dávkové maximum nie na povrchu kože, jeho hĺbka sa zvyšuje so zvyšujúcou sa energiou žiarenia (obr. 13). Po dosiahnutí maxima elektrónov sa pozoruje strmý gradient dávky, ktorý umožňuje znížiť dávkové zaťaženie základných zdravých tkanív.

Protóny sa vyznačujú absenciou rozptylu žiarenia v tele a schopnosťou spomaliť lúč v danej hĺbke. V tomto prípade sa s hĺbkou prieniku zvyšuje hustota lineárnej energie (LET), zvyšuje sa absorbovaná dávka a dosahuje maximum na konci dráhy častíc,

Ryža. 13. Distribúcia energie rôznych typov žiarenia v tkanivovo ekvivalentnom fantóme: 1 - s röntgenovou terapiou s blízkym ohniskom 40 kV a hĺbkovou röntgenovou terapiou 200 kV; 2 - s gama terapiou 1,25 MeV; 3 - s brzdným žiarením 25 MeV; 4 - pri ožiarení rýchlymi elektrónmi 17 MeV; 5 - pri ožiarení protónmi 190 MeV; 6 - pri ožiarení pomalými neutrónmi 100 keV

Obr. 14. Braggský vrch

Ryža. 15. Distribúcia dávky gama žiarenia z dvoch otvorených paralelných protiľahlých polí

takzvaný Braggov vrchol, kde dávka môže byť oveľa väčšia ako na vstupe lúča, so strmým gradientom dávky za vlnou Braggovho vrcholu až takmer 0 (obr. 14).

Často sa pri ožarovaní používajú paralelné protiľahlé polia (obr. 15, pozri obr. 16 na farebnej vložke). Pri relatívne centrálnom umiestnení ohniska je dávka z každého poľa zvyčajne rovnaká; ak je cieľová oblasť excentrická, zmeňte pomer dávok v prospech poľa najbližšie k nádoru, napríklad 2:1, 3:1 atď.

V prípadoch, keď je dávka dodávaná z dvoch nerovnobežných polí, čím menší je uhol medzi ich stredovými osami, tým viac sa pomocou clinu vykoná vyrovnanie izodóz.

nové filtre, ktoré umožňujú homogenizovať distribúciu dávky (pozri obr. 17 na farebnom štítku). Na liečbu hlboko ležiacich nádorov sa zvyčajne používajú techniky troj- a štvorpoľového ožarovania (obr. 18).

Na lineárnom urýchľovači elektrónov sa pomocou kovových prstencov vytvára obdĺžnikové pole žiarenia rôznych veľkostí.

Ryža. 18. Distribúcia dávky gama žiarenia z troch polí

limátory zabudované v zariadení. Dodatočné tvarovanie lúča je dosiahnuté pomocou kombinácie týchto kolimátorov a špeciálnych blokov (súprava olovených blokov alebo blokov z Woodovej zliatiny rôznych tvarov a veľkostí) pripevnených k LUE za kolimátory. Bloky pokrývajú časti pravouhlého poľa mimo cieľového objemu a chránia tkanivo za hranicami cieľa, čím vytvárajú polia komplexnej konfigurácie.

Najnovšie lineárne urýchľovače umožňujú kontrolu nad polohami a pohybmi viaclistových kolimátorov tvoriacich pole. Typické viaclistové kolimátory majú 20 až 80 alebo viac listov usporiadaných do párov. Počítačové riadenie polohy veľkého počtu úzkych okvetných lístkov tesne priľahlých k sebe umožňuje vygenerovať pole požadovaného tvaru. Umiestnením okvetných lístkov do požadovanej polohy sa získa pole, ktoré najlepšie zodpovedá tvaru nádoru. Úpravy poľa sa vykonávajú prostredníctvom zmien v počítačovom súbore obsahujúcom nastavenia okvetných lístkov.

Pri plánovaní dávky sa berie do úvahy, že maximálna dávka (95 – 107 %) sa musí podať do plánovaného cieľového objemu, pričom ≥ 95 % z tohto objemu dostane ≥ 95 % plánovanej dávky. Ďalšou nevyhnutnou podmienkou je, že len 5 % objemu ohrozených orgánov môže dostať ≥ 60 % plánovanej dávky.

Lineárne urýchľovače majú typicky dozimeter, ktorého detektor je zabudovaný do zariadenia na vytváranie primárneho lúča brzdného žiarenia, to znamená, že sa sleduje dodávaná dávka žiarenia. Monitor dávky je často dávkovo kalibrovaný v referenčnom bode umiestnenom v hĺbke maximálnej ionizácie.

Dozimetrické zabezpečenie intrakavitárnych zdrojov γ-terapie vysoká aktivita určené na individuálnu tvorbu dávkových distribúcií, berúc do úvahy umiestnenie, rozsah primárneho nádoru a lineárne rozmery dutiny. Pri plánovaní možno použiť vypočítané údaje vo forme atlasu multiplanárnych izodózových distribúcií pripojených k intrakavitárnym γ-terapeutickým zariadeniam, ako aj údaje z plánovacích systémov pre intrakavitárne zariadenia na báze osobných počítačov.

Prítomnosť počítačového plánovacieho systému pre kontaktnú terapiu umožňuje klinickú a dozimetrickú analýzu pre každú špecifickú situáciu s výberom distribúcie dávky, ktorá najviac zodpovedá tvaru a rozsahu primárnej lézie, čo umožňuje znížiť intenzitu radiačnej záťaže okolitého prostredia. orgánov.

Pred použitím zdrojov žiarenia na kontaktnú radiačnú terapiu sa vykonáva predbežná dozimetrická certifikácia, na ktorú sa používajú klinické dozimetre a sady tkanivovo ekvivalentných fantómov.

Na fantómové merania dávkových polí sa používajú klinické dozimetre s malými ionizačnými komorami alebo iné (polovodičové, termoluminiscenčné) detektory a analyzátory.

dávkové pole alebo izodosegrafy. Termoluminiscenčné detektory (TLD) sa tiež používajú na sledovanie absorbovaných dávok u pacientov.

Dozimetrické prístroje. Dozimetrické prístroje možno použiť na meranie dávok jedného druhu žiarenia alebo zmiešaného žiarenia. Rádiometre merajú aktivitu alebo koncentráciu rádioaktívnych látok.

V detektore dozimetrického zariadenia je absorbovaná energia žiarenia, čo vedie k vzniku účinkov žiarenia, ktorých veľkosť sa meria pomocou meracích prístrojov. Vo vzťahu k meraciemu zariadeniu je detektorom snímač signálu. Údaje dozimetrického zariadenia sú zaznamenávané výstupným zariadením (ukazovacie prístroje, záznamníky, elektromechanické počítadlá, zvukové alebo svetelné alarmy a pod.).

Podľa spôsobu ovládania sa dozimetrické prístroje delia na stacionárne, prenosné (možno prenášať len vo vypnutom stave) a nositeľné. Dozimetrické zariadenie na meranie radiačnej dávky prijatej každou osobou v zóne ožarovania sa nazýva individuálny dozimeter.

Podľa typu detektora sa rozlišujú ionizačné dozimetre, scintilačné dozimetre, luminiscenčné dozimetre, polovodičové dozimetre, fotodozimetre atď.

Ionizačná komora je zariadenie na štúdium a záznam jadrových častíc a žiarenia. Jeho pôsobenie je založené na schopnosti rýchlo nabitých častíc spôsobiť ionizáciu plynu. Ionizačná komora je vzduchový alebo plynový elektrický kondenzátor, na elektródy ktorého je privedený potenciálny rozdiel. Keď ionizujúce častice vstupujú do priestoru medzi elektródami, vytvárajú sa tam elektróny a plynové ióny, ktoré sa pohybujú v elektrickom poli a zhromažďujú sa na elektródach a zaznamenávajú sa záznamovým zariadením. Rozlišovať prúd A pulz ionizačné komory. V súčasných ionizačných komorách meria galvanometer prúd vytvorený elektrónmi a iónmi. Súčasné ionizačné komory poskytujú informáciu o celkovom počte vytvorených iónov v priebehu 1 s. Bežne sa používajú na meranie intenzity žiarenia a na dozimetrické merania.

V pulzných ionizačných komorách sa zaznamenávajú a merajú napäťové impulzy, ktoré vznikajú naprieč odporom, keď ním preteká ionizačný prúd, spôsobený prechodom každej častice.

V ionizačných komorách na štúdium γ-žiarenia je ionizácia spôsobená sekundárnymi elektrónmi vyrazenými z atómov plynu alebo stien ionizačných komôr. Čím väčší je objem ionizačných komôr, tým viac iónov tvoria sekundárne elektróny, preto sa na meranie γ-žiarenia nízkej intenzity používajú veľkoobjemové ionizačné komory.

Ionizačnú komoru možno použiť aj na meranie neutrónov. V tomto prípade je ionizácia spôsobená spätným rázom jadier (zvyčajne proto-

us), vytvorené rýchlymi neutrónmi, alebo α-časticami, protónmi alebo γ-kvantami vznikajúcimi záchytom pomalých neutrónov jadrami 10 B, 3 He, 113 Cd. Tieto látky sa zavádzajú do plynu alebo do stien ionizačných komôr.

V ionizačných komorách sa zloženie plynu a látok stien volí tak, aby pri rovnakých podmienkach ožarovania bola zabezpečená rovnaká absorpcia energie (na jednotku hmotnosti) v komore a biologickom tkanive. V dozimetrických prístrojoch sú komory naplnené vzduchom na meranie expozičných dávok. Príkladom ionizačného dozimetra je mikroröntgenový merač MRM-2, ktorý poskytuje rozsah merania od 0,01 do 30 µR/s pre žiarenie s energiami fotónov od 25 keV do 3 MeV. Hodnoty sa snímajú pomocou číselníka.

IN scintilácia V dozimetrických prístrojoch sa svetelné záblesky vznikajúce v scintilátore vplyvom žiarenia premieňajú pomocou fotonásobiča na elektrické signály, ktoré sú následne zaznamenávané meracím zariadením. V dozimetrii radiačnej ochrany sa najčastejšie používajú scintilačné dozimetre.

IN luminiscenčné dozimetrické prístroje využívajú skutočnosť, že fosfory sú schopné akumulovať absorbovanú energiu žiarenia a následne ju uvoľňovať luminiscenciou pod vplyvom dodatočného budenia, ktoré sa uskutočňuje buď zahrievaním fosforu alebo jeho ožiarením. Intenzita záblesku luminiscenčného svetla, meraná pomocou špeciálnych prístrojov, je úmerná dávke žiarenia. V závislosti od mechanizmu luminiscencie a spôsobu dodatočného budenia existujú termoluminiscenčné (TLD) A rádiofotoluminiscenčné dozimetre. Zvláštnosťou luminiscenčných dozimetrov je schopnosť uchovávať informácie o dávke.

Ďalšou etapou vývoja luminiscenčných dozimetrov boli dozimetrické zariadenia založené na tepelnej emisii exoelektrónov. Keď sa niektoré fosfory, predtým ožiarené ionizujúcim žiarením, zahrejú, z ich povrchu vyletia elektróny (exoelektróny). Ich počet je úmerný dávke žiarenia vo fosforovej látke. Termoluminiscenčné dozimetre sa najčastejšie používajú v klinickej dozimetrii na meranie dávky pacientovi, v telesnej dutine a tiež ako individuálne dozimetre.

Polovodič(kryštalické) dozimetre menia vodivosť v závislosti od dávkového príkonu. Široko používaný spolu s ionizačnými dozimetrami.

V Rusku existuje radiačná metrologická služba, ktorá vykonáva overovanie klinických dozimetrov a dozimetrickú certifikáciu radiačných zariadení.

V štádiu dozimetrického plánovania, berúc do úvahy údaje topometrickej mapy a klinickej úlohy, fyzikálny inžinier posúdi distribúciu dávky. Distribúcia dávok získaná vo forme súboru izolínií (izodóz) je vynesená do topometrickej mapy a slúži na určenie takých parametrov ožiarenia, ako je veľkosť poľa ožiarenia, umiestnenie centrovacieho bodu osí žiarenia. lúče a ich smery.

Stanoví sa jednotlivá absorbovaná dávka a celková absorbovaná dávka a vypočíta sa čas ožarovania. Dokument je protokol obsahujúci všetky parametre ožiarenia konkrétneho pacienta na vybranom terapeutickom zariadení.

Pri vykonávaní brachyterapie sa prístroj používa v spojení s príslušným ultrazvukovým zariadením, ktoré umožňuje vďaka plánovaciemu systému v reálnom čase vyhodnocovať polohu zdrojov a distribúciu izodózy v orgáne. Ďalšou možnosťou je vstreknúť zdroje do nádoru pod vedením CT vyšetrenia.

Lúč žiarenia požadovaného tvaru a určitých rozmerov sa vytvára pomocou nastaviteľnej membrány, kolimačného zariadenia, výmenných štandardných a individuálnych ochranných blokov, klinových a kompenzačných filtrov a bolusov. Umožňujú obmedziť plochu a pole ožiarenia, zvýšiť dávkový gradient na jeho hraniciach, vyrovnať rozloženie dávky ionizujúceho žiarenia v rámci poľa alebo ju naopak rozložiť s potrebnou nerovnomernosťou, vytvoriť plochy a polia, vrátane tvarových a viacnásobne prepojených (s vnútornými tienenými oblasťami).

Na správnu reprodukciu a kontrolu individuálneho programu ožarovania pacienta sa používajú zariadenia na vizualizáciu lúčov, mechanické, optické a laserové centralizátory, štandardné a individuálne svorky na znehybnenie pacienta počas ožarovania, ako aj röntgenové a iné introskopické nástroje. Sú čiastočne zabudované do ožarovacej hlavice, stolíka pacienta a ďalších častí prístroja. Laserové centralizátory sú namontované na stenách ošetrovacej miestnosti. Röntgenové introskopy sú umiestnené v blízkosti terapeutického lúča na podlahovom alebo stropnom stojane so svorkami na nastavenie, v požadovanej polohe pacienta.

V tejto kapitole zvážime základné vlastnosti ionizujúceho žiarenia používaného v medicíne a rozoberieme procesy ich interakcie s hmotou.

Druhy ionizujúceho žiarenia

Začnime definovaním niektorých pojmov.

Alfa žiarenie - korpuskulárne žiarenie pozostávajúce z alfa častíc (4 jadier He) emitovaných pri rádioaktívnom rozpade jadier alebo pri jadrových reakciách.Anihilačné žiarenie - fotónové žiarenie vznikajúce pri anihilácii častice a antičastice (napríklad pri interakcii p-elektrónu a /? +-pozitrón).

Beta žiarenie - korpuskulárne žiarenie so spojitým energetickým spektrom, pozostávajúce z negatívne nabitých elektrónov (p-častice) alebo kladne nabitých pozitrónov (p*-častice) a vznikajúce pri rádioaktívnom P-rozpade jadier alebo nestabilných elementárnych častíc. Vyznačuje sa limitnou (maximálnou) energiou elektrónov (pozitrónov).Gama žiarenie - fotónové žiarenie vznikajúce pri jadrových premenách alebo anihilácii častíc (rozsah energie od desiatok keV do niekoľkých MeV).

Ionizujúce žiarenie“ (žiarenie) - druh žiarenia, ktorý mení fyzikálny stav atómov alebo atómových jadier a mení ich na elektricky nabité ióny alebo produkty jadrových reakcií (viditeľné svetlo a ultrafialové žiarenie nie sú klasifikované ako ionizujúce žiarenie).

Korpuskulárne žiarenie - ionizujúce žiarenie pozostávajúce z častíc s hmotnosťou odlišnou od nuly(a-,fi-častice, neutróny atď.).

Nepriamo ionizujúce žiarenie - ionizujúce žiarenie, pozostávajúce z nenabitých častíc, ktoré môžu priamo vytvárať ionizujúce žiarenie a (alebo) spôsobiť jadrové premeny (nepriamo ionizujúce žiarenie môže pozostávať z neutrónov, fotónov atď.).

Neutrónové žiarenie - tok neutrónov, ktoré premieňajú svoju energiu v elastických a nepružných interakciách s atómovými jadrami.

Protónové žiarenie - žiarenie vznikajúce pri samovoľnom rozpade atómových jadier s deficitom neutrónov alebo ako lúč na výstupe z urýchľovača iónov (napríklad synchrofazotrónu).

Röntgenové žiarenie - fotónové žiarenie, pozostávajúce z brzdného žiarenia a (alebo) charakteristického žiarenia, generovaného napríklad röntgenovými trubicami. Zaberá spektrálnu oblasť medzi gama a ultrafialovým žiarením v rámci vlnových dĺžok mg3+ω0 nm (ω.2 +ω-5 cm). Energetický rozsah 100 eV-10,1 MeV. Röntgenové lúče s vlnovou dĺžkou menšou ako 0,2 nm (E>50keV) sa nazývajú tvrdé, s vlnovou dĺžkou viac ako 2 nm (E

Synchrotrón (alebo magnetické brzdné žiarenie)žiarenia - elektromagnetické žiarenie, ktoré vyžarujú nabité častice pohybujúce sa po dráhach zakrivených magnetickým poľom relativistickými rýchlosťami.Bremsstrahlung - elektromagnetické žiarenie vyžarované nabitou časticou pri jej rozptyle (brzdení) v elektrickom poli sa vyznačuje spojitým energetickým spektrom. Niekedy pojem brzdné žiarenie zahŕňa aj žiarenie relativistických nabitých častíc pohybujúcich sa v makroskopických magnetických poliach (synchrotrónové žiarenie).

Fotónové žiarenie - elektromagnetické nepriamo ionizujúce žiarenie, ktoré vzniká pri zmene energetického stavu atómových jadier alebo pri anihilácii častíc.

Charakteristické žiarenie - fotónové žiarenie s diskrétnym energetickým spektrom, ktoré vzniká pri zmene energetického stavu elektrónov atómu.

Tabuľka 1. Vlastnosti niektorých druhov korpuskulárneho žiarenia.

Ionizujúce žiarenie zahŕňa fotóny elektromagnetického žiarenia (y- a röntgenové žiarenie s vlnovou dĺžkou menšou ako 20 nm) a korpuskulárne žiarenie. Fotónové žiarenie s energiami medzi 50 eV a 500 eV sa nazýva röntgenové žiarenie a pri vyšších energiách - gama žiarenie. Ionizujúce elektromagnetické žiarenie môže byť y-žiarenie sprevádzajúce rozpad p alebo vznikajúce pri anihilácii pozitrónov, alebo môže ísť o röntgenové brzdné žiarenie alebo charakteristické žiarenie.

Elektromagnetická radiácia - porucha elektromagnetického poľa šíriaceho sa v priestore (t.j. elektrické a magnetické polia, ktoré sa navzájom ovplyvňujú).

Elektromagnetické žiarenie je kombináciou elektrických a magnetických polí, ktoré sa sínusovo menia v priestore a čase. Rýchlosť vlny, A[m/s] súvisí s vlnovou dĺžkou L [m] a frekvenciou kmitov v: a- L-v, a odkedy A je zvyčajne konštantná, potom v=c/A, c=s-tých 8 m/s je rýchlosť svetla.

Energia elektromagnetického žiarenia (eV):

Kde h= 6,626-10-34 Js = 4,135 Yu, 5 eVs.

Elektromagnetické žiarenie má široké spektrum energií a rôznych zdrojov: y-žiarenie atómových jadier a brzdné žiarenie zrýchlených elektrónov, rádiové vlny atď. (tabuľka 1, obr. l). Na škále elektromagnetických vĺn hraničí y-žiarenie s tvrdým röntgenovým žiarením, ktoré zaberá oblasť vyšších frekvencií. Dochádza k nemu pri rozpade rádioaktívnych jadier a elementárnych častíc, interakcii rýchlo nabitých častíc s hmotou, anihilácii elektrón-pozitrónových párov atď. Gama žiarenie má krátku vlnovú dĺžku (Leu nm) a výrazné korpuskulárne vlastnosti, t.j. sa správa ako tok častíc (y-kvant, resp. fotónov) s energiou /iv.

Bremsstrahlung, ku ktorému dochádza, keď zrýchlené elektróny prechádzajú prostredím, sa široko používa v medicíne. V závislosti od energie vznikajúceho elektromagnetického žiarenia sa klasifikuje ako röntgenové žiarenie (energie desiatok a stoviek keV) alebo y-žiarenie (energie jedného alebo desiatok MeV, ale pri urýchľovačoch dosahujú energie niekoľko desiatok GeV). Röntgenové žiarenie sa zvyčajne získava pomocou röntgenových trubíc.

Intenzita brzdného žiarenia je úmerná druhej mocnine zrýchlenia nabitej častice. Keďže zrýchlenie je nepriamo úmerné hmotnosti častice, v tom istom poli je brzdné žiarenie elektrónu miliónkrát silnejšie ako žiarenie protónu. Preto sa najčastejšie využíva brzdné žiarenie, ktoré vzniká pri rozptyle elektrónov v elektrostatickom poli atómových jadier a elektrónov.

Ryža. 1.

Spektrum brzdných fotónov je spojité a končí pri maximálnej možnej energii, ktorá sa rovná počiatočnej energii elektrónu. Keďže intenzita brzdného žiarenia je úmerná Z 2, na zvýšenie výťažnosti fotónov brzdného žiarenia v elektrónových lúčoch sa používajú terče vyrobené z látok s veľkým Z.

Korpuskulárne ionizujúce žiarenie zahŕňa a-žiarenie, elektrónové, protónové, neutrónové a mezónové žiarenie. Korpuskulárne žiarenie, pozostávajúce z prúdu nabitých častíc (a-, (3-častice, protóny, elektróny), ktorých kinetická energia je dostatočná na ionizáciu atómov pri zrážke s nimi, patrí do triedy priamo ionizujúceho žiarenia. Samotné neutróny neprodukujú ionizáciu, ale v procese interakcie s prostredím uvoľňujú nabité častice (elektróny, protóny) schopné ionizovať atómy a molekuly prostredia, ktorým prechádzajú Neutrónové žiarenie sa zaraďuje medzi nepriame ionizujúce žiarenie.

Neutróny sa výrazne líšia svojou energiou. Na popis energetických charakteristík neutrónového žiarenia sa používa pojem neutrónové spektrum. Neutróny sú klasifikované podľa rýchlosti ich pohybu:

• - relativistické neutróny s energiou vyššou ako 10 eV;
• - Rýchle neutróny s energiou vyššou ako o.i MeV (niekedy vyššou ako i MeV)
• - Pomalé neutróny - neutróny s energiou menšou ako 100 KeV. alebo podľa „teploty“:
• - Epitermálne neutróny s energiou od 0,025 do 1 eV;
• - horúce neutróny s energiou asi 0,2 eV;
• - tepelné neutróny s energiou približne 0,025 eV;
• - studené neutróny s energiou od 510-5 eV do 0,025 eV;
• - Veľmi studené neutróny, s energiou 2*10-? - 5 x 10-5 eV;
• - Ultrachladné neutróny s energiou menšou ako 2*10-? eV.

Interakcia neutrónov s atómami je slabá, čo umožňuje neutrónov preniknúť hlboko do hmoty.

Elektrónové žiarenie je zvyčajne zväzok elektrónov na výstupe z urýchľovača elektrónov. Charakterizuje ho priemerná energia žiarenia a rozptyl (rozptyl), ako aj šírka lúča. Na získanie monoenergetického úzkeho zväzku vysokoenergetických elektrónov možno použiť špeciálne opatrenia.

Beta žiarenie sprevádza najbežnejší typ rádioaktívneho rozpadu jadier – p-rozpad. Pretože rýchlosť p-častíc je oveľa vyššia ako rýchlosť a-častíc, interagujú menej často s atómami média; Ich hustota ionizácie na jednotku dráhy je stokrát nižšia ako u alfa častíc a dráha vo vzduchu dosahuje 10 m V biologickom mäkkom tkanive sa dráha rovná 10+12 mm. Toto žiarenie je absorbované 1 mm hrubou vrstvou hliníka. Na rozdiel od elektrónového žiarenia je p-žiarenie sprevádzané tokom antineutrín pre elektróny a neutrín pre pozitróny. Pozitrónové žiarenie je sprevádzané aj anihilačným y-žiarením (s energiou 0,51 a/alebo 1,02 MeV).

Prvé štúdie ionizujúceho žiarenia sa uskutočnili koncom 19. storočia. V roku 1895 nemecký fyzik W.K. Roentgen objavil „röntgenové lúče“, ktoré sa neskôr nazývali röntgenové lúče. V roku 1896 objavil francúzsky fyzik A. Becquerel na fotografických platniach stopy prirodzenej rádioaktivity uránových solí. V roku 1898 manželia Marie a Pierre Curieovci zistili, že urán sa po ožiarení mení na iné chemické prvky. Jeden z týchto prvkov nazvali „rádium“ (Ra) (z latinského „vyžarujúce lúče“).

Ionizujúce žiarenie je žiarenie, ktorého interakcia s médiom vedie k tvorbe iónov rôznych znakov. Ionizujúce žiarenie sa delí na korpuskulárne a fotónové.

Korpuskulárne žiarenie zahŕňa: a, b-, protónové a neutrónové žiarenie.

a-žiarenie je prúd jadier hélia vznikajúci pri rádioaktívnom rozpade. Majú hmotnosť 4 a náboj +2. Medzi a-žiariče patrí asi 160 prírodných a umelých rádionuklidov, z ktorých väčšina je na konci periodickej tabuľky prvkov (jadrový náboj > 82). a-častice sa v médiách šíria priamočiaro a majú malý dosah (vzdialenosť, pri ktorej častice strácajú energiu pri interakcii s hmotou): vo vzduchu - menej ako 10 cm; v biologických tkanivách 30-150 mikrónov. a - častice majú vysokú ionizačnú a nízku penetračnú schopnosť.

b-žiarenie je tok elektrónov a pozitrónov. Ich hmotnosť je desaťtisíckrát menšia ako hmotnosť a-častíc. b-žiariče zahŕňajú asi 690 prírodných a umelých žiaričov. Dosah b-častíc vo vzduchu je niekoľko metrov a v biologických tkanivách - asi 1 cm Majú vyššiu penetračnú schopnosť ako a-častice, ale menšiu ionizačnú silu.

Protónové žiarenie– prúdenie jadier vodíka.

Neutrónové žiarenie– prúd jadrových častíc, ktoré nemajú náboj s hmotnosťou blízkou hmotnosti protónu. Voľné neutróny sú zachytené jadrami. V tomto prípade sa jadrá dostanú do excitovaného stavu a štiepia sa s uvoľnením g-kvant, neutrónov a oneskorených neutrónov. Vďaka oneskoreným neutrónom je štiepna reakcia v jadrových reaktoroch riadená. Neutrónové žiarenie má vyššiu ionizačnú schopnosť v porovnaní s inými typmi korpuskulárneho žiarenia.

Fotón je kvantum energie vysokofrekvenčného elektromagnetického žiarenia. Fotónové žiarenie sa delí na röntgenové a g-žiarenie. Majú vysokú penetračnú a nízku ionizačnú schopnosť.

Röntgenové žiarenie- Ide o umelé elektromagnetické žiarenie, ktoré sa vyskytuje v röntgenových trubiciach („röntgenové žiarenie“).

g-žiarenie – Ide o elektromagnetické žiarenie prírodného pôvodu. g-lúče sa šíria priamočiaro, neodchyľujú sa v elektrických a magnetických poliach a vo vzduchu majú veľký dosah.

Priamo ionizujúce žiarenie- je to žiarenie pozostávajúce z nabitých častíc, napríklad a, b-častíc. Nepriamo ionizujúce žiarenie je žiarenie pozostávajúce z nenabitých častíc, ako sú neutróny alebo fotóny. V prostrediach, ktorými prechádzajú, vytvárajú sekundárne žiarenie.

Ionizujúce žiarenie je opísané nasledujúcimi fyzikálnymi veličinami

Aktivita látky A určená rýchlosťou rádioaktívneho rozpadu:

kde: dN – počet spontánnych jadrových premien za čas dt.

Jednotky aktivity:

v sústave SI - Becquerel: 1 Bq = 1 disperzia/s

extrasystémová jednotka – Curie: 1 Ci = 3,7. 10 10 disperzie/s, čo zodpovedá aktivite 1 g čistého Ra.

Polčas T 1/2– čas potrebný na 2-násobné zníženie aktivity rádionuklidov. Pre U-238 T 1/2 = 4,56. 10 9 rokov, pre Ra-226 T 1/2 = 1622 rokov.

Expozičná dávka X– energia ionizujúceho žiarenia spôsobujúca vo vzduchu vznik náboja dQ rovnakého znamienka v elementárnom objeme s hmotnosťou dm.

Jednotky expozičnej dávky:

v sústave SI 1 C/kg = 3880 R.

nesystémová jednotka – RTG: 1 R

Absorbovaná dávka D je určená množstvom absorbovanej energie dE na jednotku hmotnosti ožiarenej látky dm.

Absorbované dávkové jednotky:

v SI Gray: 1 Gy

mimosystémová jednotka 1 rad = 0,01 Gy

1 Р = 0,87 rad

1 rad = 1,14 R

Názov „rad“ pochádza z prvých písmen výrazu „radiácia absorbovaná dávka“.

Ekvivalentná dávka H R ukazuje nebezpečenstvo rôznych typov ožiarenia biologických tkanív a rovná sa:

kde: W R je váhový koeficient odrážajúci nebezpečenstvo určitého typu ionizujúceho žiarenia pre organizmus.

röntgenové žiarenie, g-žiarenie, b-žiarenie W R = 1;

neutróny W R = 5-20;

a-častice W R = 20.

Ekvivalentné dávkové jednotky:

v sústave SI 1 Sv na počesť švédskeho vedca Sieverta

mimosystémová jednotka – 1 rem = 0,01 Sv

rem je biologický ekvivalent rad.

Efektívna ekvivalentná dávka H E– ide o veľkosť rizika dlhodobých následkov ožiarenia celého ľudského tela a jeho jednotlivých orgánov s prihliadnutím na ich rádiosenzitivitu. Rôzne orgány a tkanivá majú rôznu citlivosť na žiarenie. Napríklad pri rovnakej ekvivalentnej dávke HR žiarenia je pravdepodobnejší výskyt rakoviny pľúc ako rakoviny štítnej žľazy. Preto bol zavedený koncept efektívnej ekvivalentnej dávky.

kde: W T – váhový koeficient pre biologické tkanivo.

Fotónové IR zahŕňa g-žiarenie rádioaktívnych látok, röntgenovú charakteristiku a brzdné žiarenie generované rôznymi urýchľovačmi. ABI fotónového žiarenia je najnižšie (1-2 páry iónov na 1 cm 3 vzduchu), čo určuje jeho vysokú penetračnú schopnosť (vo vzduchu je dĺžka dráhy niekoľko stoviek metrov).

g-žiarenie vzniká pri rádioaktívnom rozpade. Prechod jadra z excitovaného do základného stavu je sprevádzaný emisiou gama kvanta s energiami od 10 keV do 5 MeV. Hlavnými terapeutickými zdrojmi g-žiarenia sú vzdialené gamaterapeutické prístroje s umelým rádionuklidom 60 Co. Tento umelý rádioaktívny žiarič sa vďaka svojim vlastnostiam používa v rádioterapeutických klinikách už viac ako 60 rokov. Energia gama žiarenia 60 Co je pomerne vysoká a dosahuje 1,25 MeV, čo umožňuje, aby sa energia lúča dostala hlboko do tkaniva. Pri maximálnej relatívnej absorbovanej dávke v hĺbke 0,5 cm sa 50 % hĺbkovej dávky nachádza v hĺbke 11,4 cm a zariadenie je potrebné raz nabiť vo veku 5-7 rokov.

Vysokoenergetické brzdné röntgenové lúče vzniká v dôsledku zrýchlenia a prudkého spomalenia zrýchlených vysokoenergetických elektrónov vo vákuových systémoch rôznych urýchľovačov a od röntgenového žiarenia sa líši vyššou kvantovou energiou (od jedného do desiatok MeV).

Pri prechode prúdu fotónov látkou dochádza k jej oslabeniu v dôsledku interakcie ionizujúceho žiarenia s látkou. Typ interakcie fotónov s atómami hmoty závisí od energie fotónov. Rozlišujú sa tieto typy interakcie fotónov s hmotou:

· Klasická (koherentná alebo Thompsonova, rozptyl) - pre fotóny s energiou od 10 do 50-100 keV. Relatívna frekvencia tohto účinku je malá. Dochádza k interakcii, ktorá nehrá podstatnú rolu, keďže dopadajúce kvantum, ktoré sa zrazí s elektrónom, je vychýlené a jeho energia sa nemení.

· Fotoelektrická absorpcia (fotoelektrický efekt) - pri relatívne nízkych energiách - od 50 do 300 keV (hrá významnú úlohu v röntgenovej terapii). Dopadajúce kvantum vyrazí orbitálny elektrón z atómu, sám sa pohltí a elektrón, mierne meniaci smer, odletí preč. Tento uniknutý elektrón sa nazýva fotoelektrón. Energia fotónu sa teda vynakladá na pracovnú funkciu elektrónu a dáva mu kinetickú energiu. Atóm, ktorý stratil elektrón, sa zmení na kladný ión a fotoelektrón na konci svojho chodu stratí svoju energiu a spojí sa s neutrálnym atómom, čím sa zmení na záporne nabitý ión.

· Comptonov efekt (nekoherentný rozptyl) - vyskytuje sa pri energiách fotónov od 120 keV do 20 MeV (t.j. takmer celé spektrum energií používaných v radiačnej terapii). Dopadajúce kvantum vyrazí elektrón z vonkajšieho obalu atómu, prenesie mu časť energie, zvyšná časť zmení svoj smer. Elektrón vyletí z atómu pod určitým uhlom a nové kvantum sa od pôvodného líši nielen iným smerom pohybu, ale aj nižšou energiou. Výsledné kvantum bude nepriamo ionizovať médium a elektrón bude ionizovať priamo.

· Proces tvorby elektrón-pozitrónových párov - kvantová energia musí byť väčšia ako 1,02 MeV (dvojnásobok pokojovej energie elektrónu). Tento mechanizmus sa musí brať do úvahy, keď sú pacienti ožarovaní vysokoenergetickým brzdným žiarením. V blízkosti jadra atómu dochádza k zrýchleniu dopadajúceho kvanta, ktoré zmizne a premení sa na elektrón a pozitrón. Pozitron sa rýchlo spojí s prichádzajúcim elektrónom a dôjde k procesu anihilácie (vzájomnej deštrukcie) a na oplátku sa objavia dva fotóny, z ktorých energia každého je polovičná ako energia pôvodného fotónu. Energia primárneho kvanta sa teda transformuje na kinetickú energiu elektrónu a na energiu anihilačného žiarenia.

· Fotonukleárna absorpcia - energia kvánt musí byť väčšia ako 2,5 MeV. Fotón je absorbovaný jadrom atómu, v dôsledku čoho sa jadro dostane do excitovaného stavu a môže sa buď vzdať elektrónu, alebo sa rozpadnúť. Takto vznikajú neutróny.

V dôsledku vyššie uvedených procesov interakcie fotónového žiarenia s hmotou vzniká sekundárne fotónové a korpuskulárne žiarenie (elektróny a pozitróny). Ionizačná schopnosť nabitých častíc je oveľa väčšia ako u fotónového žiarenia.

Priestorové zoslabenie fotónového lúča nastáva podľa exponenciálneho zákona (zákon inverzného štvorca): Intenzita žiarenia je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti od zdroja žiarenia.

Žiarenie v energetickom rozsahu od 200 keV do 20 MeV našlo najširšie uplatnenie pri liečbe malígnych novotvarov. Väčšia penetračná sila umožňuje prenos energie do hlboko ležiacich nádorov. Zároveň sa prudko znižuje radiačná záťaž kože a podkožia, čo umožňuje dodať potrebnú dávku do lézie bez radiačného poškodenia týchto oblastí tela (na rozdiel od mäkkého RTG žiarenia). So zvýšením energie fotónu nad 15 MeV sa zvyšuje riziko poškodenia tkaniva žiarením pri výstupe lúča.

Vo všeobecnosti (obr. 2.3) penetračná schopnosť ionizujúceho žiarenia a následne aj indikácie na jeho použitie v terapii nádorov závisia od typu žiarenia (fotónové žiarenie má všeobecne vyššiu penetračnú schopnosť ako korpuskulárne žiarenie) a jeho energie ( zvyšuje).

Ryža. 2.3.Príklady percentuálneho lineárneho dávkového rozloženia elektrónových lúčov s energiou od 6 do 20 MeV a fotónového žiarenia z gama žiarenia 60Co až po megavoltové röntgenové žiarenie s energiou 4-25 MeV.

Testovacie otázky pre sekciu

(správne odpovede sú zvýraznené)

1) Usporiadať zložky rozpadu jadra rádioaktívnej látky tak, aby sa zvýšila ich schopnosť prenikania do tkanív

a) Alfa žiarenie, gama žiarenie, beta žiarenie

b) Gama žiarenie, alfa žiarenie, beta žiarenie

c) Alfa žiarenie, beta žiarenie, gama žiarenie

d) Schopnosť prieniku zložiek sa môže meniť v závislosti od stavu agregácie látky

2) Aká je penetračná schopnosť zrýchlených elektrónov, charakterizovaná strednou voľnou dráhou v ľudskom tkanive?

b) nepresahuje 2 cm

d) do 10 cm

3) Hlavné výhody použitia protónových lúčov v radiačnej terapii sú:

a) vytváranie nerozbiehajúcich sa lúčov;

b) synchronizácia lúča s dýchaním

c) schopnosť dodať požadované množstvo energie do danej hĺbky zodpovedajúcej Braggovmu vrcholu;

d) vysoký dávkový gradient (selektivita) medzi cieľovým a okolitým tkanivom;

e) zhoda ožiarenia

4) Aký náboj majú mezóny pí?

a) Negatívne

b) Pozitívne

c) Dvojité pozitívum

d) Neplatiť žiadne poplatky

5) Aký náboj majú častice alfa?

a) Negatívne

b) Pozitívne

c) Dvojité pozitívum

d) Neplatiť žiadne poplatky

6) Aký náboj majú neutróny?

a) Negatívne

b) Pozitívne

c) Dvojité pozitívum

d) Neplatiť žiadne poplatky

7) Aká lokalizácia malígnych nádorov je výhodnejšia pre použitie neutrónovej záchytnej terapie?

a) Svaly a tukové tkanivo;

b) Mozog

c) Nádory brušných orgánov

d) Na lokalizácii nezáleží

8) ABI fotónového žiarenia vo vzduchu je...

a) 1-2 páry iónov na 1 cm3

b) 5-10 párov iónov na 1 cm3

c) 50-70 párov iónov na 1 cm3

d) 200-300 párov iónov na 1 cm3

9) V akom energetickom rozsahu fotónov pri interakcii s hmotou je pozorovaný fotoelektrický jav?

a) 10-20 MeV

c) 50-300 KeV

e) Viac ako 1,02 MeV

e) 120 KeV – 20 MeV

10) V akom energetickom rozsahu fotónov pri interakcii s hmotou je pozorovaný Comptonov efekt?

a) 10-100 keV

c) 50-300 KeV

e) Viac ako 1,02 MeV

e) 120 KeV – 20 MeV

11) V akom energetickom rozsahu fotónov pri interakcii s hmotou je pozorovaný proces tvorby elektrón-pozitrónových párov?

a) 10-20 MeV

c) 50-300 KeV

e) Viac ako 1,02 MeV

e) 120 KeV – 20 MeV

12) V súlade so „zákonom inverzného štvorca“ je intenzita žiarenia nepriamo úmerná štvorcu...

a) Vzdialenosti od zdroja žiarenia

b) Počiatočná energia lúča fotónového žiarenia

c) Magnetická indukcia lúča

13) Aký druh ionizujúceho žiarenia má najvyššiu penetračnú schopnosť v biologických tkanivách?

a) Röntgenové ortovoltáž

b) Urýchlené elektróny

c) Gama žiarenie

d) Alfa častice

e) Vysokoenergetické brzdné svetlo

e) Röntgenové žiarenie 50 KeV

14) Aký druh žiarenia vzniká pri rádioaktívnom rozpade rádionuklidu 60 Co?

a) Röntgen

b) Beta žiarenie

c) Neutróny

d) gama žiarenie

e) Protóny

f) Urýchlené elektróny

15) Aký je polčas rozpadu rádionuklidu 60 Co (kobalt šesťdesiat)?

a) 2,3 roka

d) 4,8 mesiaca

e) 5,2 roka

e) 4,5 roka

16) Aká je energia gama žiarenia z rádionuklidu 60 Co?

Fotónové žiarenie zahŕňa žiarenie rádioaktívnych látok, charakteristické a brzdné žiarenie generované rôznymi urýchľovačmi. ABI fotónového žiarenia je najnižšie (1-2 páry iónov na 1 cm 3 vzduchu), čo určuje jeho vysokú penetračnú schopnosť (vo vzduchu je dĺžka dráhy niekoľko stoviek metrov).

-žiarenie vzniká pri rádioaktívnom rozpade. Prechod jadra z excitovaného do základného stavu je sprevádzaný emisiou -kvanta s energiami od 10 keV do 5 MeV. Hlavnými terapeutickými zdrojmi -žiarenia sú -prístroje (pištole).

Bremsstrahlung X-lúče vzniká v dôsledku zrýchlenia a prudkého spomalenia elektrónov vo vákuových systémoch rôznych urýchľovačov a od röntgenového žiarenia sa líši vyššou kvantovou energiou (od jedného do desiatok MeV).

Keď prúd fotónov prechádza látkou, je oslabený v dôsledku nasledujúcich interakčných procesov (typ interakcie fotónov s atómami látky závisí od energie fotónov):

Klasická (koherentná alebo Thompsonova, rozptyl) - pre fotóny s energiou od 10 do 50-100 keV. Relatívna frekvencia tohto účinku je malá. Dochádza k interakcii, ktorá nehrá podstatnú rolu, keďže dopadajúce kvantum, ktoré sa zrazí s elektrónom, je vychýlené a jeho energia sa nemení.

Fotoelektrická absorpcia (fotoelektrický efekt) - pri relatívne nízkych energiách - od 50 do 300 keV (hrá významnú úlohu v röntgenovej terapii). Dopadajúce kvantum vyrazí orbitálny elektrón z atómu, sám sa pohltí a elektrón, mierne meniaci smer, odletí preč. Tento uniknutý elektrón sa nazýva fotoelektrón. Energia fotónu sa teda vynakladá na pracovnú funkciu elektrónu a dáva mu kinetickú energiu.

Comptonov efekt (nekoherentný rozptyl) - vyskytuje sa pri fotónových energiách od 120 keV do 20 MeV (t.j. takmer celé spektrum radiačnej terapie). Dopadajúce kvantum vyrazí elektrón z vonkajšieho obalu atómu, odovzdá mu časť energie a zmení jeho smer. Elektrón vyletí z atómu pod určitým uhlom a nové kvantum sa od pôvodného líši nielen iným smerom pohybu, ale aj nižšou energiou. Výsledné kvantum bude nepriamo ionizovať médium a elektrón bude ionizovať priamo.

Proces tvorby elektrón-pozitrónových párov - kvantová energia musí byť väčšia ako 1,02 MeV (dvojnásobok pokojovej energie elektrónu). Tento mechanizmus sa musí brať do úvahy, keď je pacient ožarovaný vysokoenergetickým lúčom brzdného žiarenia, t.j. vysokoenergetickými lineárnymi urýchľovačmi. V blízkosti jadra atómu dochádza k zrýchleniu dopadajúceho kvanta, ktoré zmizne a premení sa na elektrón a pozitrón. Pozitron sa rýchlo spojí s prichádzajúcim elektrónom a dôjde k procesu anihilácie (vzájomnej deštrukcie) a na oplátku sa objavia dva fotóny, z ktorých energia každého je polovičná ako energia pôvodného fotónu. Energia primárneho kvanta sa teda premieňa na kinetickú energiu elektrónu a na energiu anihilačného žiarenia.

Foto jadrová absorpcia - energia kvánt musí byť väčšia ako 2,5 MeV. Fotón je absorbovaný jadrom atómu, v dôsledku čoho sa jadro dostane do excitovaného stavu a môže sa buď vzdať elektrónu, alebo sa rozpadnúť. Takto vznikajú neutróny.

V dôsledku vyššie uvedených procesov interakcie fotónového žiarenia s hmotou vzniká sekundárne fotónové a korpuskulárne žiarenie (elektróny a pozitróny). Ionizačná schopnosť častíc je oveľa väčšia ako u fotónového žiarenia.

Priestorové zoslabenie fotónového lúča nastáva podľa exponenciálneho zákona (zákon inverzného štvorca): Intenzita žiarenia je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti od zdroja žiarenia.

Žiarenie v energetickom rozsahu od 200 keV do 15 MeV našlo najširšie uplatnenie pri liečbe malígnych novotvarov. Väčšia penetračná sila umožňuje prenos energie do hlboko ležiacich nádorov. Zároveň sa prudko znižuje radiačná záťaž kože a podkožia, čo umožňuje dodať potrebnú dávku do lézie bez radiačného poškodenia týchto oblastí tela (na rozdiel od mäkkého RTG žiarenia). So zvýšením energie fotónu nad 15 MeV sa zvyšuje riziko poškodenia tkaniva žiarením na výstupe lúča.