Физические основы лучевой терапии
Владивостокский государственный
медицинский университет
Кафедра онкологии и лучевой
терапии
В основе взаимодействия ионизирующего
излучения с веществом лежит физический
процесс ионизации, то есть образования
двух разнозаряженных ионов.
- А+ = (е-) + (А+)
- (е-)+В= (В-)
Виды излучения применяемые
в лучевой терапии
- Рентгеновское
- Тормозное
- Υ- излучение
- Электроны
- Нейтроны
- Протоны
- α – частицы
- β – частицы
- π – мезоны
- Осколки тяжелых ядер
- Ионы высоких энергий
Классификация по механизму
ионизации
- Непосредственно ионизирующие – поток
заряженных частиц, кинетическая энергия
которых достаточна для ионизации при
столкновении с атомами вещества
- Косвенно ионизирующие – поток незаряженных
(нейтральных) частиц или электромагнитных
волн, взаимодействие которых со средой
приводит к образованию в ней заряженных
частиц, способных вызвать ионизацию (фотоны,
нейтроны)
Ваганов Н.В., Важенин А.В. 2004
Фотоэффект
- При энергии от 0,1 до 100 КэВ
Гамма -квант
Комптон эффект
Гамма -квант
Образование электрон-позитронных
пар
- При энергии фотонов более 1,02 МэВ появляется возможность образования
электрон-позитронной пары
Квант γ излучения
Позитрон (е+)
Электрон (е-)
Тормозное излучение
- Отличается от рентгеновского энергией квантов (энергия более 1,02 МэВ).
- Применяемая мощность 6-45 Мэв
- Пучок электронов получают при помощи линейного или циклического ускорителя (бетатроны, синхротроны, микротроны).
- Для тормозного излучения характерно наличие максимума дозы на глубине, что значительно уменьшает повреждение кожи. В основе получения излучения лежит комптоновский эффект.
Сечение взаимодействия Υ излучения
с веществом
Зона фотоэффекта
Зона Комптон - эффекта
Зона рождения электрон –позитронных
пар
10 КэВ
100 КэВ
1 МэВ
Каскадный ливень ионизации
Υ
е+
е-
Υ
Υ
+
Υ
Υ
аннигиляция
Рождение электрон-позитронной
пары
е-
е-
е-
Комптон - эффект
е+
Комптон - эффект
е-
е-
е-
Υ
Фотоэффект
Фотоэффект
Зона рождения и аннигиляции
электрон – позитронных пар
Зона Комптон -эффекта
Зона фотоэффекта
Способ получения тормозного
излучения
- Принципиальная схема устройства линейного
ускорителя
- 1. Источник электронов (анод)
- 2. Полые катоды
- 3. Пучок электронов
- 4. Пациент
- 5. Мишень (патологический очаг)
1
2
3
4
5
Гамма излучение
- Фотонное излучение
- Возникает вследствие распада изотопов
радиоактивных элементов (Со-60, Сs-137)
- Обладает большой проникающей способностью
(20-30 см в биологических объектах)
- Фотоны обладают высокой энергией (более
1 МэВ)
- Необходима утилизация радиационных
отходов
- Постоянное падение мощности источника
Механизм возникновения гамма
излучения
Количество связей - 10
+
Количество связей - 6, остальные
– ушли в квант излучения
+ квант γ излучения
Бета- излучение (β)
- корпускулярное излучение состоящее из электронов, движущимися с большими скоростями.
- Поучают за счёт распада изотопов фосфора – 32, иттрия – 90 или золота – 198.
- Это излучение обладает небольшой проникающей, но высокой ионизационной способностью, его целесообразнее применять для внутритканевой терапии.
Облучение электронами высоких
энергий
- Применяются электроны с энергией 6-20
МэВ
- Торможение происходит непосредственно
в тканях пациента
- Источник – линейные ускорители, циклотроны
- Положительная сторона – нет необходимости
утилизации радиоактивных отходов
Облучение нейтронами
- Нейтроны применяются в лучевой терапии
редко, чаще их источником служит какой
либо вид ускорителя путём бомбардировки
бериллиевой мишени электронами. Нейтроны
захватываются ядрами лёгких элементов
(водорода и азота) с образованием нестойких
изотопов. Образовавшиеся изотопы, в свою
очередь, распадаются с образованием заряженных
ионов и кванта γ излучения.
- Мощность 6-15 Мэв
Облучение тяжелыми заряженными
частицами
- Тяжелые заряженные частицы – мезоны,
протоны, дейтрононы
- Способ получения –ускорители: фазатроны,
синхрофазатроны
- Энергия – 80-1000 Мэв
- При взаимодействии образуются ультракороткоживущие
изотопы (О-15 Т1/2=2,8мин; N-13 Т1/2=11мин; С-11 Т1/2=20,4мин)
которые распадаются с испусканием позитрона
Облучение α-частицами
- Применяется только при поверхностном облучении
- α –частицы обладают большой плотностью ионизации при коротком пробеге.
- Использование Cf-252 (α и β распад)
Взаимодействие фотонных излучений
с веществом
Взаимодействие корпускулярных
излучений с веществом
Изотопы
- Fe-54 Z 26 N 28
- Fe-55 Z 26 N 29
- Fe-56 Z 26 N 30
- Fe-57 Z 26 N 31
- Fe-58 Z 26 N 32
- Fe-59 Z 26 N 33
- Fe-60 Z 26 N 34
Правило смещения при
α-распаде
222
Rn
86
223
Fr
87
226
Ra
88
2
He
4
При α –распаде образуется элемент,
расположенный в таблице Менделеева на
две клетки левее исходного
Правило смещения при
β-распаде
60
Со
27
60
Ni
28
β
При β -распаде ( испускании электрона)
один из нейтронов превращается в
протон а ядро с А и Z - в ядро
с Z +1 и тем –же А.
Изотопы, применяемые в медицине
Радиоактивные изотопы, применяемых
в медицине.
Название изотопа
Период полураспада
Энергия МэВ
β
γ
Цезий –137
30 лет
0,51
0,66
Кобальт –60
5,27 года
0,31
1,17-1,33
Золото – 198
2,7 дня
0,96
0,41
Иридий – 192
74,4 дня
0,57
0,30-0,61
Радий –226
1622 года
3,17
0,18-2,20
Радон – 222
3,8 года
3,17
0,18-2,20
Стронций –90
28 лет
0,2
Тантал – 182
11,5 дней
0,07-1,2
Иттрий – 90
64 часа
0,93
Йод –131
8 дней
0,19
0,284
Фосфор – 32
14,3 дня
0,69
Стронций – 89
50,5 дней
0,58
Клиническая дозиметрия
- Вопросами, касающимися клинического
использования ионизирующих излучений
занимается раздел медицинской физики,
называемый клинической дозиметрией.
Единицы, применяемые в лучевой
терапии
Единицы измерения в радиологии
Физическая величина
Единица
Соотношение между внесисистемной
и СИ
внесистемная
СИ
Активность изотопа в источнике
Кюри (Ci, Ки)
Беккерель (Bq, Бк)
1 Ки=3,7х10¹ºБк