Transcript Biologické účinky ionizujícího záření

BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO
ZÁŘENÍ :
lineárně-kvadratický model a nové
radiobiologické poznatky
 molekulární a subcelulární mechanismy
 buněčná smrt, signální cesty apoptózy
 radiobiologické modely
 možnosti využití v radioterapii, nukleární
medicíně, radiační ochraně
Vojtěch U l l m a n n
fyzik
Klinika nukleární mediciny FN Ostrava
Ústav 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
Braggův
pík
Nepřímo ionizující záření - gama , X
Přímo ionizující záření
a , b-,+, protonové
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“) buněk
Nekróza - přímý zánik (odumření, zničení) buněk.
- u ozáření až při velmi vysokých dávkách (desítky-stovky Gy)
Senescence - stárnutí buněk, zkracování telomerů, ztráta schopnosti dělení buněk
Mitotická 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:
a-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-a.D, kde a je průměrná pravděpodobnost a-poškození na jednotku dávky (a 0,1,Gy-1) .
b-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.
2
N = N0.e-b.D , kde b je průměrná pravděpodobnost b-poškození na čtverec jednotky dávky (b0,01,Gy-2).
Celková pravděpodobnost přežití buňky při uplatnění obou procesů bude pak dána součinem jednotlivých
pravděpodobností, což vede k výslednému exponenciálnímu zákonu:
2
N = N0.e-(a.D +b.D )  přežívající frakce buněk -ln(N/N0) = a.D + b.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 účinku
LQ model - časové faktory, efekt dávkového příkonu
Buněčná reparace
Za každý elementární časový interval Dt, během něhož buňky obdrží dávku DD=D.Dt/T a poškodí se přitom
N.b.DD2 buněk, se zároveň stačí zregenerovat N.l.Dt buněk, kde parametr l je rychlost buněčné reparace (l
= ln2/T1/2, kdeT1/2 je poločas reparace). Integrací od t=0 do T:
N(t) = N0.e-RG(t).b.D(t) , kde RG(t,l) = [2/D(t)2]. 0 tR(t).dt . 0 t'R(t').e-l.(t-t')dt'  2.[(1-e-l.T).(-/l.T)]/l.T
2
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 Dt vzroste počet N stávajících buněk o N.n.Dt,
kde n je rychlost buněčné repopulace; často se používá čas zdvojení T2r= ln2/n počtu buněk repopulací.
Integrací se získá exponenciální zákon růstu počtu buněk repopulací N = N0.en.T.
Výsledný LQ model:
-ln(N/N0) = a.D + {2.[(1-e-l.T).(1-1/l.T)]/l.T}.b.D2 - ln2.T/T2r
b-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
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  apoptóza
Vyšší dávka: účinnější homologní reparace  buňky přežívají
Vysoká dávka:  standardní LQ model
Doplnění standardního LQ modelu o exponenciální složku s ahyper>a

IndRep model - model radiačně indukované reparace:
2]
-[a(D).D+b.D
N/N = e
, a(D)=a+(a
-a).e-D/Dhyper,
0
hyper
kombinace dvou LQ modelů s různými a-citlivostmi [dvě různé směrnice na křivce N/N0(D)],
sloučených do jedné rovnice; nazývá se někdy IndRep model (indukované reparace).
BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ
Hyper-radiosenzitivita k nízkým dávkám záření
Jaký má význam v biologických aplikacích a radiační ochraně ?
Relativně zvýšená citlivost buněk k nízkým
dávkám, než by odpovídalo LQ modelu
Terapie ionizujícím zářením :
Zvyšuje radiobiologický efekt v pozdních stádiích
permanentní intersticiální brachyterapie
a 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
Radiobiologické experimenty s velmi tenkými ostře kolimovanými svazky („micro-beam“) záření aukázaly:
Radiační poškození jedné buňky může indukovat poškození i některých okolních buněk, které
nebyly ozářeny.
Okolní přímo nezasažené buňky nejsou „nezúčastněným
pozorovatelem - bystander“ radiačního poškození ozářených buněk,
ale jsou též „vtaženy“ do tohoto procesu!
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 a protonů, bylo však prokázáno i na X-záření
mikro-fokus rentgenka, synchrotron. X-záření
BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ
Bystander - efekt
Jaký má význam v biologických aplikacích a radiační ochraně ?
Radiační poškození jedné buňky může indukovat poškození i některých okolních buněk, které nebyly ozářeny.
Terapie ionizujícím zářením :
Zvyšuje se počet usmrcených buněk
-B.(a.D+b.D2)
-a‘.D+b‘.D2)
N/N0 = e
 e
, kde a´=B.a , b´=B.b , B>1
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.
Radiační ochrana :
Zvýšení potenciální mutagenity u nízkých dávek záření ..?..
BIOLOGICKÉ ÚČINKY IONIZUJÍCÍHO ZÁŘENÍ - RADIOTERAPIE
Izocentrická
tele - radioterapie
60Co,137Cs
Mnoholamelový multi-leaf kolimátor MLC
 urychlovač
Micro- MLC
Binární MLC
Počítačové plánování
radioterapie
Stereotaktická
radioterapie
Gama - nůž
Tomoterapie
brachyterapie - afterloading
Hadronová
radioterapie
TECHNICKÝ POKROK V RADIOTERAPII - 2.
tomoterapie - sterotaktická radioterapie: gama-nůž - kybernetický gama-nůž
CyberKnife - FN Ostrava
fantomová 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 a~0,35) protonovým svazkem 150MeV
V čem může nukleární medicína přispět radioterapii a onkologické léčbě ?
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 -
Radioindikátor [18F] - ML10
dodává firma IBA - Aposense (Belgium-USA)
Radioindikátor Annexin V
si laboratoře většinou značí samy ve spolupráci
s biochemickými ústavy
kit dodává firma BD PharMingen, USA
Snímky:
F.G.Blankenberg
Dept. of radiology
Stanford, California
Clinical case NAS 2021, Middelheim Hospital, Antwerp, Belgium
Biologicky cílená radionuklidová terapie otevřenými zářiči
„nejtěsnější možná brachyterapie“
- permanentní, na buněčné úrovni dočasná brachyterapie - afterloading
permanentní intersticiální
brachyterapie
MIRD
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.cz
www.AstroNuklFyzika
§ 5.2. Biologické účinky ionizujícího
záření
§ 3.6. Radioterapie
END
Konec prezentace
RTG diagnostika
Nukleární medicína
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:

TECHNICKÝ POKROK V RTG DIAGNOSTICE
Rotující anoda
Rentgenka Straton
Digitální subtrakční angiografie
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“
flat-panely se používají i v radioterapeutických ozařovačích IGRT
Poslední vývoj: CT s 2 rentgenkami - DSCT : Dual Source a Dual Energy CT - diferenciální densitní analýza
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
 "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).
 2. Obě rentgenky pracují při různém anodovém napětí
(např. 140kV a 80kV)
 možnost 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
Pohybový scintigraf
Scintilační gama-kamera
Gamakamera PET - pozitronová emisní tomografie
TECHNICKÝ POKROK V RADIOTERAPII - 1.
Izocentrická
tele - radioterapie
60Co,137Cs
Mnoholamelový multi-leaf kolimátor MLC
 urychlovač
Micro- MLC
Binární MLC
Počítačové plánování
radioterapie
Stereotaktická
radioterapie
Gama - nůž
Tomoterapie
brachyterapie - afterloading
Hadronová
radioterapie
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 a~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 +
CT
SPECT/PET
Poskytuje obraz funkce
(metabolismu, dynamiky)
Poskytuje obraz denzity
(anatomie, lokalizace)
Funkčně - anatomická korelace
- zpřesnění diagnostiky -
CT

PET+CT
fúze

PET
FÚZE ZOBRAZOVACÍCH MODALIT
- hybridní zobrazovací systémy SPECT+CT
CT
SPECT
FÚZE ZOBRAZOVACÍCH MODALIT
- hybridní zobrazovací systémy PET + CT
PET
CT
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 -
Radioindikátor [18F] - ML10
dodává firma IBA - Aposense (Belgium-USA)
Radioindikátor Annexin V
si laboratoře většinou značí samy ve spolupráci
s biochemickými ústavy
kit dodává firma BD PharMingen, USA
Snímky:
F.G.Blankenberg
Dept. of radiology
Stanford, California
Clinical case NAS 2021, Middelheim Hospital, Antwerp, Belgium
INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A
OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ - on-line
IGRT , tomoterapie , hadronová terapie
ZOBRAZENÍ
CT/PET/NMRI
Poskytuje obraz denzity
(anatomie, lokalizace, objem
cílové tkáně) - umožní korekci
ozařovacího plánu
+
OZÁŘENÍ
IGRT
Provede ozáření přesně
modulovaným svazkem
IGRT - obrazem řízená
radioterapie
Přesně cílená konformní
radioterapie
INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A
OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ - on-line
IGRT - obrazem řízená radioterapie
ZOBRAZENÍ
CT/PET/NMRI
+
OZÁŘENÍ
IGRT
INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A
OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ
IGRT - tomoterapie - gama-nůž
on-line
ZOBRAZENÍ
CT/PET/NMRI
off-line
+
OZÁŘENÍ
IGRT
Přesně cílená konformní
radioterapie
on-line
CyberKnife - FN Ostrava
fantomová měření
s Iris-kolimátorem
INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A
OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ - on-line
IGRT , tomoterapie
Spirální - helikální - tomoterapie - IGRT řízená obrazem CT
video:  Tomotherapy
DVA DVODY PRO INTEGRACI ZOBRAZOVACÍCH A
OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ:
1. Přesné zacílení a konformní ozáření nádorového ložiska při šetření okolních tkání
2. Monitorování dávkové distribuce při ozařování
Při každém vysokoenergetickém (E>10MeV) ozařování látek
dochází k jaderným reakcím

aktivace látky, vznik radionuklidů, sekundární záření
g-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]
Biologicky cílená radionuklidová terapie otevřenými zářiči
„nejtěsnější možná brachyterapie“
- permanentní, na buněčné úrovni dočasná brachyterapie - afterloading
permanentní intersticiální
brachyterapie
INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A
OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ
hadronová terapie
Hadronová radioterapie - protony
- urychlenými jádry uhlíku 12C
- dalšími částicemi mezony p-, antiprotony
Braggův pík - hloubkové maximum dávky
Braggův pík
hadronová radioterapie
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 a~0,35) protonovým svazkem 150MeV
INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A
OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ
Hadronová radioterapie:
Existuje korelace mezi prostorovou
distribucí radiační dávky v tkáni a
indukovanou radioaktivitou b+
- umožňuje „in beam“ PET monitoring Pro protony je tato korelace záporná

není vhodné pro in beam monitoring
INTEGRACE ZOBRAZOVACÍCH A
OZAŘOVACÍCH TECHNOLOGIÍ
Hadronová radioterapie - urychlenými jádry uhlíku 12C
11C letí dál a zastaví se až v
Jádro
Během letu 12C v tkáni:
strip 
12C + X  (X+n) + 11C ;
Braggově maximu:
reakce
11C je pozitronový radionuklid:
Pozitivní korelace mezi prostorovou
11C (b + ) 11B + e+ + n;
distribucí radiační dávky v tkáni a
indukovanou radioaktivitou b+
e+ + e-  g + g;

Dvojice anihilačních kvant g může být
- umožňuje „in beam“ PET monitoring detekována kamerou PET 
- „zviditelnit“ distribuci rad.dávky v tkáni
scintigrafické monitorování hadronové
podobně mezony p-, antiprotony
12C terapie
Hybridní kombinace [hadronový 12C-ozařovač + PET kamera] „in beam“ PET monitoring
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.:
RTG diagnostika
Nukl. medicína
Radioterapie
www.astronuklfyzika.cz/Scintigrafie.htm
www.astronuklfyzika.cz/JadRadMetody.htm#2
www.astronuklfyzika.cz/JadRadMetody.htm#6
Situace by se mohla radikálně změnit, kdyby se molekulární biologii
podařilo najít účinný neradiační protinádorový prostředek !
Podrobněji je problematika rozebírána na
www-stránkách: „AstroNuklFyzika“
Jaderná fyzika - Astrofyzika - Kosmologie - Filosofie
http://AstroNuklFyzika.cz
www.AstroNuklFyzika
END
Konec prezentace
www-stránky: „AstroNuklFyzika“
Jaderná fyzika - Astrofyzika - Kosmologie - Filosofie
http://AstroNuklFyzika.cz
www.AstroNuklFyzika