Dr. rer.nat. H. Künstner Dr.-Ing. J. Kurth. 17 Unterrichtseinheiten (ca. 1 h 30 min)

Transkript

1 Physikalische Grundlagen der Nuklearmedizin Dozenten: Dr. rer.nat. H. Künstner Dr.-Ing. J. Kurth 17 Unterrichtseinheiten (ca. 1 h 30 min) + Abschlussklausur

2 Ihre Meinung ist gefragt! Welche Vorstellung haben Sie von Radioaktivität???? Was denken Sie, erwartet Sie in einer nuklearmedizinischen Praxis oder Klinik? Haben Sie Befürchtungen, bei Ihrer Tätigkeit in der Nuklearmedizin verstrahlt zu werden oder andere Gesundheitsschäden zu erleiden?

3 Fragen zur Radioaktivität Was passiert beim radioaktiven Kernzerfall? Welche Arten von Strahlung gibt es? Wie wirkt die Strahlung auf die umgebende Materie, insbesondere lebendes Gewebe? Klärung wichtiger Begriffe: Isotop, Halbwertszeit, Zerfallsgesetz, Welche Unterschiede gibt es zu den Röntgenstrahlen? Wie werden radioaktive Materialien hergestellt? Wie können wir die Radioaktivität für biologischmedizinische Zwecke nutzen? Welche Gefahren gehen von der Radioaktivität aus und wie können wir uns vor diesen schützen? Welcher Strahlung sind wir natürlich und durch medizinische Untersuchungen ausgesetzt?

4 Was ist Radioaktivität Eigenschaft der Materie (instabiler Atomkerne), spontan Teilchen- oder elektromagnetische Strahlung auszusenden! Diese Strahlung wiederum tritt mit der umgebenden Materie in Wechselwirkung und überträgt ihre Energie teilweise oder vollständig an die Umgebung. Daraus ergeben sich als Folge die biologischen Wirkungen der radioaktiven Strahlung Problem: Der Mensch besitzt kein Sinnesorgan für diese Strahlung, deshalb ist der Umgang mit Radioaktivität gefahrvoll und muss durch Regeln und Messtechnik abgesichert werden.

5 Was ist Radioaktivität? Stabile Atome (Element A) Instabile Atome (Element B) Stabile/instabile Atome nach radioaktivem Zerfall von B (Element C)

6 Erforschung der Radioaktivität 1896: Henri A. Bequerel entdeckt die Radioaktivität an Hand der Eigenstrahlung von Uranerz 1898: Marie und Pierre Curie entdecken die radioaktiven Elemente Polonium und Radium 1911: E. Rutherford stellt sein Atommodell vor 1913: N. Bohr veröffentlich sein erweitertes Schalenmodell des Atomaufbaus F. Soddy prägt den Begriff des Isotops 1934: Irene Curie und Frederic Joliot entdecken die künstliche Radiaktivität 1938: Erste künstliche Atomspaltung durch Otto Hahn 1942: Erster Kernreaktor von Enrico Fermi

7 Zur Geschichte der Nuklearmesstechnik Für die messtechnische Untersuchung der Radioaktivität mussten erst geeignete Messgeräte erfunden werden! 1911: Wilson erfindet die Nebelkammer 1928: Geiger und Müller veröffentlichen in Kiel Das Elektronenzählrohr heute Geiger-Müller-Zählrohr Erste international anerkannten Strahlenschutzregeln 1934: 0,2 Röntgen/Tag als Obergrenze festgelegt (2mSv/d) 1947: Kristalldetektor mit nachgeschaltetem Photomultiplier 1951: Rektilinearer Scanner 1958: Szintillationskamera (Gamma-Kamera) von Anger Basis heutiger Gamma-Kameras

8 Zur Geschichte der Nuklearmedizin 1896: erster Röntgenapparat Beginn der Radiologie 1923: Georg von Hevesy nutz radioaktives Blei für biologische Untersuchungen an Pflanzen 1936: Erste Behandlung eines Leukämie-Patienten mit 32 Phosphor 1937: Erste Schilddrüsenuntersuchungen mit 128 Jod 1947: Einsatz von Kristalldedektoren (Szintillationszähler) 1951: erste bildliche Darstellung der Aktivitätsverteilung mittels Scanner durch Cassen 1958: Anger setzt erste Gamma-Kamera ein Seit dem stetige Weiterentwicklung der Sensor- und Auswertetechnik hin zu tomographischen Aufnahme- Verfahren (SPECT, PET) und Kombination unterschiedlicher Untersuchungen

9 Physikalische Grundlagen der Nuklearmedizin Einführung Physikalische Grundlagen Strahlungsmessung Radiopharmakologie Dosisbegriff/Strahlenschutz Organisation einer nuklearmedizinischen Abteilung Qualitätssicherung in der Nuklearmedizin Bildgebende Verfahren Therapie mit offenen Radionukliden Verordnungen und Richtlinien Praktischer Strahlenschutz

10 Unterrichtsinhalte 01 Einführung 02 Struktureller Aufbau der Materie 03 Strahlenqualität und radioaktiver Zerfall 04 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie 05 Zerfallsgesetz, Anregung, Ionisation 06 Dosisbegriff, Nukliderzeugung 07 Nachweis ionisierender Strahlung, Aktivitätsmessung 08 Szintillationsdetektor, Halbleiterdetektor, Spektrum 09 Uptake und Aktivitätsbereitstellung 10 Übungen Uptakeberechnungen / Strahlenbelastung 11 Gammakamera und Kollimatoren 12 Grundlagen SPECT 13 Grundlagen PET und PET/CT 14 Grundlagen der tomografischen Bildrekonstruktion 15 Datenverarbeitung / Qualitätskontrolle 16 Strahlenschutz: Gesetze, Verordnungen, Leitlinien 17 Wiederholung zur Vorbereitung der Klausur 18 Abschlussklausur 19 Auswertung Klausur/Abschluss

11 Unterrichtsschwerpunkt: Messtechnik Wie können wir Radioaktivität nachweisen/messen? Film Personendosimetrie, Spezialuntersuchungen Ionisationskammerprinzip Aktivität, Dosis Szintillationszähler Spektren, Scannerbilder Szintillationskamera Bilder, SPECT, PET Halbleiterdetektor Spektren, Scannerbilder

12 Unterrichtsschwerpunkt: Messtechnik

13 Von der Anger-Kamera zur modernen Gammakamera

14 Beispiele für Gamma-Kameras

15 Beispiele für Gamma-Sonden

16 Beispiele für Gamma-Kameras

17 Aktuell das Modernste: PET/CT-Geräte CT CT PET PET

18 Grundprinzipien der Nuklearmedizin Radioaktive Isotope besitzen gleiche chemische Eigenschaften und unterliegen nach Inkorporation gleichem Stoffwechsel Nuklearmedizinische Diagnostik beruht auf dem Nachweis der eingeschleusten radioaktiv markierten Substanzen Nuklearmedizinische Therapie nutzt Strahlenwirkung des in den Stoffwechsel eingeschleusten Radiopharmakon (z.b. Zerstörung von Schilddrüsengewebe durch radioaktives Jod) Diagnose- und Therapieauswahl erfolgt unter Beachtung des Zusammenwirkens von physikalischen und biologischen Prozessen (z.b. effektive Halbwertszeit (HWZ) ist Funktion von phys. und biol. HWZ)

19 Nuklearmedizinische Diagnostik (Grundprinzip) Messtechnik Radioaktive Atome werden intravenös oder oral oder durch Inhalation verabreicht So wenig wie möglich! So viel wie nötig! Über den Blutkreislauf und den Stoffwechsel werden die radioaktiven Atome im Körper verteilt. Beim Zerfall freiwerdende Strahlung tritt aus dem Körper heraus und kann gemessen werden.

20 Diagnostische Bildbeispiele

21 Nuklearmedizinische Therapie (Grundprinzip) Radioaktive Atome werden intravenös oder oral verabreicht (appliziert) So viel wie nötig! Strahlung zerstört hauptsächlich Zellen in Bereichen hoher Zerfalls- Konzentration (z.b. heiße Knoten in der SD werden zerstört) Über den Blutkreislauf und den Stoffwechsel werden die radioaktiven Atome/markierte Moleküle im Körper verteilt und sammeln sich in bevorzugten Bereichen (z.b. Iod in der Schilddrüse oder in Metastasen des SD-Karzinoms)

22 Aufgaben der MTRA in der Nuklearmedizin Durchführung nuklearmedizinischer Untersuchungen unter Berücksichtigung korrekter Untersuchungstechnik, Strahlenschutz, optimaler Bildqualität Speicherung und Auswertung der nuklearmedizinischer Daten Dokumentation der Befunde Präparation und Qualitätskontrolle von Radiopharmaka (Arbeit im Aktivlabor) Durchführung von in-vitro-untersuchungen mit Radiopharmaka Qualitätskontrolle der Messgeräte Technische Kontrolle der Untersuchungsgeräte Lagerung und Bestellung von Verbrauchsmaterialien und Radiopharmaka Sonstige Aufgaben einer MTRA (Blutabnahme, Information der Patienten über technische Seite der Untersuchungen u.a.)

23 Grundregeln des Strahlenschutzes Abstand halten Doppelte Entfernung = ¼ Strahlung Aufenthaltsdauer beschränken schlechter besser Abschirmung verwenden

24 Grundregeln des Strahlenschutzes Sorgfältiger Umgang mit Radioaktivität Einhaltung der Strahlenschutzregeln und Vorschriften Schutzkleidung beim Umgang (Kittel, Handschuhe, ggf. Schutzbrille) nicht Essen, Trinken, Rauchen bei der Arbeit mit radioaktiven Stoffen regelmäßige Kontaminationskontrollen (Hände, Füße, Arbeitsflächen) besonnenes Handeln im Störfall (Kontaminationen, technische Probleme)

25 Strahlenschutzbereiche Kennzeichnungspflicht Personendosimetrie mittels Dosimeter vorgeschrieben Allgemeines Staatsgebiet Betrieblicher Überwachungsbereich Kontrollbereich (z.b. Station, aktives Labor) eff. Jahresdosis > 6 msv/a möglich Kennzeichnungspflicht dauerhaft Körperdosis ist zu ermittelten Sperrbereich eff. Jahresdosis von 1-6 msv/a möglich Grenzwert der eff. Dosis: 0,3 msv/a

26 Strahlenschutzbereiche der KNuk

27 Ende