- Emission eines Heliumkerns - Diskrete Energien der Alphateilchen ermöglichen Indetifikation

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1 Mtivatin Therapie und Diagnstik Funktinelle Bildgebung Darstellung systemischer Vrgänge Lkalisatinsdiagnstik Tracerprinzip Freie Nuklide zur unspez. Dartellung der als Radipharmaka Einteilung Diagnstik (in vitr & in viv) Therapie Atmbau Kern: Prtnen und Neutrnen Hülle: Elektrnen Istp: gleiche Prtnenzahl, untersch. Neutrnenzahl Chem. Reaktinen vn ehülle abhängig Ruhemasse E: 9 * 10^31kg der 0,511 MeV/c² P und N: 1,6*10^27kg der 939MeV/c² Atmmasse < Masse der Bestandteile > Diff ist Binungsenergie Energiegewinn bei Spaltung schwerer und Fusin leichter Kerne (weniger Bindungsenergie) Radiaktivität Größte Stabilität = höchste Bindungsenergie = Ziel Istne ; Isbare \; Istpe aumwandlung Emissin eines Heliumkerns Diskrete Energien der Alphateilchen ermöglichen Indetifikatin BetaMinus Umwandlung Neutrn zu Prtn Kpmletter Energieübertrag auf Elektrn möglich > maximale BetaEnergie BetaPlusUmwandlung Prtn zu Neutrn Erst möglich ab Δmc² > 1022 kev (zwei Phtnen) S e i t e 1 7

2 BetaElektrneneinfang Einfang eines Hüllenelektrns aus einer Schale (Kern fängt) Prtn zu Neutrn Emissin char. Röntgenstrahlung und/der AugerElektrn ystrahlung Abregungsreaktin (direkt der kaskadenförmig) Zerfallsgesetz Mittlere Lebensdauer Aktivität Menge der Zerfälle pr Zeiteinheit [Bq]. Zerfallsketten Viele Nuklide haben Tchterkerne > Zerfallsketten Ständige Nachbildung des Tchternuklids bis Mutteraktivität erreicht Radiaktives Gleichgewicht Dauergleichgewicht: T(i) == T(i+1) Laufendes Gleichgewicht: T(i) >> T(i+1) Kein Gleichgewicht: T(i) << T(i+1) Radinuklidgeneratren Generatr Zykltrn Kernreaktr Generatrsystem Gewinnung vn Radinukliden mit kurzen Halbwertszeiten Wunschnuklid ist Zerfallsprdukt einer instabilen Muttersubstanz Chemische Abtrenunng vn Tchter vn der Mutter > Elutin Zykltrn Warum? Nicht alle Nuklide über Generatr verfügbar Induzierte Kernumwandlung mittels Aktivierung S e i t e 2 7

3 Wechselwirkung Strahlung Materie Änderung der phys., bil. und chem. Eigenschaften Direkt inisierend (e+, e, Prtnen, a) Strßbremsung Strahlungsbremsung Indirekt inisierend (n, Phtnen) Phteffekt Cmptneffekt Paarerbildung Phteffekt Herausschlagen eines Hüllenelektrns Vllst. Absrptin des Phtns > Energieübertrag auf Elektrn Begleitet vn Röntgenstrahlung und/der AugerElektrn Absrptinskanten > Phtn wird absrbiert! Cmptnstreuung Stß zw. Phtn und lcker gebundenem Elektrn > Richtungsänderung und Energieabgabe vm Phtn Paarbildung/Paarvernichtung Min. Phtnenenergie vn 1022keV > Erzeugung eines e+/e Paares (kntinuierliche Energieverteilung Annihilatin des e+ nach Abbremsung > zwei diametrale Phtnen Wechselwirkung geladener Teilchen Atm Elastisch mit Hülle der Kern > Richtungsänderung Inelastisch mit Hülle(Inisatin, Anregung) der Kern(Bremsstrahlung) > Richtugnsänderung und Energieverlust Inisatinsbremsung Dminiert bei schweren geladenen Teilchen Bewirkt Anregung, Inisatin BetheBlck > Energieverlust des Prjektils Strahlungsbremsung Ablenkung geladener Teilchen durch Culmbfeld CherenkvStrahlung Leuchterscheinung, beim Durchgang schneller Elektrnen durch Wasser Absrptin vn AlphaStrahlung Geradlinig aufgrund hher Teichenmasse S e i t e 3 7

4 Reichweite: cmbereich Absrptin vn BetaStrahlung Energiespektren durch untersch. Abbremsung (Umwegfaktr) cm bis mbereich Absrptin vn Phtnenstrahlung Expnentielle Schwächung Aufbaufaktr durch Streuung (Dsisbeitrag) Schwächung vs. Energieübertrag vs. Energieabsrptin unterscheiden Blei Messung inisierender Strahlung Allg: in. Strahlung überträgt Energie auf Detektr > Messeffekt Inisatinskammer (direkte Dsismessung) Hchspg. Zw. Ande und Kathde Gas wird bei Strahlungseintritt inisiert, zur Ande geleitet und gemessen Prprtinalzählrhr Stßinisatin durch schnelle Elektrnen > elawinen Impulszählung (einzelne Elektrnen zählbar, Spektrmetrie mögl.) Auslösezählrhre Ähnlich zu Prprtinalzählrhr. Rhr Draht > In. Strahlung > Impuls Keine Spektrmetrie Szintillatinszähler Lichtblitze im Kristall > Phtkathde erzeugt Elektrnen > Phtmultiplier (Dynden) Spektrmetrie möglich Szintillatr Flureszierender Stff Anfrderung: kurze Ablingzeit des Leuchtens, hhe Ausbeute, kein Afterglw, Anrganisch: Fremdatme der Gitterfehler Organisch: Mleküleigenschaft Organisch Flüssigkeit: Mleküleigenschaft, frmbar S e i t e 4 7

5 Gammakamera Szintigramm = Aktivitätsverteilung * Punktquellenfunktin Strahlungsmesstechnik nutzt Kllimatren analg zu Linsen Parallellchkllimatr Blei Szintillatr Kllimatrsepten Septen aus Materialen mit hher Ordnungszahl Kleiner Lchdurchmessesser > hhe Auflösung, geringe Empfindlichkeit Septenlänge > höhere Auflösung, geringer Empfindlichkeit Penetratin (seitlich; abh. Vn Septendichte) Szintillatinskristall Rand durch Kllimatr abgedeckt Temperatursensibel Dicker > mehr Cmptn > mehr Szintillatinsrte Mehr Gamma > weniger Absrptin Kameraelektrnik ANGERPrinzip ein PMT hat vier Ausgänge (x+, x, y+, y) > Krds des Quants lässt sich Berechnen Lichtblitz verteilt sich auf versch PMTs > Schwerpunkt über Wiederstandsmatrix messen Durch Summatin rtsunabh. Signalhöhe Schwächung abh. vn Tiefe d der Quelle im Objekt > Lösung mit gem. Mittel Ortsauflösung mittels Lininebildfunktin (Linienquelle quer zur Längsachse) > Berechnung der Mdulatinstransferfunktin (math. Gütefaktr der Abbildung) Linearität > Verzerrungsfreie Darstellung (mit Linien der Punktquellen im Raster messen) Empfindlichkeit > Absrptin, Kllimatrausbeute, Ansprechwk Prdukt der Faktren ist Gesamtempfindlichkeit Hmgenität > Quantennachweis unabh. vm Nachweisrt (pixelweise Krrekturfaktren) SPECT (Single Phtnen Emissin Cmputed Tmgraphy) GammaKameraEinsatz aus verschiedenen Winkeln > 3D (Gantry) Präperat emittiert Gammastrahlung! > phys. Kllimatr > Absrptin Aktivitätsmessgeräte Aktivität vn Präperaten bestimmen SchachtInisatinskammern (GefäßGemetrie berücksichtigen) Bhrlchdetektren UptakeMessplatz (Szintillatinsdetektr zur Bestimmung der Aktivität in der Schilddrüse Strahlenschutzmesstechnik (Ganzkörper, Handmesser, HandFußKleidermnitre) S e i t e 5 7

6 Tmgrafische Messung Prblem: 3dimensinale Aktivitätsverteilung (Szintigramm nur 2D) > Schichtweises Messen schwächt Prblem ab (z = cnst.) > ECTAlgrithmus zur Kmbinatin der 2DBilder Rückprjektin Aufaddieren aller Prjektinen und renrmieren Liefert mit Filter guten Kntrast! Iterative Bildreknstruktin (verdrängt Rückprjektin) Ideal: exakte Reknstruktin der Quellenverteilung (aber Rechenintensiv) Pr Schritt steigende Anzahl vn Prjektinen Prjektsinmatrix wird mit geschätzer Matrix verrechnet PET (Psitrnen Emissins Tmgraphie) Beta+ Emitter als Quelle Annihilatinsquanten werden detektiert (Detektinsrt!= Emissinsrt) Kinzidenzmessung Kinzidenzen zwischen den detektierten Phtnen in Przessr > Schnittbilder (LR) Kein phys. Kllimatr > hhe Aubeute > bessere Qualität als bei SPECT Verschelchterung des Kntrasts durch Ungenauigkeiten (randm, scatter) Keine Mrphlgie Auflösung Anihilatinsrt entspricht nicht dem Zerfallsrt Bestimmt durch Größe des Blckdetektrs (auch AngerPrinzip) Bilgische Strahlenwirkung Energie durch: neue freie Radikale, Strangbrüche der DANN (smatisch und genetisch) Dsis [Bq] Äquivalentdsis [Sv] (Qualitätsfaktr) ALARA> As lw as reasnabl achivable Strahlenwirkung Stchastisch vs. deterministisch Therapiefrmen Radijdtherapie Radiaktives Jd verabreicht > Schilddrüse Radijdtest Prüfung der Schilddrüsenfunktin > Verabreichung und Aktivitätsmessung SIRT (Selektive Interne Raditherapie) Radisynvirthese (Gelenkinnenhautwiederherstellung) Radiimmuntherapie S e i t e 6 7

7 Dsis nach MIRD Dsis mit SFaktr Schema zur Dsisberechnung aufgrund Aktivitätsverteilung im Körper Dsisgrenzwerte Kategrien 1mSv/a > 6 msv/a > 20mSv/a Knsequenzen Sammeln radiaktiver Abfälle und Abwässer S e i t e 7 7