AZ IZOTÓPOK KÍSÉRLETES ÉS ORVOSI ALKALMAZÁSAI. RÉSZECSKE GYORSÍTÓK, GAMMA KAMERA

Hasonló dokumentumok
STABIL IZOTÓPOK FELHASZNÁLÁSA

AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete. Tömeghiány, kötési energia Magerők Magmodellek Az atommag stabilitása

A ciklotron működési elve. Ciklotron. A ciklotron működési elve

Radioaktív sugárzások az orvosi gyakorlatban. Az ionizáló sugárzások biológiai hatása. A sugárhatás osztályozása. A sugárhatás osztályozása

Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

Röntgendiagnosztikai alapok

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

Izotópos méréstechnika, alkalmazási lehetőségek

Az izotópdiagnosztika fizikai alapjai

Radioaktív sugárzások az orvosi gyakorlatban. Az ionizáló sugárzások biológiai hatása. A sugárhatás osztályozása. A sugárhatás osztályozása

4. A nukleá ris mediciná fizikái álápjái

Gamma-kamera SPECT PET

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Az atommag összetétele, radioaktivitás

A Nukleáris Medicina alapjai

FIZIKA. Radioaktív sugárzás

Radioaktív nyomjelzés analitikai kémiai alkalmazásai

Gamma sugárzás. Gamma-kamera SPECT PET. Tömeg-energia ekvivalencia. Nukleáris medicína. γ-sugárzás előállítása. γ-sugárzás kölcsönhatása az anyaggal

1. Az izotópdiagnosztika fizikai alapjai

Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai 2. Az izotóp kiválasztásának szempontjai. hf > 50 kev. α β γ. Maximáljuk a nyerhető információt.

Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai. Képalkotó eljárásokkal nyerhető információ. Izotópdiagnosztikai eljárás lépései

Izotópok. Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai. diagnosztikai alkalmazásai. Képalkotó eljárásokkal nyerhető információ

FIZIKA. Atommag fizika

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

Gamma-kamera SPECT PET

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

-A radioaktivitás a nem stabil (úgynevezett radioaktív) atommagok bomlásának folyamata. -Nagyenergiájú ionizáló sugárzást kelt Az elnevezés: - radio

Radioaktív nyomjelzés analitikai kémiai alkalmazásai

Környezetgazdálkodás ban gépészmérnöki diplomát szerzett Dr. Horváth Márk ben ő lett az első Fizikai Nobel-díj tulajdonosa.

Biofizika és orvostechnika alapjai

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Ionizáló sugárzások dozimetriája

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

Modern fizika vegyes tesztek

Magsugárzások, Radioaktív izotópok. Az atom alkotórészei. Az atom felépítése. A radioaktivitás : energia kibocsátása

Izotópok. diagnosztikai alkalmazásai. Képalkotó eljárásokkal nyerhető információ. Izotópdiagnosztikai eljárás lépései

Izotópok alkalmazása az orvostudományban

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Töltött részecskék elnyelődése. Sugárzások és anyag kölcsönhatása. A sugárzások elnyelődése

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Radioaktív izotópok előállítása. Általános módszerek

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by NKTH and OTKA (H07-C 74281) augusztus 17 Hungarian Teacher Program, CERN 1

3531C Radioventriculographia equilibriumban + EKG kapuzás

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Bővített fokozatú SUGÁRVÉDELMI TANFOLYAM

A sötét anyag nyomában. Krasznahorkay Attila MTA Atomki, Debrecen

minipet labor Klinikai PET-CT

Gamma kamera, SPECT, PET. Készítette: Szatmári Dávid PTE ÁOK, Biofizikai Intézet, március 1.

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1. Fény kölcsönhatása az anyaggal. 2. Ionizáló sugárzás kölcsönhatása az anyaggal KAD

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Részecskefizikai gyorsítók

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

RADIOAKTIVITÁS, SUGÁRZÁSMÉRÉS

Nehézion-ütköztetők, részecskegyorsítók

Az atommagtól a konnektorig

2. tétel - Gyorsítók és nyalábok (x target, ütköz nyalábok, e, p, nyalábok).

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Az ionizáló sugárzások el állítása és alkalmazása


Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

A nukleáris medicina alapjai: Biofizika és alapelvek. Zámbó Katalin Nukleáris Medicina Intézet

Alapfogalmak. Magsugárzások. A magsugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Töltött részecskék ionizáló hatása. tulajdonságai.

Nukleáris medicinai technikák alapjai: Gamma- kamera, SPECT, PET

Abszolút és relatív aktivitás mérése

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

Magspektroszkópiai gyakorlatok

Drug design Képalkotó eljárások a gyógyszerkutatásban Dr. Kengyel András GK, SPECT, PET, fmri, UH, CT, MRI Doppler UH

Országos Onkológiai Intézet, Sugárterápiás Centrum 2. Országos Onkológiai Intézet, Nukleáris Medicina Osztály 4

Radioaktív sugárzás elnyelődésének vizsgálata

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

A testek részecskéinek szerkezete

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Radioaktivitás biológiai hatása

Általános Kémia, BMEVESAA101

Modern Fizika Labor. 21. PET (Pozitron Annihiláció vizsgálata) Fizika BSc. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: nov. 15.

Atomreaktorok üzemtana. Az üzemelő és leállított reaktor, mint sugárforrás

Első magreakciók. Exoterm (exoerg) és endoterm (endoerg) magreakciók. Coulomb-gát küszöbenergia

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Radiometrikus kutatómódszer. Összeállította: dr. Pethő Gábor, dr. Vass Péter

A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

Első magreakciók. Targetmag

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Theory hungarian (Hungary)

Radioaktív sugárzások abszorpciója

61. Lecke Az anyagszerkezet alapjai

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

PROMPT- ÉS KÉSŐ-GAMMA NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS A GEOKÉMIÁBAN I. rész

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Atommag, atommag átalakulások, radioaktivitás

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by OTKA MB augusztus 16. Hungarian Teacher Program, CERN 1

Átírás:

AZ IZOTÓPOK KÍSÉRLETES ÉS ORVOSI ALKALMAZÁSAI. RÉSZECSKE GYORSÍTÓK, GAMMA KAMERA Tankönyv fejezetek: Radioaktív izotópok felhasználása II./3.2.4 Ionizáló sugárzások detektálása II./3.2.5 Részecskegyorsítók az orvostudományban II./3.2.6 Izotópos nyomjelzéstechnikák: szcintigráfia VIII/3.2 Sugárterápia IX/3.

IZOTÓP: A PERIÓDUSOS RENDSZER AZONOS HELYÉN VAN (izosz, toposz) Szén izotópok: 6 proton + neutronok 5 neutron 11 C radioaktív T 1/2 =20 s 6 neutron 12 C stabil 7 neutron 13 C stabil 8 neutron 14 C radioaktív T 1/2 =5736 év 9 neutron 15 C radioaktív T 1/2 =2.5 s Lehetnek: STABIL RADIOAKTÍV Felhasználási terület: KUTATÁS DIAGNOSZTIKA TERÁPIA

STABIL IZOTÓPOK FELHASZNÁLÁSA Leggyakrabban használatosak: Felhasználásuk alapja: 2 H, 13 C, 15 N, 18 O a természetben túlsúlyban lévőtől eltérő tömeg A tömeg-eltérés detektálásának módja: * izotópeffektus ( 2 H) * szedimentációs módszer (centrifugálás) * tömegspektrometria Klasszikus példa: Meselson és Stahl kísérlete a szemikonzervatív replikációra (1958)

Elv: A MESELSON-STAHL KÍSÉRLET - a DNS-ben levő nitrogén a természetben 14 N - ez kicserélhető 15 N-re, ha azt tartalmazó táptalajt használunk - a 15 N-t tartalmazó DNS ultracentrifugában CsCl gradiensen mélyebbre ülepszik, mint a 14 N-t tartalmazó Nitrogén forrás 14 N 14 N+ 15 N 15 N 14 N 15 N 14 N Eredeti DNS 15 N-en nevelt 1. replik. után 2. replik. után 3. replik. után Sűrűség gradiens DNS

RADIOAKTÍV IZOTÓPOK FELHASZNÁLÁSA 1. Kis mennyiségben jelen lévő anyagok koncentrációjának meghatározása (RIA) - in vitro laboratóriumi vizsgálatok 2. 14 C radiokarbon kor meghatározás régészet 3. Radioaktív nyomjelzéses technika sejtbiológia, biokémia 4. Testkompartmentek térfogatának meghatározása 5. Izotópeloszlás meghatározása szervek alakjának, méretének és metabolikus aktivitásának jellemzésére (2D képalkotás gamma-kamerával) 6. Izotópos nyomjelzésen alapuló tomográfiás eljárások (SPECT, PET; ld. következő előadás) 7. Sugárterápia

1. Érzékeny koncentráció meghatározás (RIA) Testnedvekből, sejttenyészetekből kis koncentrációjú anyagok pl. hormonok, gyógyszerek mennyiségi meghatározása Vagy: 2b. Ismert koncentrációjú teszt anyag kalibr. görbe előállításához Direkt mérés 1. Antitest az edény aljára tapasztva Mérés szcintillációs számlálóval 3. Radioaktívan jelzett antitest

1. Érzékeny koncentráció meghatározás (RIA) Indirekt (kompetitív) mérés 1.Antitest az edény aljára tapasztva minta kontroll 1.Antitest az edény aljára tapasztva A jelzett teszt anyag a mintában lévővel kompetál és kevesebb kötődik Mérés szcintillációs számlálóval Kontroll aktivitása Minta aktivitása ~ Anyag mennyisége a mintában

2. Radiokarbon kormeghatározás Chauvet-Pont-d'Arc barlang Franciaország: legrégebbi barlangrajzok a Paleolitikumból (~30 ezer éves) 14 C/ 12 C arány állandó, míg anyagcsere folyik, az egyed elpusztulása után a 14 C bomlása miatt csökken Beta-decay, t 1/2 =5730 év

3. Nyomjelzéses módszerek Hevesy György, 1885-1966 Sejtek, enzimek működésének vizsgálata 3 H : Timidin inkorporáció - DNS szintézis mérése 14 C: Enzim aktivitás, anyagcsere folyamatok (elektroforézis után autoradiogram) 24 Na: Sejtek Na + háztartása (pl. Na-K ATP-áz) 32 P: ATP beépülés DNS és foszfoprotein autoradiográfia 35 S: Fehérje nyomjelzés 45 Ca: Sejtek Ca ++ háztartása (pl. stimuláció, Ca-ATP-áz) 86 Rb: Sejtek K + háztartása (pl. Na-K ATP-áz)

2. Nyomjelzéses módszerek Autoradiográfia PROTEIN 32 P Rtg filmen

3.Nyomjelzéses módszerek: pulse-chase kísérlet a szekréciós útvonal tanulmányozására (Palade) 3 H-leucine (pulse) beadása a tengerimalacoknak. 3 perc múlva nagy mennyiségű hideg leucine beadása (chase). Mintavétel és metszet készítés a hasnyálmirgyből különböző időpontokban a második injekció után. A metszetek festése Ozmium-tetroxiddal, ami a membránokhoz kötődik. Vékony fotoemulzió rétegzése a mintákra. Az izotóp által kibocsátott béta sugárzás hatására az izotóp helyén ezüst szemcsék kiválása történik. A minták vizsgálata transzmissziós elektron mikroszkópban.

3.Nyomjelzéses módszerek: pulse-chase kísérlet a szekréciós útvonal tanulmányozására (Palade). 5 min Sejtmag Durva ER 15 min Radioaktív izotóppal jelölt fehérjék >30 min

4.Testkompartmentek térfogatának meghatározása 1. Ismert aktivitású izotóp bejuttatása a szervezetbe, sejtbe 2. Az izotóp aktivitásának mérése egyes mintákból Élő szervezetben végezhető mérések Alapvető szempont: rövid felezési idő Statikus mérések Teljes test víztérfogat Vérplazma térfogata Kicserélhető Na + ionok Dinamikus mérések Vasfelvétel kinetikája - 59 Fe Kalciumfelvétel kinetikája - 45 Ca VVT élettartam mérés - 59 Fe Pajzsmirigy jódfelvétele - 131 I, 123 I

5. 2D és 3D képalkotás (g-kamera, SPECT, PET) 1/T eff = 1/T fiz + 1/T biol rövid fizikai felezési idő: hogy az aktivitás lehető legnagyobb része a vizsgálat alatt kerüljön felhasználásra biológiai felezési idő: az anyagcsere határozza meg. Kinetikai mérések esetében hasonló nagyságúnak kell lennie mint a mérés időtartama. g-kamera, SPECT (részletesebben: egy másik előadáson) g sugárzó izotóp minél rövidebb felezési idő leggyakoribb: 99m Tc Előállítás: technéciumgenerátorban

b -, 67ó Technéciumgenerátor g, 6 ó 99 Mo 99m Tc 99 Tc 42 43 43 Használatának alapja: A vízben nem oldódó NH 4 MoO 4 -ból vízben oldódó NH 4 TcO 4 keletkezik, mely kinyerhető

5. 2D és 3D képalkotás (g-kamera, SPECT, PET) Csak g bomló (vagy K befogást követően röntgensugárzást kibocsátó) izotópokat használnak, mert az és b részecskék nem hagyják el a testet, ha annak belsejében emittálódnak. 99m Tc -hoz kötve mikrokolloid makrokolloid szérumalbumin DMSA (dimerkaptoszukcinát) Foszfát EDTA HIDA - csontvelő - máj, lép, RES - perfúzió - vese - csont, izület - agy, vese - epeút 201 Tl - szívizom 113m In - placenta 133m Xe - tüdő 131 I, 123 I - pajzsmirigy, vese

5. 2D képalkotás. Gamma-kamera kollimátor Szcintillációs kristály Fotoelektronsokszorozó

Szcintillációs kristály és fotoelektronsokszorozó Szcintillációs kristály: CsI α részecskék és protonok Thalliummal szennyezett NaI γ fotonok Bizmut-germanát γ fotonok A fényfelvillanások intenzitása függ a γ fotonok energiájától. Az elektromos jelek amplitúdója arányos a részecskék/fotonok energiájával Az elektromos impulzusok száma = beeső fotonok száma

5. 2D képalkotás. A vesék alaki és funkcionális vizsgálata Statikus vizsgálat 99m Tc-DMSA alkalmazásával, patkóvese diagnosztizálása Időbeni mérés renogram Idő (perc)

7. Sugárterápia Cél: Daganatok elsődleges vagy kiegészítő kezelése 1. Szupervolt terápia a mélyen elhelyezkedő tumor kezelésére a. Ultrafeszültségű Rtg kezelés (lásd gyorsítóknál) b. Kobalt ágyú c. Gamma-kés 60 Co b - + 60m Ni g (1,17MeV) 60m Ni g (1,33MeV) 60 Ni 2. Testbe helyezett sugárforrás (b - + g) Intersticiális (a daganatszövetbe tűzdelve) - 60 Co, 192 Ir Üregi - 60 Co, 192 Ir, 137 Cs, 226 Ra, Kontakt applikátor (szem) - 103 Ru Keringésbe juttatott 131 I, 32 P, 198 Au EGYRE RITKÁBBAN!

7. Sugárterápia:Gamma-kés ~200 db 60 Co sugárforrásból érkező gamma sugarakat fókuszálnak az agyban található elváltozásra/daganatra. Az egyes sugárforrások gyengék, a sugárzás nem roncsolja az egészséges szöveteket. A sugárnyalábok metszéspontjába helyezett célpontot viszont elegendően nagy dózis éri, ahhoz hogy a sejtek elpusztuljanak.

RÉSZECSKEGYORSÍTÓK Orvosi alkalmazások: PET-hez b + - bomló izotópok előállítása gyors protonok és deuteronok - ciklotron Ultrafeszültségű Rtg kezelés gyors elektronok - lineáris gyorsító Biológai alkalmazások: Nagyfeloldású Rtg krisztallográfia koherens EM (Rtg energia) sugárzás - szinkrotron Ultragyors molekulaspektroszkópia koherens EM sugárzás szinkrotron Részecskefizikai alkalmazások: pl. kvarkok megismerése Magfizikai alkalmazások:

LINEÁRIS GYORSÍTÓK Ionforrás Elektródák Proton: 50-60 MeV (max 1000 MeV) ~ Rádiófrekvenciás generátor Elektron: 1 MeV felett v ~ c! más technikai megoldást igényel az elektródok lehetnek egyenlő távolságra stanfordi lineáris gyorsító: 40,000 MeV!, 0.1A Nagyenergiájú Rtg fotonok kiváltása

3.2 km hosszú Lineáris gyorsító, Stanford

DE OEC: Lineáris gyorsító

CIKLIKUS GYORSÍTÓK ÁLTALÁNOS MEGFONTOLÁSOK A pályán tartó erő: Lorentz erő B qvb qvb=mv 2 /r; w=v/r w=qb/m

CIKLIKUS GYORSÍTÓK qvb=mv 2 /r; w=v/r w=qb/m Ciklotronban A pálya elektron esetén kör v=c, 1 MeV felett ionok estén spirál v<<c, v egyre nő, w állandó, tehát r nő Nagy energiájú ionok esetén m is nő (relativisztikus tömegnövekedés) w állandó, tehát B-t növelni kell Legjobb megoldás: szinkrotron w és B nő a gyorsulással szinkron, így r állandó lehet duáns DE ~

A Lawrence ciklotron D-i a hűtő csövekkel A ciklotron mágnesrésze

It is beautiful! DC-72 cyclotron