Document

Werbung
Radioanalytik „Anwendungen von Radionukliden – Therapie und Diagnostik“
1-9
Anwendung von Radionukliden: „Therapie und
Diagnostik“
1.
Radionuklide
in
Nuklearmedizin und
Strahlentherapie
Einleitung
Die Anwendung von Radionukliden und ionisierender
Strahlung in Diagnostik und Therapie erfordert die
Anwendung leistungsfähiger radioanalytischer Methoden. Im
Folgenden wird ein Überblick gegeben:








2.
Röntgendiagnostik
Perkutane Strahlentherapie
Isotopentherapie
Isotopendiagnostik
Dosisberechnung
Patientendosimetrie
Strahlenschutz für Patient und Personal
Qualitätssicherung
Strahlentherapie
typische Werte
Aktivität Dosisleistung /
/Bq
mSv/min
Typische
Aktivitätsund
Dosisleistungen
in der Medizin
Strahlenschutz
Diagnostik,
Therapie
Diagnostik
Qualitätssicherung
Therapie
Dosimetrie
Qualitätssicherung
30
3·10-6
1·104
1·10-2
3·108
│
3·1011
1·101
│
3·103
Diagnostik und
Therapie
Anwendungsumfang ionisierender
Strahlung in der
Medizin
Therapie
Therapie
(Versuchsstadium)
Röntgenstrahlung
Strahlung
Elektronenstrahlun
g
schwere geladene Teilchen
Neutronenstrhalung
Radioanalytik „Anwendungen von Radionukliden – Therapie und Diagnostik“
2-9
2.1 Grundlagen
Der Wirkungsmechanismus der Strahlentherapie gutartiger
Erkrankungen ist noch weitgehend ungeklärt. Die Wirkung
von ionisierender Strahlung auf maligne Tumoren ist
zellbiologisch gut verstanden.
Ziel
Rezidiv
Voraussetzung
Notwendigkeit
Wirkungen
Ziel der Strahlentherapie ist es, die unbegrenzte
Vermehrungsfähigkeit der Tumorzellen zu unterbinden. Durch
die Bestrahlung kann bewirkt werden, das Zellen
entscheidend geschädigt werden und sich nicht mehr
unbegrenzt weiter teilen.
Eine geringe Anzahl ungeschädigter Zellen kann jedoch die
Ursache für ein Rezidiv sein. Die Generationszeit
menschlicher Zellen in einer Gewebekultur beträgt 1- 2 tage.
Die Strahlenwirkung wird nur auf das Zielvolumen
konzentriert.
Besonders
strahlempfindliche
gesunde
Risikoorgane und Gewebe oder vorgeschädigte bereiche
sollen geschont werden.
Das Tumorgebiet mit seiner möglicherweise infiltrierten
Umgebung ist das Zielvolumen. Es muss exakt lokalisiert und
die Strahlenwirkung gleichmäßig auf diesen bereich
konzentriert werden.
Mitoseverzögerung
Erste Wirkung ionisierender Strahlung auf Zellen:
Verlängerung der Generationszeit. Dies ist bedeutungslos,
denn alle Zellen führen noch mindestens eine Teilung aus.
„Riesenzellen“
Ist die Teilungsfähigkeit einer Zelle entscheidend geschädigt,
so endet die Teilung bei der Bildung von Riesenzellen, die
nicht mehr teilungsfähig sind.
Eine Zelle, die eine Kolonie bilden kann,
nennt man
Stammzelle (clonogenic cell“).
Ca. 0,1 % der Zellen eines Tumors sind Stammzellen. Sie
sind unbegrenzt proliferationsfähig.
Ein Tumor von 1 cm Durchmesser enthält ca. 10 9 Zellen. ca.
106 Stammzellen.
Ein Tumor, der keine solche Zelle mehr enthält, ist durch die
Wirkung der Strahlung geheilt. Die Dosis, die für die Heilung
erforderlich ist, wird bestimmt durch zwei Größen:


Anfangszahl der Stammzellen
Kurve der Überlebenswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der Dosis
Radioanalytik „Anwendungen von Radionukliden – Therapie und Diagnostik“
3-9
Hat die Überlebenskurve eine Zehntelwertsdosis von 4 Gy, so
ist unter Vernachlässigung der Schulter in einem Tumor mit
106 Stammzellen nach einer Dosis von 24 Gy die Zahl der
Stammzellen auf 1 reduziert. Nach der Poisson-Statistik ist in
37% solcher Tumoren keine Stammzelle mehr vorhanden.
Tumorkontrolle
Radiosensitizer
Effekt
Vergrößerung des
Abstands der Dosiswirkungskurven
für Tumor und Normalgewebe
als
Strate-gie
einer
kurativen Strahlentherapie
Komplikationsrate
Hyperthermie
Fraktionierung
D
Dosisverteilung
Suaerstoffversorgung
Radioprotektive Substanzen
Strahlenqualität
D: therapeutische
Breite
Beispiel: Larnyx-Ca (T3-4)
Bei normaler Fraktionierung ist die lokale Rezidivfreiheit
 Unter 10 % bei einer Dosis von 55 Gy
 Über 90 % bei einer Dosis von 60 Gy
Heilung im physikalischen Sinn:
Absenken der Rezidivwahrscheinlichkeit unter eine gewisse
Restwahrscheinlichkeit.
Diese Restwahrscheinlichkeit
Tumorgröße.
Faustformel:
Limit:
Fraktionierung
ist
abhängig
von
der
Zur Heilung eines Tumors mit 4 cm Durchmesser ist eine um
etwa 5-6 Gy höhere Gesamtdosis erforderlich als für einen
Tumor von 2 cm Durchmesser, der etwa 1/10 der Zellen
enthält.
Der Therapieerfolg wird fast in allen Fällen limitiert durch die
chronische Strahlenschädigung des Normalgewebes.
Durch Fraktionierung der Bestrahlung kann der Abstand
zwischen Tumorschädigungskurve und Gewebeschädigungskurve D verbreitert werden. Durch eine Behandlungspause
werden akute Reaktionen günstig beeinflusst, chronische
Reaktionen werden nicht beeinflusst. Die Gesamtdosis muss
in möglichst kurzer Zeit in möglichst vielen Einzeldosen
appliziert werden.
Radioanalytik „Anwendungen von Radionukliden – Therapie und Diagnostik“
4-9
2.2 Perkutane Strahlentherapie
Großquelle mit z.B. 60Co (1173 keV und 1333 keV) mit hoher
Aktivität bis 300000 MBq strahlt mit Feld einstellbarer Fläche
auf Zielgebiet. Die g-Quanten bilden die Nutzstrahlung. Der
Abstand der Quelle zum Zielgebiet beträgt ca. 1 m.
2.3 Brachytherapie
Lokale Strahlentherapie mit kleinen Strahlerquellen mittlerer
Aktivität. Unter Ausnutzung des Abstandsquadratgesetzes
kann eine sehr hohe Energiedosis in der unmittelbaren
Umgebung des Strahlers appliziert werden. Dies wird als
Ergänzung zur perkutanen Strahlentherapie zur Behandlung
umgrenzter Prozesse ausgenutzt. Dazu werden die Strahler
in unmittelbarer Nähe des oder in das Zielgebiet gebracht.
Geeignet geformte Applikatoren halten die Quellen und
sorgen für gute reproduzierbare Lokalisation bzw. Anpassung
an die Zielvolumenoberfläche.
z. B.
:
-Dosisleitungskonstante
Nuklid
60Co:
192Ir
mittlere -Energie T1/2
/keV
1220
5,27 a
100-600
74 d
 / Gy·m²·Bq-1h-1
3,37·10-13
1,19·10-13
Dosisleistung D:
D =  · A ·r-2
Beispiel:
Ein 192Ir-Strahler (A = 9 GBq) soll für die Brachy-Therapie
eingesetzt werden. Der Abstand des Strahlers zum Zielgebiet
beträgt 2 mm.
a) Wie lange dauert die Bestrahlung, wenn 10 Gy im
Zielgebiet appliziert werden sollen ?
b) Welche Abstand (ohne Abschwächung) müsste eine
Person (allgemeine Bevölkerung) haben, damit durch
diesen Strahler die mittlere natürliche Ortsdosisleistung
von 0,05 µSv/h verdoppelt wird (1 Gy = 1 Sv) ?
zu a) Berechnung der Dosisleistung:
D=
1,19·10-13 Gy·m²·Bq-1h-1·70·109 Bq
(0,002 m)²
D = 278 Gy/h
Radioanalytik „Anwendungen von Radionukliden – Therapie und Diagnostik“
5-9
Bestrahlungsdauer:
T Bestrahlung = 10 Gy/278 Gy/h = 0,037 h = 2,2 min.
·
zu b) Abstand bei 0,05 µGy/h
r2=  · A · D-1
r = ( · A · D-1)1/2
r² =
Frage
1,19·10-13 Gy·m²·Bq-1h-1·70·109 Bq
0,05·10-6 Gy/h
r² = 21420 m²
r ≈ 146 m
Wie schützt sich das behandelte Personal?
Praktisch alle für die Nahbestrahlung verwendeten Quellen
sind in gasdichte Metallhüllen eingeschweißt, um
Kontamination oder toxische Reaktionen zu verhindern.

Diese sind angepasst an äußere oder
Körperoberflächen (intrakavitäre Therapie) oder

werden direkt in das Tumorgewebe hineingebracht
(interstitielle Therapie).

Oberflächen- Kontakttherapie:
Es werden vor allem hochenergetische -strahlende
Radionuklide z.B. 90Sr(90Y) und 32P verwendet.

Wenn tiefer reichende Zielvolumina zu behandeln sind,
werden -strahlende Radionuklide mit Hilfe geeigneter
Applikatoren eingesetzt.

226Ra
innere
lange zeit dominierend. Jetzt aus Strahlenschutzgründen immer mehr abgelöst durch z.B. 192Ir oder 137Cs
sehr hoher spezifische Aktivität
Verschiedene Arten der Anwendung:


Problem
Mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen können die Strahler in
geeignet angepasste Applikatoren eingebracht werden
(Afterloading-Prinzip)
Als sehr kleine Körnchen (seeds) oder als Drahtstücke
werden z.B. 182Ta, 192Ir, 125I, 198Au in das zu behandelnde
Gewebe eingebracht und dort belassen.
Strahlenschutz bei Entlassung oder im Todesfall
Dosisbestimmung
Radioanalytik „Anwendungen von Radionukliden – Therapie und Diagnostik“
6-9
3. Dosismessverfahren in der Strahlentherapie





Ionsationsdosimeter
Eisensulfatdosimeter
Filmdosimetrie
Thermolumineszenzdosimetrie
Radiophotolumineszenzdosimetrie
4. Detektion von Aktivitäten in der
Nuklearmedizin






Ionisationskammer (Aktivimeter)
Proportionalzähler (kaum in Nuklearmedizin)
Geiger-Müller-Zählrohr (Strahlenschutz,
Kontaminationskontrolle)
LSC (in-vitro)
Festkörpersziontillatoren, z.B. NaJ(Tl) (in vivo, imaging)
HPGe (Qualitätssicherung, Reinheitskontrolle)
Einige Charakteristische Größen von -Strahlendetektroen,
die in der Nuklearmedizin verwendet werden.
Detektor
IonisationsKammer
ProportionalZähler
Geiger-MüllerZähler
NaJ(Tl)
HPGe
Intrinsischer
Todzeit EnergieWirkungsgrad
auflösung
Anwendung in der
NukMed
sehr gering
--*)
keine
Dosiskalibierung
sehr gering
≈ ms
mittel
selten verwendet
mittel
hoch
≈ ms
≈ µs
keine
mittel
mittel
< 1 µs sehr hoch
Strahlenschutz
am meisten
verwendet:
Bohrloch,
Scanner,
-Kamera
Neutronen
Aktivierungsanalyse
*) Als Zähler nicht geeignet
5. Radiopharmazeutika
Definition
Eine chemische Verbindung, die mit einem Radionuklid gekoppelt ist und in einer für die medizinische Anwendung
geeigneten Form vorliegt, heißt Radiopharmazeutikum. Ihre
biochemischen,
physiologischen
und
metabolischen
Eigenschaften bestimmen ihre Verwendungsmöglichkeiten.
Radioanalytik „Anwendungen von Radionukliden – Therapie und Diagnostik“
7-9
Von wenigen Ausnahmen abgesehen werden sie zur
Diagnostik verwendet.
Die Wahl des Radionuklids wird hauptsächlich diktiert durch:
Anforderungen an
ein ideales
Radionuklid

Dosisminimierung beim Patienten

Detektionsmöglichkeiten

Halbwertzeit
T1/2 ≈ 0,693· Tobs
Tobs: Zeitintervall zwischen Verabreichung und Ende der
Messzeit

Zerfallsenergie
Möglichst mononergetischer -Strahler im Energiebereich
zwischen 100 und 300 keV

Zerfallsart (möglichst keine Teilchenstrahlung)

variable einsetzbar Verteilung und Lokalisierung in
bestimmten
Organen
und
Kompartimenten
zur
Untersuchung unterschiedlicher Organe, Gewebe

einfach, billig und kontaminationsfrei zu handhaben
Diesen Anforderungen kommt das 99mTc sehr nahe.
in den erforderlichen Mengen nicht toxisch.
Intravenöse
Verabreichung
99mTc
ist
Verabreichung mit wenigen ausnahmen intravenös;
 schnellster Weg zum Blutkreislauf
 Transport mit dem Blut , Bindung an Plamaproteine
 Aufnahme vom Blutkreislauf zum Gewebe geschieht durch
- einfache Diffusion
- Filtration durch kleine Poren der Zellmembrane
- aktiven Transport
Radionuklid und
chemische Form
131I als Iodid
131I als Iodid
32P als Phosphat
32P, 198Au,90Y, 177Lu
in kolloidaler Form
(0,09 µm- 50 µm)
mCi und Darreichung
3-10 mCi, oral
50-200 mCi, oral
3-20 mCi, intravenös
10-150 mCi
intravaskulär
intrakavitär,
intrastitial
MBq
Anwendung
111-370
Hyperthyroidismus
1850-7400 Schilddrüsenkrebs
111-740
Polycythemia,
Knochenmetastasen,
Leukämie
370-5550 eine Reihe von
malignen
Erkrankungen
Radioanalytik „Anwendungen von Radionukliden – Therapie und Diagnostik“
8-9
5.2 Produktion von Radionukliden

Reaktor-produzierte Neutronenaktivierungsprodukte
z.B.
99Mo (n,) 99Mo( )
132Xe

99mTc
(n,) 133Xe
Beschleuinger oder Zyklotron-produzierte Radionuklide
- Protonen
A
ZX
(p, n) AZ+1Y
A
ZX
(p, 2 n) A-1Z+1Y
- Deuteronen 21D
A
ZX
(21D, n) A+1Z+1Y
A
ZX
(21D, p) AZ+1Y
A
ZX
(21D, 2n) AZ+1Y
- Helium 32He, 42He
Die meisten dieser Reaktionen laufen im Energiebereich von
5 bis 30 MeV ab. Erhöht man die Energie, dann werden
weitere Reaktionen möglich
Bespiele:
16 O (3 He,
8
2
p) 189F
18F
wird für die Markierung von Radiopharmazeutika
für das PET verwendet.

Generatoren zur Produktion kurzlebiger Radionuklide
Vorteil: Reduktion der Patientendosis
Nachteil: Verkürzung der verfügbaren Zeit für Erzeugung,
Bearbeitung, Transport, Lagerung, Qualitätskontrolle
Prinzip:
Beispiel:
Zwei oder dreistufige radioaktive Zerfallreihe in der ein
langlebiges Mutternuklid in ein kurzlebiges Tochternuklid
zerfällt.
99Mo
→
99mTc
T1/2: 67 h
→
T1/2: 6,02 h
99Tc
→
T1/2:
2·105
99Ru
a
stabil
Radioanalytik „Anwendungen von Radionukliden – Therapie und Diagnostik“
9-9
Eigenschaften von Generatoren: 99Mo -99mTc
Mögliche Verunreinigungen bei 99Mo
 aus Neutronenaktivierung: 134Cs, 60Co, 86Rb, 124Sb, 95Zr

aus Kernspaltung: 131I, 132I, 85Sr, 90Sr, 103Ru
Da einige dieser Radionuklide beim „Melken“ eluiert werden,
muss der Grad dieser Verunreinigung sehr gering sein.
Der Melkprozess muss bequem und schnell sein.
Wirkungsgrad:
Eluierte Aktivität
Gesamte Tochteraktivität auf der Säule
Typisch: 70-90 %.
Herunterladen
Explore flashcards