Nuklearmedizin - WordPress.com
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Nuklearmedizin Motivation - Therapie und Diagnostik - Funktionelle Bildgebung - Darstellung systemischer Vorgänge - Lokalisationsdiagnostik - Tracerprinzip - Freie Nuklide zur unspez. Dartellung oder als Radiopharmaka Einteilung - Diagnostik (in vitro & in vivo) - Therapie Atombau - Kern: Protonen und Neutronen - Hülle: Elektronen - Isotop: gleiche Protonenzahl, untersch. Neutronenzahl - Chem. Reaktionen von e-Hülle abhängig - Ruhemasse o E: 9 * 10^-31kg oder 0,511 MeV/c² o P und N: 1,6*10^-27kg oder 939MeV/c² - Atommasse < Masse der Bestandteile -> Diff ist Binungsenergie - Energiegewinn bei Spaltung schwerer und Fusion leichter Kerne (weniger Bindungsenergie) Radioaktivität - Größte Stabilität = höchste Bindungsenergie = Ziel - Isotone –; Isobare \; Isotope | a-Umwandlung - Emission eines Heliumkerns - Diskrete Energien der Alphateilchen ermöglichen Indetifikation Beta-Minus- Umwandlung - Neutron zu Proton - Kopmletter Energieübertrag auf Elektron möglich -> maximale Beta-Energie Beta-Plus-Umwandlung - Proton zu Neutron - Erst möglich ab Δmc² > 1022 keV (zwei Photonen) Seite 1|7 Nuklearmedizin Beta-Elektroneneinfang - Einfang eines Hüllenelektrons aus einer Schale (Kern fängt) - Proton zu Neutron - Emission char. Röntgenstrahlung und/oder Auger-Elektron y-Strahlung - Abregungsreaktion (direkt oder kaskadenförmig) Zerfallsgesetz - Mittlere Lebensdauer - Aktivität - Menge der Zerfälle pro Zeiteinheit [Bq] - . Zerfallsketten - Viele Nuklide haben Tochterkerne -> Zerfallsketten - Ständige Nachbildung des Tochternuklids bis Mutteraktivität erreicht - Radioaktives Gleichgewicht o Dauergleichgewicht: T(i) == T(i+1) o Laufendes Gleichgewicht: T(i) >> T(i+1) o Kein Gleichgewicht: T(i) << T(i+1) Radionuklidgeneratoren - Generator - Zyklotron - Kernreaktor Generatorsystem - Gewinnung von Radionukliden mit kurzen Halbwertszeiten - Wunschnuklid ist Zerfallsprodukt einer instabilen Muttersubstanz - Chemische Abtrenunng von Tochter von der Mutter -> Elution Zyklotron - Warum? Nicht alle Nuklide über Generator verfügbar - Induzierte Kernumwandlung mittels Aktivierung Seite 2|7 Nuklearmedizin Wechselwirkung Strahlung – Materie - Änderung der phys., biol. und chem. Eigenschaften - Direkt ionisierend (e+, e-, Protonen, a) - o Stroßbremsung o Strahlungsbremsung Indirekt ionisierend (n, Photonen) o Photoeffekt o Comptoneffekt o Paarerbildung Photoeffekt - Herausschlagen eines Hüllenelektrons - Vollst. Absorption des Photons -> Energieübertrag auf Elektron - Begleitet von Röntgenstrahlung und/oder Auger-Elektron - Absorptionskanten -> Photon wird absorbiert! Comptonstreuung - Stoß zw. Photon und locker gebundenem Elektorn -> Richtungsänderung und Energieabgabe vom Photon Paarbildung/Paarvernichtung - Min. Photonenenergie von 1022keV -> Erzeugung eines e+/e- Paares (kontinuierliche Energieverteilung - Annihilation des e+ nach Abbremsung -> zwei diametrale Photonen Wechselwirkung geladener Teilchen – Atom - Elastisch mit Hülle oder Kern -> Richtungsänderung - Inelastisch mit Hülle(Ionisation, Anregung) oder Kern(Bremsstrahlung) -> Richtugnsänderung und Energieverlust Ionisationsbremsung - Dominiert bei schweren geladenen Teilchen - Bewirkt Anregung, Ionisation - Bethe-Block -> Energieverlust des Projektils Strahlungsbremsung - Ablenkung geladener Teilchen durch Coulombfeld Cherenkov-Strahlung - Leuchterscheinung, beim Durchgang schneller Elektronen durch Wasser Absorption von Alpha-Strahlung - Geradlinig aufgrund hoher Teichenmasse Seite 3|7 Nuklearmedizin - Reichweite: cm-Bereich Absorption von Beta-Strahlung - Energiespektren durch untersch. Abbremsung (Umwegfaktor) - cm bis m-Bereich Absorption von Photonenstrahlung - Exponentielle Schwächung - Aufbaufaktor durch Streuung (Dosisbeitrag) - Schwächung vs. Energieübertrag vs. Energieabsorption unterscheiden - Blei Messung ionisierender Strahlung - Allg: ion. Strahlung überträgt Energie auf Detektor -> Messeffekt Ionisationskammer (direkte Dosismessung) - Hochspg. Zw. Anode und Kathode - Gas wird bei Strahlungseintritt ionisiert, zur Anode geleitet und gemessen Proportionalzählrohr - Stoßionisation durch schnelle Elektronen -> e-Lawinen - Impulszählung (einzelne Elektornen zählbar, Spektrometrie mögl.) Auslösezählrohre - Ähnlich zu Proportionalzählrohr. Rohr – Draht -> Ion. Strahlung -> Impuls - Keine Spektrometrie Szintillationszähler - Lichtblitze im Kristall -> Photokathode erzeugt Elektronen -> Photomultiplier (Dynoden) - Spektrometrie möglich Szintillator - Floureszierender Stoff - Anforderung: kurze Ablingzeit des Leuchtens, hohe Ausbeute, kein Afterglow,… - Anorganisch: Fremdatome oder Gitterfehler - Organisch: Moleküleigenschaft - Organisch Flüssigkeit: Moleküleigenschaft, formbar Seite 4|7 Nuklearmedizin Gammakamera - Szintigramm = Aktivitätsverteilung * Punktquellenfunktion - Strahlungsmesstechnik nutzt Kollimatoren analog zu Linsen Parallellochkollimator - Blei – Szintillator – Kollimatorsepten - Septen aus Materialen mit hoher Ordnungszahl - Kleiner Lochdurchmessesser -> hohe Auflösung, geringe Empfindlichkeit - Septenlänge -> höhere Auflösung, geringer Empfindlichkeit - Penetration (seitlich; abh. Von Septendichte) Szintillationskristall - Rand durch Kollimator abgedeckt - Temperatursensibel - Dicker -> mehr Compton -> mehr Szintillationsorte - Mehr Gamma -> weniger Absorption Kameraelektronik - ANGER-Prinzip ein PMT hat vier Ausgänge (x+, x-, y+, y-) -> Koords des Quants lässt sich Berechnen Lichtblitz verteilt sich auf versch PMTs -> Schwerpunkt über Wiederstandsmatrix messen - Durch Summation ortsunabh. Signalhöhe - Schwächung abh. von Tiefe d der Quelle im Objekt -> Lösung mit geom. Mittel - Ortsauflösung mittels Lininebildfunktion (Linienquelle quer zur Längsachse) -> Berechnung der Modulationstransferfunktion (math. Gütefaktor der Abbildung) - Linearität -> Verzerrungsfreie Darstellung (mit Linien oder Punktquellen im Raster messen) - Empfindlichkeit -> Absorption, Kollimatorausbeute, Ansprechwk Produkt der Faktoren ist Gesamtempfindlichkeit - Homogenität -> Quantennachweis unabh. vom Nachweisort (pixelweise Korrekturfaktoren) SPECT (Single Photonen Emission Computed Tomography) - Gamma-Kamera-Einsatz aus verschiedenen Winkeln -> 3D (Gantry) - Präperat emittiert Gammastrahlung! -> phys. Kollimator -> Absorption Aktivitätsmessgeräte - Aktivität von Präperaten bestimmen - Schacht-Ionisationskammern (Gefäß-Geometrie berücksichtigen) - Bohrlochdetektoren - Uptake-Messplatz (Szintillationsdetektor zur Bestimmung der Aktivität in der Schilddrüse - Strahlenschutzmesstechnik (Ganzkörper, Handmesser, Hand-Fuß-Kleidermonitore) Seite 5|7 Nuklearmedizin Tomografische Messung - Problem: 3-dimensionale Aktivitätsverteilung (Szintigramm nur 2D) -> Schichtweises Messen schwächt Problem ab (z = const.) -> ECT-Algorithmus zur Kombination der 2D-Bilder Rückprojektion - Aufaddieren aller Projektionen und renormieren - Liefert mit Filter guten Kontrast! Iterative Bildrekonstruktion (verdrängt Rückprojektion) - Ideal: exakte Rekonstruktion der Quellenverteilung (aber Rechenintensiv) - Pro Schritt steigende Anzahl von Projektionen - Projektsionmatrix wird mit geschätzer Matrix verrechnet PET (Positronen Emissions Tomographie) - Beta+ Emitter als Quelle - Annihilationsquanten werden detektiert (Detektionsort != Emissionsort) Koinzidenzmessung - Koinzidenzen zwischen den detektierten Photonen in Prozessor -> Schnittbilder (LoR) - Kein phys. Kollimator -> hohe Aubeute -> bessere Qualität als bei SPECT - Verschelchterung des Kontrasts durch Ungenauigkeiten (random, scatter) - Keine Morphologie Auflösung - Anihilationsort entspricht nicht dem Zerfallsort - Bestimmt durch Größe des Blockdetektors (auch Anger-Prinzip) Biologische Strahlenwirkung - Energie durch: neue freie Radikale, Strangbrüche der DANN (somatisch und genetisch) - Dosis [Bq] - Äquivalentdosis [Sv] (Qualitätsfaktor) - ALARA-> As low as reasonabl achivable Strahlenwirkung - Stochastisch vs. deterministisch Therapieformen - Radiojodtherapie - Radioaktives Jod verabreicht -> Schilddrüse - Radiojodtest - Prüfung der Schilddrüsenfunktion -> Verabreichung und Aktivitätsmessung - SIRT (Selektive Interne Radiotherapie) - Radiosynoviorthese (Gelenkinnenhautwiederherstellung) - Radioimmuntherapie Seite 6|7 Nuklearmedizin Dosis nach MIRD - Dosis mit S-Faktor - Schema zur Dosisberechnung aufgrund Aktivitätsverteilung im Körper Dosisgrenzwerte - Kategorien 1mSv/a -> 6 mSv/a -> 20mSv/a Konsequenzen - Sammeln radioaktiver Abfälle und Abwässer Seite 7|7
