Ioniseeriv kiirgus. Kiirgusdoosid. Ioniseerivat kiirgust kasutav radioloogiline aparatuur. Mare Lintrop 29. jaanuaril 2009, Tartus Ioniseeriva kiirguse liigid Massiga osakestest koosnevad e korpuskulaarsed kiirgused elektronid e beetakiirgus positronid alfa-osakesed neutronid Massita energiapartiklitest (elektromagnetväli) footonitest koosnevad kiirgused gammakiirgus röntgenikiirgus Osakestest koosnevad e. korpuskulaarsed kiirgused EM-lained tekivad looduses leiduvate radioaktiivsete ainete lagunemisel või tekitatakse vastavates seadmetes Elektromagnetilised kiirgused Röntgenikiirguse tekitamine 1 γ kiirgus tekib tuumasisesi, aatomituuma ergastusseisundi muutustest γ-kiirgust kiirgavad radioaktiivsed isotoobid, nende ebastabiilne tuum laguneb, eraldades energiat röntgenikiirgus tekib tuumaväliselt, elektronkatte ergastusseisundi muutustest. röntgenitorus torus kiirendatakse katoodilt eraldunud elektronid suure energiani ja pidurdatakse järsult märklaual (anoodil) osa elektronide kineetilisest energiast muutub röntgenikiirguseks Rö-kiirgus tekib positiivselt laetud anoodi pommitamisel kiirete elektronide vooga Erinva energiaga primaarsed footonid väljuvad rö-torust läbi filterakna Välja filtreeritakse väga madala energiaga kiirgus 1
Röntgenikiirguse tekitamine 2 Footonitel kiirgusvoos on erinev energia, mis ei saa olla suurem kui suurima energiaga elektronidel, millega anoodi pommitati Elektronide energiat rö-torus väljendatakse torule rakendatud pingega, kusjuures radiodiagnostikas kasutatavaid pingeid väljendatakse kilovoltides (kv) Kuna torule rakendatav pinge fluktueerub, siis on otstarbekas kasutada tipp e maksimumpinge mõistet kvp Röntgenikiirguse tekitamine 3 Kui teeme ülesvõtet 100 kvp, on anoodi pommitavatel elektronidel energiat maksimaalselt 100 000 ev või 100 kev Tekib erineva energiaga rö-kiirgust, kuid ühegi footoni energia ei saa olla suurem kui 100keV. Tavalise diagnostikaaparaadi puhul on keskmine footonite energia ca 1/3 kõige energeetilisema footoni energiast Kiirguse energia Ioniseeriva kiirguse liigid Kiirgusosakeste ja footonite energiat väljendatakse elektronvoltides (ev) 1 ev on energia, mille saavutab elektron läbides potensiaalide vahe on 1V Beetaosakesed 0.01-4MeV Alfaosakesed 1-4MeV Footonid 0.005-4MeV Gamma- ja rö-kiirgus tavaliselt kev-des Elektroni-positroni annnihilatsioon 0.511 MeV Kiirguse toime sõltub energiast Mitteioniseerivad Ioniseerivad neeldudes tekitavad neeldudes ioniseerivad aatomite ja molekulide keskkonda, lüües ergastumist elektronkestalt välja elektroni ei tekita vaba elektroni ionisatsiooniks vaja 33 ev C=C seoseenergia 4.9 ev Kriitiline erinevus mitteioniseeriva ja ioniseeriva kiirguse toimes tuleneb kiirguse üksikute osakeste energiast, mitte kogu neeldunud energiahulga suurusest Kiirguse toime ja kiirguskaitse seisukohalt huvitab meid eelkõige ioniseeriv kiirgus Ioniseeriv kiirgus Ioniseerivat kiirgust iseloomustab suurte energiahulkade vabanemine väikesel alal 2
Röntgenkiirguse neeldumine Comptoni efekt Comptoni efekt Fotoelektriline efekt mõlema protsessi käigus tekib kiire elektron, mis omakorda ergastab ja ioniseerib aines edasi liikudes molekule elektron footon reageerib väliskihi elektroniga, mille seoseenergia on kaduvväike võrreldes footoni energiaga elektron lahkub orbiidilt footon kaotab sedavõrd energiat kui ta annab elektronile ja muudab oma liikumissuunda Fotoelektriline efekt footon reageerib sisemiste kihtide elektronidega (K, L või M) andes ära kogu energia elektron saab footonilt energiat ja lahkub aatomist auk elektronkihis täidetakse elektroniga väiksema energiaga kihilt erinevate kihtide elektronide potensiaalsete energiate vahe eraldub elektronkihile iseloomuliku EM kiirgusena Comptoni hajumise ja fotoelektrilise neeldumise erinevus Diagnostilises radioloogias kasutatavate footonienergiate puhul esineb nii Comptoni kui fotoelektrilist efekti Fotoelektrilise neeldumise suur sõltuvus aine tihedusest võimaldab tekitada diagnoositavat röntgeniülesvõtet, kus erinevad koed jätavad erineva intensiivsusega varju Kiirgusdoos Eestis 2-3mSv/aastas Looduslik foonkiirgus Inimtegevusest tingitud kiirgus suur osa meditsiinis kasutataval kiirgusel Kiirguse allikad Kiirgusdoosi suurus sõltub paljudest teguritest maakoores sisalduvad radioaktiivsed ained radioaktiivse gaasi vabanemine pinnasest (Rn) kehasisesed radioaktiivsed elemendid (40K) maale jõudev kosmiline kiirgus maailmaruumist Kiirgusdoosi mõõtmist nimetatakse dosimeetriaks Et midagi mõõta on vaja ühikuid 3
Kiiritus e ekspositsioon on ruumiühikus tekkinud samamärgiliste ioonide elektrilaengute summa ja selle ruumiühiku massi jagatis 1R = 2.58. 10-4 C. kg -1 mõõtmiseks kasutame ionisatsioonikambrit Neeldunud e absorbeerunud doos Kiirguse toime seisukohast on oluline, kui palju kiirgusenergiat aines neeldub D on aine massiühikus neeldunud energiahulk D = de/ E/dm. Absorbeerunud doosi ühikuks on grei: 1Gy = 1 J. kg -1 SI-süsteemiväline ühik on rad: 1rad = 10-2 J. kg -1 1Gy = 100 rad Erinevatel kiirgustel on erinev bioloogiline toime Neeldunud e absorbeerunud doos erinevates kudedes erinev ühtede kiirguste bioloogiline toime on sama doosi juures suurem kui teistel Alfaosakestel on suur lineaarse energia ülekanne Beetaosakestel on tunduvalt madalam erinevate kiirguste erinevat bioloogilist toimet arvestades kaalutakse absorbeerunud doosi kasutades kiirguste tüübist ja energiast sõltuvaid kiirgusfaktoreid w R Kiirgusfaktorid Ekvivalentdoos Kiirguse tüüp ja energia Kiirgusfaktor (wr) Footonid sõltumata energiast 1 Elektronid ja muoonid sõltumata energiast 1 Neutronid energiaga <10 kev 5 10-100 kev 10 > 100keV - 2 MeV 20 > 2 MeV - 20 MeV 10 > 20 MeV 5 Prootonid energiaga > 2 MeV ja pioonid 2 α-osakesed, rasked tuumad, tuumade lõhustumisproduktid 20 oluline kiirguskaitse seisukohast koes või organis neeldunud kiirgusdoosi ja kiirgusfaktori korrutis H T = w R. D T kus on w R kiirgusfaktor ja D T koes T absorbeerunud doos võrdsete neeldunud dooside puhul rö- kiirguse ekvivalentne doos 20 korda väiksem α-kiirguse omast 4
Ekvivalentdoos mõõtühikuks on siivert (Sv) kiirgusfaktoril ei ole ühikuid => 1Sv = 1 J. kg -1 bioloogilisest aspektist 1Gy neutronkiirgust 1Gy rö-kiirgusega, kuid 1Sv neutron- või röntgenkiirgust on võrdsed Kui kogu keha saab ühtlaselt kiiritada, siis on stohhastiliste efektide tekke tõenäosus proportsionaalne ekvivalentdoosiga Efektiivne doos kogu keha kiiritust harva erinevate organite doosid erinevad tunduvalt koed erineva kiirgustundlikkusega raske geneetilisi mutatsioone esile kutsuda pead või käsi kiiritades kilpnääre ja rinnanäärmed on kiirgusest tingitud vähile tunduvalt vastuvõtlikumad kudede tundlikkust iseloomustavad faktorid e koefaktorid EFEKTIIVNE DOOS kõikide eksponeeritud organite ja kudede vastava koefaktoriga kaalutud ekvivalentdooside summa E = Σ w. T H T T Koefaktorid Efektiivse doosi suurused ja toime Gonaadid 0.08 Rinnanääre 0.12 Luuüdi 0.12 Jämesool 0.12 Kops 0.12 Muud 0.12 Magu 0.12 Kusepõis 0.04 Maks 0.04 Söögitoru 0.04 Kilpnääre 0.04 Luuümbris 0.01 Aju 0.01 Süljenäärmed 0.01 Nahk 0.01 5 µsv 1 tund lendamist 10 km kõrgusel 6,5 µsv keskmine ööpäevas looduskiirgusest saadav doos 3mSv keskmine aastane loodusest ja meditsiinist saadav doos 1 Sv kui lühikese aja jooksul kogu kehale, siis tekib verepildi muutus 2,5 Sv lühikese aja jooksul kogu kehale äge kiiritushaigus 6 Sv lühikese aja jooksul kogu kehale tõenäoliselt surmav Dooside mõõtmine Radioloogiline aparatuur Patsiendi doosi mõõtmiseks TLD DAP-meeter arvutuslik meetod Personali dosimeetria TLD 5
Statsionaarne röntgeniaparaat ülesvõtted kõigist kehapiirkondadest erinevates projektsioonides hea kujutise kvaliteet väike patsiendidoos võrreldes teiste uuringutega personal hästi kaitstud Läbivalgustusaparaat Võimaldab uurida organeid dünaamiliselt Sageli kasutatakse kontrastaineid Kujutise kvaliteet hea Kiirgusdoosid võivad olla suured Veresoonte reaalajas uurimiseks kontrastainega Suur kiirguskoormus võimalik juba lühikese ajaga Angiograafia Mobiilne Kasutusel ortopeedias, traumatoloogias, uroloogias Arkoskoop Mobiilne palatiaparaat Erinevad hambaröntgeniaparaadid Ülesvõtted kehvema kvaliteediga kui statsionaarse rö- aparaadiga tehtud Kiirgusdoos suurem Osakonna personali ja teiste patsientide kaitsmine 6
Kompuutertomograaf Kihtülesvõtted Suur informatiivsus Võimalik pärastised rekonstruktsioonid Patsiendi kiirgusdoosid 10-100 100 korda suuremad kui tavaröntgeniülesvõtete puhul Personal hästi kaitstud Gammakaamera Isotoopuuringuteks Võimaldab uurinda organi funktsiooni Lahutusvõime madal Patsiendi kiirgusdoos keskmine Vajalik jälgida radioaktiivsete preparaatidega ümberkäimise ohutusnõudeid PET-KT Suhteliselt hea lahutusvõimega molekulaarkuvamisvõimal us Kasutatakse positrone eraldaivaid ülikiire poolestusajaga isotoope toimub positroni annihilatsioon kaheks vastasuunas eralduvaks 511 kev footoniks detektor võtab üheaegselt vastu mõlemad footonid teeb kindlaks asukoha 7