Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Podobne dokumenty
Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Energetyka Jądrowa. Wykład 3 14 marca Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Energetyka Jądrowa. Wykład 28 lutego Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

AKCELERATORY I DETEKTORY WOKÓŁ NAS

Podstawowe własności jąder atomowych

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Metody rezonansowe. Magnetyczny rezonans jądrowy Magnetometr protonowy

Wykład 4. metody badania mózgu II. dr Marek Binder Zakład Psychofizjologii

SYMULACJA GAMMA KAMERY MATERIAŁ DLA STUDENTÓW. Szacowanie pochłoniętej energii promieniowania jonizującego

Promieniowanie jonizujące

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 3 Promieniotwórczość naturalna

Promieniowanie jonizujące

Sprzęt stosowany w pozytonowej tomografii emisyjnej

OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA. Promieniotwórczość

Magnetyczny Rezonans Jądrowy (NMR)

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Promieniowanie jonizujące i metody radioizotopowe. dr Marcin Lipowczan

Accelerators and medicine. Akceleratory i medycyna

Foton, kwant światła. w klasycznym opisie świata, światło jest falą sinusoidalną o częstości n równej: c gdzie: c prędkość światła, długość fali św.

,,Współczesne narzędzia diagnostyki i terapii medycznej. Zygmunt Szefliński Wydział Fizyki UW Letnia Szkoła Fizyki czerwiec 2011

Oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią

Słowniczek pojęć fizyki jądrowej

Autorzy: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski

Odkrycie jądra atomowego - doświadczenie Rutherforda 1909 r.

Wykorzystanie zjawiska rezonansu magnetycznego w medycynie. Mariusz Grocki

Zygmunt Szefliński Universytet Warszawski

Wg W. Duch Jak działa mózg. UMK Toruń notatki z wprowadzenia do kognitywistyki. Dostępne na str.

Metody analizy pierwiastków z zastosowaniem wtórnego promieniowania rentgenowskiego. XRF, SRIXE, PIXE, SEM (EPMA)

Poziom nieco zaawansowany Wykład 2

IBM. Fizyka Medyczna. Brygida Mielewska, specjalność: Fizyka Medyczna

Reakcje jądrowe. X 1 + X 2 Y 1 + Y b 1 + b 2

functional Magnetic Resonance Imaging

Optyka falowa. Optyka falowa zajmuje się opisem zjawisk wynikających z falowej natury światła

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego - wprowadzenie

Spin jądra atomowego. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys 1

Oddziaływanie cząstek z materią

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

Sławomir Wronka, r.

r. akad. 2012/2013 Wykład IX-X Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Fizyka jądrowa Zakład Biofizyki 1

Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

γ6 Liniowy Model Pozytonowego Tomografu Emisyjnego

ν 1 = γ B 0 Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego h S = I(I+1)

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

TECHNIKI MEDYCYNY NUKLEARNEJ. TOMOGRAFIA PET Wykład 12

W2. Struktura jądra atomowego

Pomiar energii wiązania deuteronu. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie energii wiązania deuteronu

Sławomir Wronka, r

Reakcje jądrowe. kanał wyjściowy

Akceleratory do terapii niekonwencjonalnych. Sławomir Wronka

IV.4.4 Ruch w polach elektrycznym i magnetycznym. Siła Lorentza. Spektrometry magnetyczne

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

Badanie schematu rozpadu jodu 128 J

Wyznaczanie bezwzględnej aktywności źródła 60 Co. Tomasz Winiarski

Październik 2013 Grupa Voxel

Fizyka promieniowania jonizującego. Zygmunt Szefliński

NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI PODSTAWOWE INFORMACJE O REAKCJACH JĄDROWYCH - NEUTRONOWA ANALIZA AKTYWACYJNA

3. Zależność energii kwantów γ od kąta rozproszenia w zjawisku Comptona

Promieniowanie jonizujące

impulsowe gradienty B 0 Pulsed Field Gradients (PFG)

Zadania powtórkowe do egzaminu maturalnego z chemii Budowa atomu, układ okresowy i promieniotwórczość

Elektron w fizyce. dr Paweł Możejko Katedra Fizyki Atomowej i Luminescencji Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechnika Gdańska

Sławomir Wronka, r

Jądra o wysokich energiach wzbudzenia

Wyznaczanie profilu wiązki promieniowania używanego do cechowania tomografu PET

Fizyczne podstawy magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) - obrazowania za pomocą rezonansu jądrowego (MRI)

Analiza aktywacyjna składu chemicznego na przykładzie zawartości Mn w stali.

1.6. Ruch po okręgu. ω =

Atomy mają moment pędu

Badanie schematu rozpadu jodu 128 I

Reakcje rozpadu jądra atomowego

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY - podstawy

Theory Polish (Poland)

WSTĘP Medycyna nuklearna radiofarmaceutyków,

Energetyka w Środowisku Naturalnym

Własności jąder w stanie podstawowym

h λ= mv h - stała Plancka (4.14x10-15 ev s)

Nowoczesne techniki obrazowania w medycynie. Jakub Zieliński Zakład Biofizyki i Fizjologii Człowieka WUM

PRACOWNIA JĄDROWA ĆWICZENIE 4. Badanie rozkładu gęstości strumienia kwantów γ oraz mocy dawki w funkcji odległości od źródła punktowego

Pole elektromagnetyczne w bioinżynierii

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 7 Detekcja cząstek

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

SCENARIUSZ LEKCJI FIZYKI Z WYKORZYSTANIEM FILMU PĘDZĄCE CZĄSTKI.

MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY (MRJ) NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

Akceleratory (Å roda, 16 marzec 2005) - Dodał wtorek

Rozpady promieniotwórcze

Spektroskopia. mössbauerowska

Rozpad alfa. albo od stanów wzbudzonych (np. po rozpadzie beta) są to tzw. długozasięgowe cząstki alfa

Marek Kowalski

Promieniotwórczość naturalna. Jądro atomu i jego budowa.

INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PROCESOWEJ, MATERIAŁOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA ĆWICZENIE NR MR-6

Transkrypt:

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej Wykład 12 6 czerwca 2017 Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów szef@fuw.edu.pl http://www.fuw.edu.pl/~szef/

Podsumowanie

Prawo rozpadu promieniotwórczego Rozpady obiektów nietrwałych podlegają statystycznemu prawu, które można zapisać w postaci; N Rozwiązanie: N t N N 0 e t Rozwiązanie po zlogarytmowaniu: dn dt N ln N ln N0 t

Prawo rozpadu promieniotwórczego ln N ln N0 t Krzywa rozpadu promieniotwórczego w skali logarytmicznej

Aktywność źródła Aktywnością promieniotwórczej próbki nazywamy liczbę rozpadów, zachodzących w jednostce czasu. Jednostki aktywności to:1ci - 1 kiur 1 Ci=3.7 10 10 rozpadów na sekundę, oraz znacznie mniejsza jednostka: 1Bq = 1bekerel = 1 rozpad na sekundę.

Rozpad

Przemiana Widmo promieniowania emitowanego w rozpadzie z nuklidu 60 Co, obserwowane w detektorze Ge(Li)

Lampa rentgenowska dla promieniowania niskich i średnich energii

Filtracja Zmiana ILOŚCI FOTONÓW & Zmiana JAKOŚCI WIDMA Widmo bardziej twarde (wyższe energie) 1- Widmo z anody 2- Po okienku lampy RTG (INHERENT filtration) 3- Po DODATKOWEJ filtracji

Zmiany osłabienia w funkcji liczby atomowej ośrodka

Oddziaływanie fotonów, zależność od energii Obszar terapeutyczny Promieniowania X http://pdg.lbl.gov/2011/atomicnuclearproperties/

Zasada działania skanera CT

Obrazowanie w medycynie nuklearnej Znacznik- izotop radioaktywny, często 99m Tc Ligand- nośnik (wektor) Radiofarmaceutyk Znacznik + ligand Gamma Kamera

Tc generator T 1/2 ( 99 Mo) = 66h T 1/2 ( 99m Tc) = 6h

Kolumna z zaadsorbowanym na trójtlenku glinu (Al 2 O 3 ) molibdenianem sodu 99 Generator molibdenowo - technetowy Fiolka z podciśnieniem Fiolka z wodą

Budowa kamery Gamma Układ rejestracji promieniowania w Kamerze Gamma

Fotopowielacze w Kamerze Gamma 37-91 PMT 6.VI.2017 TJwDTM - Wykład 12

Detekcja fotonów Scyntylatory i fotopowielacze

Rola kolimatora w Kamerze Gamma

Dane emisyjne: Projekcje aktywności (dr Mikołajczyk PW) Sinogram r r r Projekcja(r, ) GE Advance, 2D : 336 kątów r: 281 punktów

Obrazy z Kamery Gamma

Nowotwór tarczycy (GK scan)

Skan układu kostnego (SPECT)

Rozpad + Z Z - 1 Pozytonium

Pozyton - odkrycie 1928 Dirac postuluje istnienie czastki o masie elektronu i diodatnim ładunku. 1932 Anderson odkrywa pozyton

Anderson 1932 Pierwsza fotografia toru pozytonu w komorze Wilsona zarejestrowana przez Andersona 2 sierpnia 1932 roku

detektory Linia odpowiedzi (LOR) detektory

Jak powstaje obraz PET

( 18 F) (C 6 O 5 FH 11 )

Własności promieniowania jądrowego

Podstawy fizyczne NMR Moment magnetyczny (protonu) wykonuje precesję w polu magnetycznym Moment pędu (bąka) wykonuje precesję w polu grawitacyjnym p t mgr L

Orientacja jąder w polu B. Kliniczne skanery MRI używają pól z zakresu 0,1 do 3 T. Pole magnetyczne Ziemi to ok. 50 μt. Pewne jądra są zorientowane równolegle, ale część jader antyrównolegle względem kierunku pola magnetycznego B. E 1,75 10-7 ev dla B=1T

Idea Tomografii MR Paul C. Lauterbur & Peter Mansfield Nagroda Nobla 2003 w dziedzinie medycyny i fizjologii The instrument on which Lauterbur performed this critical experiment was a Varian A-60 NMR (1973) spectrometer capable of detecting protons at 60 MHz. That very same instrument is in a permanent display in the lobby of the Graduate Chemistry building University of Illinois.

Idea Tomografii MR Uproszczony proces obrazowania MR Molekuła wody - dwa atomy wodoru

Podstawowe równanie Częstość precesji protonu, ważna w technice NMR charakteryzuje się częstością kołową zwaną częstością Larmora. Jest określona przez stosunek żyromagnetyczny jądra wodoru (protonu) i ma wartość =2.68x10 8 rad/(s T). To oznacza 42.58 mln. precesji na sekundę, gdy jadro wodoru jest umieszczone w polu magnetycznym o indukcji 1 Tesli. Częstość precesji opisuje równanie: = B o gdzie: - częstość precesji - to stosunek żyromagnetyczny B o - indukcja pola magnetycznego.

Dwa stany energii Dwie orientacje momentów magnetycznych odpowiadają dwu stanom kwantowym o energiach różniących się o ΔE. Większość jader zajmuje stan o niższej energii, ale niektóre stan antyrównoległy o wyższej energii. Obsadzenie stanu o wyższej energii jest nadzwyczaj słabe, stosunek obsadzeń to mniej niż 0.001%. Jednakże to wystarczy aby użyć NMR! Ta różnica energii jest powiązana z częstością precesji równaniem: ΔE = h gdzie h stała Plancka, f - częstość precesji związana z częstością Larmora, ω, relacją: ω = 2π

Rola gradientu pola B Częstotliwości rezonansowe zmieniają się na kolejnych płaszczyznach prostopadłych do osi z. Dla wzbudzeń w wybranej płaszczyźnie potrzebujemy częstotliwości opisanej równaniem: f = γ B o. Nazywamy takie podejscie: slice selective excitation

Lokalizacja przestrzenna sygnałów NMR Rejestracja : amplitudy, częstotliwości i fazy sygnału Analogia z pianinem: Rejestracja częstotliwości wskazuje na miejsce generacji rejestrowanego sygnału. Dyskryminacja częstotliwości lokalizacja przestrzenna sygnału. 3D przypadek jest bardziej skomplikowany. Częstotliwości RF mogą zależeć od pozycji dzięki gradientowi pola magnetycznego (cewki gradientowe). Faza sygnału również zależy od miejsca emisji.

fmri - podstawy Od 1890 roku wiadomo, że przepływ krwi i jej natlenienie (hemodynamics) są ściśle związane z aktywnością neuronów. Wzrost przepływu krwi w kapilarach zasilających neurony jest opóźniony o 1-5 s. Blood-Oxygen-Level Dependent (BOLD) jest kontrastem deoxyhemoglobiny we krwi stosowanym w technice MRI. Kontrast odkryty został w 1990r przez Seiji Ogawę *, który zauważył potencjał BOLD-u dla funkcjonalnego obrazowania mózgu z MRI. * Ogawa, S., Lee, T.M., Nayak, A.S., and Glynn, P. (1990). "Oxygenation-sensitive contrast in magnetic resonance image of rodent brain at high magnetic fields". Magn Reson Med 14: 68-78

Rola kontrastu Kontrast taki jak tlenek żelaza otulony cukrem lub skrobią (aby chronić przed systemem obronnym organizmu), powoduje lokalne zaburzenia pola magnetycznego rejestrowane przez skaner MRI. Sygnały związane z tym rodzajem kontrastu są proporcjonalne do objętości krwi mózgowej. Jest to jednakże metoda semiinwazyjna, choć jej czułość jest znacznie wyższa niż w metodzie BOLD.

Korelacje z kontrastem BOLD Aktywność neuronów CBF (cerebral blood flow) Tempo metabolizmu Aktywność elektryczna (potencjał pola elektrostatycznego) Obecność niektórych neuroprzekaźników

Aparatura dla fmri

Podstawowe eksperymenty fmri ustalenie ruch kciuka czas

Teleradioterapia Typowo fotony lub elektrony są kierowane z różnych kierunków, aby sumować dawkę w obszarze docelowym minimalizując dawki poza obszarem docelowym

Akcelerator liniowy i schemat teleradioterapii (radioterapii zewnetrznej) from www.oncoprof.net from www.varian.com

Akcelerator liniowy (liniak)

1. Źródło elektronów o energii dziesiątków kev 2. Struktura akceleracyjna 3. Magnetron jako źródło fali elektromagnetyc znej 4. Cyrkulator 5. Filtr zapewnia równomierny rozkład wiązki 6. Kolimator 7. Komora jonizacyjna Liniak Megavoltowy

Komplikacje przy terapii kierunek emisji Photons Czy może Protons być lepiej? Poziom dawki Obszar nowotworu

Rozkłady dawek dla wybranych wiązek

Pożytek z naświetlań hadronami kwanty Photons protony lub jony C Protons

Technika rastrowa skanowania nowotworu

Wiązka rozproszona vs. skanująca Proximal doses for scattered beam much higher than for scanned beam

Cyklotron dla NCRH- CCB

System rozprowadzenia wiązki

Projekty w Warszawie i Poznaniu Warsaw: Institution: Warsaw Medical University Localisation: Ochota Campus Facility: 12C + p Statuts: proposals prepared and submitted Poznan: Institution: Wielkopolskie Centrum Onkologii Localisation: Campus Morasko Facility: proton facility Statuts: letter of intention signed place available, ready before 2020

Radioterapia protonowa w Europie, PT+GANTRY Existing centres 1. Orsay 2. PSI Villigen 3. DKFZ Heidelberg 4. Munchen 5. PTC Prague 6. Essen In construction : 6 centers 1. Dresden 2. Krakow 3. Trento 4. Uppsala 5. Pavia 6. Wiener Neustadt 6.VI.2017 TJwDTM - Wykład 12

Ruch organów, jak uwzględnić? Oddychanie pacjenta After Martin von Siebenthal, Phillipe Cattin, Gabor Szekely, Tony Lomax, ETH, Zurich and PSI, Villigen 4D-CT derived from 4D- MRI

Wymagania kliniczne, szybkie, 4D-CT nowotwór płuc pozycja zaburzona przez oddychanie 4D-CT F. Pönisch et al., OncoRay Dresden