Page 18 - IFM_201404 calość 300 dpi

vol. 3 4/2014 Inżynier i Fizyk Medyczny

radiologia

\

radiology

176

artykuł

\

article

Rys. 3

Skuteczność radiobiologiczna

Źródło: [3].

oddziaływania elektronów o dużej prędkości ze związanymi

elektronami orbitalnymi w atomie. Jeśli oddziałujące elektrony

mają wystarczająco dużo energii do pokonania progowej energii

wiązania elektronów orbitalnych, te drugie mogą zostać „wybi-

te” z zajmowanej powłoki, pozostawiając atom w stanie wzbu-

dzonym. Atom wraca do stanu podstawowego, poprzez powrót

elektronów z wyższych energetycznie orbitali, emitując fotony

o energiach charakterystycznych. Jeśli oddziałujące elektrony

nie przenoszą energii wystarczającej do pokonania progowej

energii wiązania, elektrony z zewnętrznej powłoki uzyskują stan

wzbudzony i natychmiast powracają do swojego normalnego

stanu energetycznego z emisją promieniowania podczerwo-

nego. Proces ten jest odpowiedzialny za ciepło wytwarzane

w anodzie lampy rentgenowskiej. Proporcja promieniowania

Bremsstrahlung, promieniowania charakterystycznego i ciepła

zmienia się w zależności od materiału targetu i napięcia przyło-

żonego do lampy RTG. Zazwyczaj dla 60 kVp tylko 0,5% energii

elektronów zamienia się na promieniowanie rentgenowskie.

Dla terapeutycznych wiązek rentgenowskich typowe spek-

trum składa się z linii widma charakterystycznego dla materiału

targetu, które są nałożone na ciągłe widmo Bremsstrahlung.

Bremsstrahlung pochodzi od targetu anody, podczas gdy linie

charakterystyczne – od widma powstałego w materiale anody

i filtrów umieszczonych w wiązce. Względny stosunek liczby cha-

rakterystycznych fotonów do fotonów Bremsstrahlung w wid-

mie rentgenowskim wiązki zmienia się z energią kinetyczną

wiązki elektronów oraz liczbą atomową targetu. Przykładowo,

wiązka rentgenowska produkowana w wolframie dla elektro-

nów o energii 100 keV zawiera około 20% fotonów charakte-

rystycznych i 80% promieniowania ciągłego w zakresie energii

od 10 keV. Większość fotonów jest wytwarzana w kącie 90° od

kierunku przyspieszenia elektronów (w zakresie energii mega-

woltowej 1 do 50 MV – kierunek fotonów jest równoległy do

kierunku przyspieszenia elektronów (kierunek do przodu: 0°)).

PROCESY ODDZIAŁYWANIA

Prawdopodobieństwo oddziaływania fotonów z ośrodkiem ab-

sorpcyjnym zależy od energii fotonów oraz gęstości i liczby atomo-

wej (Z) absorbera. Wprzypadku rentgenoterapii podstawą oddzia-

ływania są trzy procesy: efekt fotoelektryczny, efekt Comptona

i rozpraszanie Rayleigha. Oddziaływanie fotonów z materią powo-

duje stopniową utratę ich energii. Ten transfer energii może wpro-

wadzić elektrony absorbera w ruch, generując zjawisko jonizacji

i wzbudzenia, a co za tym idzie przekazania energii. Średnia ilość

energii promieniowania jonizującego absorbowana na jednostko-

wej drodze jest określana mianem liniowego współczynnika prze-

noszenia energii LET (

Linear Energy Transfer

). Jednostką LET jest

keV/µm. Współczynnik zależy od typu i energii promieniowania.

LET jest bardzo wysokie dla promieniowania alfa, którego czą-

steczki penetrują tkanki na niewielką głębokość, wchodząc w reak-

cje z dużą ilością cząsteczek. Promieniowanie gamma odwrotnie –

wnikając głębiej, reaguje z mniejszą ilością cząsteczek na jednostkę

odległości. LET może być obliczany dwiema metodami:

•

średnia droga – liczy średnią energię deponowaną na usta-

lonej długości drogi,

•

średnia energia – liczy średni dystans, w którym deponowa-

na jest ustalona ilość energii.

Skuteczność zjawiska transferu energii promieniowania jo-

nizującego przekłada się na względną skuteczność biologiczną

RBE (

Relative Biological Effectivness

). RBE jest miarą porównania

działania zastosowanego promieniowania do promieniowania

odniesienia. Istnieje korelacja pomiędzy LET i RBE (Rys. 2). Sku-

teczność biologiczna oddziaływania promieniowania rośnie do

osiągnięcia wartości maksymalnej dla LET 100 keV/um, następ-

nie spada. Na rysunku 3 zobrazowano zjawisko spadku RBE wraz

ze wzrostem LET powyżej 100 kV/µm.

Rys. 1

Zdjęcie lampy rtg w obudowie, aparat do rentgenoterapii

Rys. 2

Zależność między RBE i LET

Źródło: [2].