Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa"

Anja Niemelä
6 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa Ari Virtanen Professori Jyväskylän yliopisto Fysiikan laitos/kiihdytinlaboratorio

2 Sisältö Alkutaival Sädehoito Radiolääkkeet Terapia Kuvantaminen

3 Nuclear Medicine lääketieteen alana = Säteilylääketiede Vuotuisessa Euroopan Nuclear Medicine - kongressissa yli 6000 osallistujaa ja 165 näytteilleasettajaa Yksi suurimmista, ellei suurin lääketieteen ala Luultavasti suurin ainakin laitteisto- ja rahoitusvolyymiltaan

4 Mistä säteilylääketiede alkoi? Radioaktiivisuus keksittiin 1896 Henri Becquerel, Marie ja Pierre Curie (Nobel 1903) Röntgenputki -> ensimmäinen kiihdytin Wilhelm Röntgen (Nobel 1901) Röntgensäteilyä kohde Elektroneja Miksi polonium ja radium säteilevät? Ydinrakennetutkimus alkoi -> voimakas tutkimuslaitteiden kehitys -> hiukkaskiihdyttimet, säteilynilmaisimet, (massa)tiedon käsittely + Sovelluksia mm. energia-, lääke-, IT-, aseteollisuuteen jne

Sädehoito Lineaarikiihdytin Analogia röntgenputkeen, mutta energiat yli 100-kertaisia Käytetään sädehoitoon Hyvin yleinen sairaaloissa Suhteellisen edullinen

5 Sädehoito Lineaarikiihdytin Analogia röntgenputkeen, mutta energiat yli 100-kertaisia Käytetään sädehoitoon Hyvin yleinen sairaaloissa Suhteellisen edullinen Haittapuolena epäedullinen annosjakauma, jota kompensoidaan pyörittämällä kiihdytintä potilaan ympäri Elektroneja Säteilyannos Kasvain Röntgensäteilyä Kasvain Syvyys kudoksessa

6 Sädehoito Hadronterapia 1. Protoniterapia: Protoni = vety-ydin Annosjakautuma tervettä kudosta säästävä Tehokas, mutta kallis hoitomuoto Protoniannos Braggin piikki Säteilyannos Röntgenannos Syvyys kudoksessa

7 Sädehoito Hadronterapia 1. Protoniterapia: Protoni = vety-ydin Annosjakautuma tervettä kudosta säästävä 2. Raskasioniterapia: Usein hiiliydin Annosjakautuma hyvin terävä Kasvain maalattava Vielä tehokkaampi, mutta myös huomattavasti kalliimpi hoitomuoto Protoniannos Raskasioniannos Braggin piikki Säteilyannos Röntgenannos Syvyys kudoksessa

Radiolääkkeet Hyödyntävät ydinreaktoreissa tai hiukkaskiihdyttimillä tuotettuja radioisotooppeja Atomien ytimet koostuvat protoneista ja neutroneista Alkuaineen isotoopeilla on sama määrä protoneja,

elektroneja (e - ), positroneja (e + ), gammasäteilyä tai fissioneutroneja Radioisotooppeja käytetään radiolääkkeinä joko terapiaan tai kuvantamiseen (diagnosointiin) Säteilylajin ja sen energian

8 Radiolääkkeet Hyödyntävät ydinreaktoreissa tai hiukkaskiihdyttimillä tuotettuja radioisotooppeja Atomien ytimet koostuvat protoneista ja neutroneista Alkuaineen isotoopeilla on sama määrä protoneja, mutta neutronien määrä voi vaihdella Epästabiileja isotooppeja kutsutaan radioisotoopeiksi radioaktiivisen hajoamisensa eli säteilevyytensä vuoksi Hajotessaan ne voivat säteillä alfahiukkasia, elektroneja (e - ), positroneja (e + ), gammasäteilyä tai fissioneutroneja Radioisotooppeja käytetään radiolääkkeinä joko terapiaan tai kuvantamiseen (diagnosointiin) Säteilylajin ja sen energian lisäksi tärkeä tekijä on radioaktiivinen puoliintumisaika Puoliintumisajan kuluessa puolet ytimistä on hajonnut ja taas puolet jne Litium-ydin, p=3, n=4 p=3, n=3 alfahajoaminen beetahajoaminen gammasäteilyä Fissiohajoaminen

1. Säteilyn tunkeutumiskyky Radiolääkkeet Tärkeimpiä radiolääkkeiltä vaadittavia ominaisuuksia: Alfa-, beta- ja neutronisäteilyä voidaan käyttää kasvainten tuhoamiseen Gammasäteilyä kuvantamiseen

9 1. Säteilyn tunkeutumiskyky Radiolääkkeet Tärkeimpiä radiolääkkeiltä vaadittavia ominaisuuksia: Alfa-, beta- ja neutronisäteilyä voidaan käyttää kasvainten tuhoamiseen Gammasäteilyä kuvantamiseen Tärkeää myös säteilyn puhtaus 2. Sopiva puoliintumisaika: Mitä lyhyempi, sitä pienempi koko kehon säteilyrasitus Toisaalta oltava riittävän pitkä, jotta lääke ehditään valmistamaan, kuljettamaan kohteeseen ja se ehtii vielä vaikuttamaankin potilaassa riittävästi Biologinen puoliintumisaika myös tärkeä 3. Saatava haluttuun kohteeseen potilaassa Brakyterapia (tyköhoito) Kohdennettu terapia (targeted therapy)

10 Radiolääkkeet Ydinvoimala K=11 K=18 K=30 K=70 Luonnon ~ 300 isotoopin lisäksi ~ 2000 on valmistettu ja niiden säteilyominaisuudet tutkittu kokeellisesti Näistä lääkekäyttöön valmistetaan ~ 30 ydinreaktoreissa ja ~ 20 hiukkaskiihdyttimillä, yleisimmin syklotroneilla JYFL K=130 99Mo 66 h 99mTc 6 h 140 kev 99Tc 98Mo Käyttö Euroopassa JYFL K=30

Radiolääkkeet Esimerkkejä kohdennetuista syövän

000 beetahiukkasta Voimakkaasti kehittyvä hoitomuoto

11 Radiolääkkeet Esimerkkejä kohdennetuista syövän terapialääkkeistä 1. Targeted Alpha Therapy, TAT 6 alfahiukkasta riittää tuhoamaan syöpäsolun 1 alfa tuhoaa jo 70% Vaatii beetahiukkasta Voimakkaasti kehittyvä hoitomuoto 2. Boron Neutron Cancer Therapy, BNCT Kehitetty pitkälle Suomessa Ongelmana saada 10 B kohteeseen

Radiolääkkeet Esimerkkejä kuvantamiseen käytetyistä radiolääkkeistä Ns. PET (Positron Emission Tomography) isotoopit: Hiili-11; h 1/2 = 20 min. Typpi-13; h 1/2 = 10 min. Happi-15; h 1/2 = 2 min.

12 Radiolääkkeet Esimerkkejä kuvantamiseen käytetyistä radiolääkkeistä Ns. PET (Positron Emission Tomography) isotoopit: Hiili-11; h 1/2 = 20 min. Typpi-13; h 1/2 = 10 min. Happi-15; h 1/2 = 2 min. Fluori-18; h 1/2 = 110 min. Lyhyt puoliintumisaika aiheuttaa logistisen ongelman, mutta muuten ovat varsin puhtaita Hajoavat positroniemissiolla, jolloin syntyy annihilaatiosäteilyä PET-TT/MRI kuvantamistekniikka uusinta uutta, erittäin kehittynyttä ja käytössä mm. KSSHP:ssä! PET:istä enemmän kertoo ylilääkäri Kirsi Timonen Kiitos omasta puolestani

Samankaltaiset tiedostot

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N Atomin ydin ytimen rakenneosia, protoneja (p + ) ja neutroneja (n) kutsutaan nukleoneiksi Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N saman