ISOTOOPPILÄÄKETIETEEN LAITETEKNIIKKA osa1
JAKO DIAG/TERAP
Isotooppidiagnostiikka, gamma ja positronisäteily, 99mmTc, 111In, 123I, 18F...
Isotooppihoidot, hiukkassäteily (beeta ja alfasäteily), 32P, 131I, 177Lu, 223Ra
ATOMI
Elektroniverho, sidosenergia
Ydin (protonit ja neutronit), ydinvoima, massa keskittynyt ytimeen
Protonien lkm=alkuaine, järjestysluku
Alkuaineen eri neutronimäärä=isotoopit
Ylimääräinen energia=virittynyt, purkautuu sähkömagneettisen säteilyn kvanttina (valo, ultravioletti, röntgensäde)
Ytimen virittäminen, purkautuminen sähkömagneettisen energian kvantteina (suurienergisenä gammasäteilynä)
Epästabiilit isotoopit=radioisotoopit=radionuklidit
Radioaktiivisessa hajoamisessa ytimen hiukkaset muuttuu toisiksi ja ytimestä saattaa vapautua hiukkasia (alfa, beeta). Ydin voi myös hajota kappaleiksi (fissio)
BEETAHAJOAMINEN (hiukkassäteily)
Hajonta: neutroniylijäämä -> neutroni muuttuu protoniksi ja elektroniksi (massa) -> neutriino
Lääketieteellinen käyttö, radionuklidihoidot
B-hiu kehossa: törmäilee muihin elektroneihin, irrottelee niitä paikoiltaan -> atomit ja molekyylit ionisoituvat (atomi jää positiivisesti varatuksi ioniksi) ja virittyvät (elektroneja siirtyy toisille energiatiloille) -> molekyylien rakenteiden muutokset, aine kärsii säteilyvaurioita -> vapaita radikaaleja
B-hiu materiassa: ei kulje pitkää matkaa, ulkoista beetalähdettä vastaan helppo suojautua, vaarallinen hengitettynä, nieltynä tai iholla, beetasäteilyä saanut ei säteile ulospäin
Radiofosforihoito,32P, puhdas beetasäteilijä, polysytemia veran, essentiaalisen trombosytoosin hoito
Jodihoidot, 131I, sekasäteilijä beeta ja gamma, kilpirauhashoidot
Lutetium, 177Lu-DOTA-TOC/NOC/TATE, sekasäteilijä beeta ja gamma, NET-tuumorit, somatostatiinireseptorit
Reumahoidot, 169Er, 186Re, 90Y, kohteesta riippuvainen, sairastuneen kalvon hävittäminen
Zevalin-hoito, sisäinen lymfooman sädehoito
ALFAHAJOAMINEN (hiukkassäteily)
Lääketieteellinen käyttö, radionuklidihoidot
Isoenerginen, ei säteile ulospäin, lyhyt kantama (paikallinen hoito), suuri ionisoiva, DNA osuvuus pieni
222Rn on 238Uraanisarjan hajoamistuote, huoneilman radon, keuhkojen säteilyannos 2mSv/v (puolet vuotuisesta efektiivisestä annoksesta)
Hakeutuu luustoon
POSITRONIHAJOAMINEN (beeta+ hajoaminen)
Ytimessä protoni muuttuu neutroniksi ja vapauttaa positronin (antimateriaa, elektronin vastahiukkanen), annihilaatio=aine muuttuu energiaksi.
Ydin ampuu positronin joka osuu antihiukkaseen, elektroniin. Massat muuttuu energiaksi, saadaan 2kpl vastakkaisiin suuntiin lentävää annihilaatiofotoneita. E=mc2=1220MeV
Isotooppien valmistus, hiukkaskiihdytin (syklotroni), positroniaktiivisuus
GAMMASÄTEILY
Elektronisieppaus: protoniylijäämätilanteessa ydin sieppaa elektronin muuntamalla protonin neutroniksi, karakteristista röntgensäteilyä syntyy kun paikka täyttyy ulompaa tulevalla elektronilla. Massaluku ei muutu, mutta alkuaine voi muuttua toiseksi. Hajoamistuotteena gammasäteilyä
Isomeerinen siirtymä (ei tekemisissä massan/hiukkasten kanssa): radioaktiivisessa hajoamisessa joskus uudet ytimet virittyneessä tilassa, tilan purkautuessa ydin lähettää sekundäärisiä gamma- eli energiakvantteja. Ydin on metastabiili (m) tai isomeeri (puhdas gammasäteilijä).
Säteily: isomeerinen viritystila, massaton energiapaketti purkautuu gammasäteilynä, toisto kunnes stabiili ydin
Aktiivisuus= kuinka monta hajoamista tapahtuu sekunnissa
SÄTEILYSUOJELU (riippuu mitä ainetta ja kuinka paljon)
Hiukkassäteily (alfa ja beeta) ionisoi kudoksia voimakkaasti ja jarruuntuu lyhyellä matkalla -> ohut suojaus
Gammasäteily menettää väliaineeseen energiaa hitaasti (eksponentiaalisesti kuten rtg-säde), ionisoi vähemmän, tarvitaan paksuja lyijykerroksia
ETÄISYYS: säteilyn intensiteetti pienenee etäisyyden neliössä, mahdollisimman kaukana säteilylähteestä
AIKA: absorboitunut annos riippuu annosnopeuden ja ajan tulosta, minimoidaan säteilytyön aika
ABSORPTIO: peitetään säteilylähteet suojien sisään, kun niitä ei tarvita, suojaus
RADIOISOTOOPPIEN VALMISTUS
Lääketieteellisesti käytettävät radioaktiiviset isotoopit valmistetaan keinotekoisesti, jo olemassa olevista isotoopeista 1) pommittamalla niitä neutroneilla tai 1/2) sähköisesti varatuilla hiukkasilla tai 2) fissioimalla uraania
2) Fissio: tarvitaan ydinreaktori sekä korkearikasteista Uraania -> saavutetaan korkeita sekä pitkäaikaisia aktiivisuuksia. Kemiallisella erotuksella saadaan Mo talteen (syntyy myös lämpöenergiaa) ketjureaktio säilyy
1) Neutroniaktivointi: pommitetaan stabiilia tuotetta ydinreaktorissa neutroneilla. Saavutetaan korkeita aktiivisuuksia, myös pitkät aktivointiajat mahdollisia.
Voidaan valmistaa myös Mo matalarikasteista (ei tarvita ydinaseuraania)
Ydinreaktorissa vallitsee suuri neutronivuo, jota voidaan ylläpitää kuukausikaupalla, uusia radioaktiivisia isotooppeja voidaan valmistaa säteilyttämällä niitä reaktorissa neutroneilla -> ydinreaktioita
1/2: aktivointi varatuilla hiukkasilla (=hiukkaskiihdytin, syklotronit): kiihdytetty hiukkanen osuu aineeseen -> ydinreaktiot. Vain rajoitetut säteilytysajat mahdollisia.
Syklotroni: hiukkaset kiihtyy magneettien välissä-vakio-kiihtyy... kunnes reunalla protonisuihku käännetään kohtioon. n. 7 kierrosta keskimääräinen pyöriminen. Protonin (massallinen) nopeus on lähes valonnopeus -> massa kasvaa, säteily kasvaa suhteellisuusteorian mukaisesti
Ihanteellinen diagnostiikan isotooppi
Puhdas gammasäteilijä
Kyllin korkea gammaenergia läpäisemään potilas (>100KeV) mutta kyllin matala pysähtymään gammakameraan (300-350KeV)
Kyllin lyhyt T1/2 tuottamaan paljon gammoja mutta pitkä kuljetukseen, valmistukseen ja kuvaukseen
Valmistettavissa puhtaana ja edullisesti, otollinen kemia