Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Ett hundre strålende år... … en oversikt over medisinsk strålingsfysikk.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Ett hundre strålende år... … en oversikt over medisinsk strålingsfysikk."— Utskrift av presentasjonen:

1 Ett hundre strålende år... … en oversikt over medisinsk strålingsfysikk

2 Medisinsk fysikk …handler om å utnytte kunnskap i fysikk, til å beskrive biologiske prosesser i mennesket, og å søke å utnytte denne kunnskapen til å utvikle diagnostiske og terapeutiske metoder….

3 Medisinsk fysikk Fysikk + Medisin = “The End of Science” John Horgan “The Science”

4 Medisinsk strålingsfysikk n Medisinske fysikere arbeider i sykehus (hovedsakelig ved universitets-klinikkene) med kliniske oppgaver knyttet til: –strålebehandling av kreftpasienter –bildediagnostikk (CT & MR) –nukleærmedisinsk undersøkelse og terapi – fysiologiske målemetoder – ….. n Medisinske fysikere arbeider også med forskning og utvikling innen de samme områder n Medisinske fysikere ansettes også i medisinsk-teknisk og farmasøytisk industri, konsulentfirmaer og innen høyere utdanning Farge Doppler- bilde av blodflow

5 Medisinsk strålingsfysikk Marie Curie ( ) Henri Becquerel ( ) W. C. Røntgen ( ) Kort tid etter oppdagelsen av radioaktivitet og røntgenstrålene, ble det klart at stråling kunne utnyttes i terapi og diagnostikk ved patologiske tilstander Det Norske Radiumhospital ble etablert i 1932 i den hensikt å ta i bruk Radium i kreftbehandling.

6 Medisinsk strålingsfysikk Aakus & Poppe. Medisinsk radiologi i Norge 1995 Medisinsk fysikk ble et selvstendig fag gjennom oppdagelsen - og ikke minst gjennom den medisinske utnyttelse - av røntgenstrålene og radioaktivitet

7 Medisinsk bilde- diagnostikk ved bruk av ioniserende stråling

8 Bildemodaliteter n Konvensjonell røntgen n Computer tomografi (CT) n Radioisotopavbilding –Konvensjonell scintigrafi –Enkelt foton emisjons computer tomografi (SPECT) –Positron emisjons tomografi (PET) n Ultralyd n Magnetisk resonans tomografi (MR)

9 Røntgenstråling n Røntgenstråling dannes når... –elektroner med høy hastighet bremses (bremsestråling) –atomelektroner nær kjernen “slås ut” (karakteristisk stråling) n Røntgenstråling er elektromagnetisk stråling Halliday et al. Physics 1992

10 Røntgenstråling n Røntgenstråling genereres i røntgenrør Shung et al. Principles of medical imaging 1992 n Attenuasjon i vev (avtakende intensitet) Webb. The physics of medical imaging 1998

11 Attenuasjon av strålingi ulike vev Krestel. Imaging systems for medical diagnostics 1990

12 Hva skjer med røntgenfotoner i vev? n Fotoelektrisk effekt (absorpsjon av foton) n Comptonspredning (spredning av foton) Shung et al. Principles of medical imaging 1992

13 Vekselvirkning ved diagnostikk- kavliteter n Bløtvev:Z=7.5 n Ben: Z=13 Stor Z-avh keV Attix. Introduction to radiological physics

14 Bildedannelse med røntgen n Film n Ionisasjons-kammer n Fluoriserende krystaller m. fotomultiplikator (pm) rør n Halvlederteknologi Shung et al. Principles of medical imaging 1992

15 Røntgenbilde av bekken

16 Computer tomografi (CT) ”Et meget fascinerende videreutvikling av Røntgenteknikken stod en britiske elektroingeniør og en fysiker født i Sør- Afrika for. For utviklingen av det vi i dag kjenner som computer-tomografen, CT, ble Sir Godfrey Hounsfield og Alan Cormach tildelt Nobelprisen i 1979, denne gangen i medisin.” ”Fysikkens plass i den moderne medisin”, P2-akademiet, NRK.

17 Computer tomografi (CT) Krestel. Imaging systems for medical diagnostics 1990 Siemens AG. Multislice CT CD-ROM 1998

18 Tilbakeprojeksjon I=I 1 Detektor 1 I=I 2

19 Tilbakeprojeksjon I=I 1 Detektor 1 I=I 2 I=I 1

20 Filtrert tilbakeprojeksjon Powsner & Powsner. Nuclear medicine physics 1998

21 Radioisotop avbilding n Inntak av radioaktivt stoff - fotonemitter n Fotonenergi keV - 99m Tc er klassiker (140 keV) n Selektivt opptak n Registrerer emitterte fotoner og retning  bilde av fordeling av radioaktivitet Krestel. Imaging systems for medical diagnostics 1990

22 Konvensjonell scintigrafi Powsner & Powsner. Nuclear medicine physics 1998

23 Skjelettscintigrafi n 99m Tc kompleksbundet til difosfanat avleires i proliferativt knokkelvev n Påvise ikke-dislokerte brudd n Påvise metastaser Rootwelt Nukleærmedisin 1995

24 SPECT n Som konvensjonell scintigrafi men registrerer emitterte fotoner i mange plan rundt pasienten n Filtrert tilbakeprojeksjon gir 3D fordeling av radioaktiv isotop Enkelt foton emisjons computer tomografi Powsner & Powsner. Nuclear medicine physics 1998

25 SPECT anvendelse n Lungeperfusjonsmåling med 99m Tc bundet til albumin n Albumin- 99m Tc avsettes i lungekapillærene

26 SPECT anvendelse Seppenwoolde et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2000

27 PET n p +  n + e + +  Positron emisjons tomografi n Detekterer 511 keV fotoner simultant Powsner & Powsner. Nuclear medicine physics 1998 Krestel. Imaging systems for medical diagnostics 1990 n Trenger ikke kollimatorer n Bedre sensitivitet og oppløsning enn SPECT

28 PET Positron emisjons tomografi n Karbon, nitrogen, oksygen har e + emitterende isotoper n Inngår i biomolekyler - lage e + emitterende biomolekyler n Kort halveringstid: 2-20 min.  syklotron (NOK 25 mill.) n 18 F-deoxyglukose ( 18 FDG). Halv.tid: 110 min. n Avbilde glukoseopptak i vev - mål for metabolsk aktivitet

29 Hjerneaktivitet målt med 18 FDG Shung et al. Principles of medical imaging 1992

30 Tumoravbilding: PET + CT Skretting upublisert

31 Stråleterapi ved kreft

32 Stråleterapi langs nye veier, eller ”paa gjengrodde stier” ? Stråleterapi - år 1930 Stråleterapi – år 2000 •Utvikling av ny teknologi •Ny kunnskap om virkning av stråling på kreftvev •Forståelse av hvordan bivirkninger etter terapi oppstår, hvordan de kan begrenses og behandles

33 Stråleterapi langs nye veier, eller ”paa gjengrodde stier” ?

34 Fysikk i stråleterapi

35 Stråleterapi langs nye veier, eller ”paa gjengrodde stier” ? n pionerene i strålingsvitenskapen observerte og erfarte raskt at stråling gir biologisk virkning n dette ga støtet til å søke å utnytte stråling i kreftbehandling

36 Stråleterapi langs nye veier, eller ”paa gjengrodde stier” ? Mer presis definisjon av tumorvolum 3% Bedret bestrålingsteknikk og utnyttelse av biologiske modeller 4% Mer optimal stråledose pr. behandling, samlet behandlingstid og total stråledose 3% Ny utvikling og nye forskningsresultater ? Bedret overlevelse>10% Kilde: Statens beredning för utvärdering av medicinsk metodik, SBU-129/1 Forventet økt 5års- overlevelse

37 Stråleterapi langs nye veier, eller ”paa gjengrodde stier” ? Optimalisering av stråle- terapi, d.v.s. lavere senskadefrekvens og økt tumorkontroll, søkes gjennom : –Fysikalsk optimalisering –Biologisk optimalisering

38 Fysikk i stråleterapi •Komplett sett av CT-bilder gjør det mulig å rekonstruere strukturer i full 3D, optimalisere strålefelt og beregne dose i 3D •CT bildet gir informasjon om den romlige fordeling av , som igjen er avgjørende for beregning av dosefordeling

39 Fysikere i stråleterapi Medisinske fysikere har ansvar for og tar del i planlegging av den enkelte pasient, slik at best mulig dose til kreftsvusten oppnås samtidig som friskt vev skånes Medisinske fysikere har ansvar for at dosene beregnes korrekt

40 Konformal stråleterapi n Friskvevsskade søkes redusert gjennom av avgrense avsatt dose til det volum som skal behandles; dette omtales som konformal terapi. n “Conformity index” er et mål på hvor vel avgrenset dose-fordelingen er i forhold til svulstvevet: CI=V target /V treated V ratget V treated

41 Konformal stråleterapi ved IMRT Hensikten med IMRT (intensitetsmodulert stråleterapi) er å oppnå en mer avgrenset stråledose til tumorvev, uten samtidig å gi høye stråledose til normalvev og kritiske organer. Dersom enkelte deler av tumor trenger større stråledoser, for eksempel fordi disse områdene er dårlig oksygenert og dermed mindre stråle- følsomme, kan IMRT gi en tilsiktet heterogen fordeling av stråledose i tumorvevet.

42 Konformal stråleterapi ved IMRT Område som ønskes bestrålt - d.v.s tumor (rødt), område som ikke ønsker bestrålt, d.v.s ryggmarg (blått).

43 Konformal stråleterapi ved IMRT Tumor (rødt) om- kranset av strålefelt (grønn). Strålefelt oppbygd av ulikt antall segmenter og dose-nivåer Røntgenfilm som viser tilsvarende dosefordelingen i strålefeltet

44 Konformal stråleterapi ved IMRT Seg.1 Seg. 2 Seg.3 Seg.4 Seg.5 Seg.6 Seg.7 Et strålefelt bygges opp av ulike segmenter, hvert med en spesifikk dose

45 Konformal stråleterapi ved IMRT Ulike segmenter oppnås ved å justere åpningen mot strålekilden under behandling Total stråledose

46 Konformal stråleterapi ved IMRT En rekke strålefelt, bygd opp av mange segmenter rettes inn mot tumor for å gi tilsiktet dose til hele svulsten; tumor er satt under kryssild.

47 Konformal stråleterapi ved IMRT Ved IMRT fordeler stråle- dosen seg rundt tumor (rød), uten at kritiske organer som ryggmargen belastes for mye

48 BioART ved IMRT Histologisk snitt PET-bilde MR-bilde gjennom tumor Oksygenrike områder: PET- og MR- bilder kan gi informasjon om i hvor stor grad tumor er vel oksygenert, og dermed si noe om tumor strålefølsomhet

49 BioART ved IMRT Områder med strålebiologisk “ufordelaktig” karakter- istikk kan gis en tilsiktet økt dose pr. behandling enn øvrig svustvevet. Økt tumor kontroll !

50 Målsøkende radioaktive forbindelser n Det finnes radioaktive forbindelser som søker seg fram til svulsten, bl. annet merkede monoklonale antistoffer mot molekyler på tumorcellenes overflate. n Fra disse radioisotopene sendes det ut stråling som kan drepe kreftcellene n Slik behandling må ofte kombineres med ekstern strålebehandling.

51 Målsøkende radioaktive forbindelser Normal og destruert trabekelnettverk i bein  -partikkel-track i tumorvev

52 Målsøkende radioaktive forbindelser Eksempel på opptak av en målsøkende radioaktiv for- bindelse, vist ovenpå et CT-bilde

53 Protonterapi n Protoner gir maksimal doseavsetning i et gitt dyp svarende til Bragg- peak, i motsetning til fotoner hvor dosemaks. ligger nær overflaten. n Ved å benytte ulike energier kan området som Bragg-peaken dekker gis ønsket dybde. Dybdedosefordeling, d.v.s. Doseavsetning som funksjon av dyp i pasienten, for fotonstråling og singel-energi proton-stråling.

54 Protonterapi Sum av et knippe med protonstråler med ulik energi gir et dose-platå; dette kan tilpasses tumor- utstrekning og dermed gi en vel avgrenset dosefordeling

55 Protonterapi Protonterapi gir en C.I. nærmere 1 enn andre kjente behandlings- teknikker

56 Bor-nøytron ”capture” terapi - BNCT BNCT er en behandling der pasienten bestråles med termisk nøytroner Nøytronene har lav energi og avsetter liten dose i pasienten. Bestrålingen kombineres imidlertid med injeksjon av bor-atomer i forkant av behandling. Disse tas opp i tumor. Der nøytroner treffer bor-atomer, fanges disse inn i kjernen. Bor- atomer blir radioaktivt og sender ut kraftig partikkel-stråling. Pasient plassert foran en nøytron-kanon

57 BNCT Kombinasjon av nøytronbestråling og opptak av bor-atomer i tumor, gir meget lokalisert bestråling slik som illustrert for denne pasienten med hjerne- svulst. Dosefordeling etter BNCT; rød linje representerer høyest dose.

58 BNCT Lokalisert bestråling gjør det mulig å gi store stråledoser til tumorvev, samtidig som belastningen til normalt vev og organer holdes på et lavt, akseptabelt nivå. BNCT konsentrerer dosen til tumor, mens stråle- belastningen til normalt hjernevev blir lav.


Laste ned ppt "Ett hundre strålende år... … en oversikt over medisinsk strålingsfysikk."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google