Fig.1. Protonii cu energii de 160-180 MeV
Un vârf și Bragg capacitatea de a gestiona localizarea sa în profunzime a crea condiții favorabile pentru fascicule de protoni radioterapie la energii mari. În prezent, există diverse dispozitive în care coloana de plasmă de ardere a hidrogenului din atmosferă, electroni liberi se extrag nuclee de hidrogen - protoni. Acestea sunt accelerate în acceleratoare circulare, dobândind energia necesară.
Principalele avantaje ale utilizării fascicule de protoni in radioterapie sunt formarea de fascicule nu divergente și posibilitatea sumãrii cantitatea de energie cerută de o adâncime predeterminată care corespunde vârfului Bragg. În acest caz, țesutul situat în afara razei, aproape nici un prejudiciu. Porțiunea de vârf pentru Bragg protoni este mic, dar pot fi utilizate cu diferite energii de fascicul, și astfel distruge întreaga leziune.
particule incarcate negativ.
b-radiație este un flux de electroni și pozitroni, care rezultă din reacțiile intranucleari de neutroni și protoni.
Spre deosebire de particule a-b-particule caracterizate printr-un spectru continuu de energie. electroni cale întortocheată în substanță, deoarece are o masă redusă și ușor de a schimba direcția datorită coliziunilor cu electroni de atomi. Prin urmare, fasciculul de electroni inițial în țesutul tinde să difere (electroni de difuzie). La frânare, electroni rapizi in domeniul nuclear apare radiația de frânare foton atomi.
Datorită vitezei mari capacitatea de b-particule penetrant este mai mare decât cea a unei particule. În aer, este de aproximativ 10 m, în țesutul muscular - 10 mm. b active medicamente utilizate în tratamentul tumorilor maligne, localizare care permite contactul direct cu aceste medicamente. Mai puțin frecvent, acestea sunt utilizate în scopuri de diagnosticare.
Cu ajutorul acceleratoare moderne sunt create prin fascicule de electroni de energie înaltă (până la 15-50 MeV), care au o mare putere de penetrare. Calea liberă medie a acestor electroni pot ajunge în corpul uman țesuturi 10-20 cm. Raza de electroni absorbită în țesut, creează un câmp de doză care distinge acest tip de radiații de celălalt. ionizarea maximă cu formarea în apropierea suprafeței corpului. Dimensiunile maxime ale zonei de ionizare sunt direct dependente de magnitudinea energiei radiații. Afară există o doză destul de mare de declin rapid.
Un fascicul de electroni, cu o energie de până la 5 MeV este utilizat in tratamentul afectiunilor maligne de suprafata cu energii de la 20 la 50 MeV - mai profund localizate. acceleratoare moderne fac posibilă ajustarea lin energia fasciculului de electroni și, astfel, a crea doza necesară la orice adâncime.
p-mezoni - particule elementare spinless cu o valoare de greutate care este intermediară între masele de electroni și protoni.
Negative p mezoni sub „intrare“ în substanța de la început să se comporte ca protonii, mezoni, atunci partea principală se oprește la o anumită adâncime și cu atomi de probabilitate de 100% este capturat (azot, oxigen și țesuturi), apoi absorbite de nucleele lor. În acest caz, miezul este adus energie foarte mare (mai mare de 100 MeV), în care miezul este excitat puternic și cu emisia se descompune neutroni, protoni, deutronilor și un particule, care produc substanțe de ionizare puternică.
Astfel, toate particulele încărcate ca rezultat al interacțiunii electrostatice cu electroni iradiate materialul duce la ionizare directă imediată a atomilor și a interacțiunii sale molekul.Eto eficientizează superior ordinal substanța număr scavenger. Prin urmare, dispozitivele de siguranță ecranare interacțiunea AI asupra obiectelor biologice realizate din materiale cu număr atomic ridicat.
Procese de interacțiune neutron cu substanța definită ca energia neutronilor și compoziția atomică a mediului de absorbție. Lipsa de sarcină electrică permite neutronilor să-l pătrundă prin cojile de electroni de atomi și se apropie în mod liber la miez.
- amestecuri ale unui emițători cu beriliu sau bor:
Atunci când sunt expuse la neutroni tisulare sunt captate de nuclee de atomi, ceea ce conduce la perturbarea structurii lor și este însoțită de emisia unui - sau b-g-particule si fotoni. Mai mult, în transformările nucleare nuclee de recul scutite care au ridicat de energie, produc medie ridicată ionizare. Puterea lor de ionizare este aproape de puterea de ionizare a unei particule. Cu toate acestea, efectul dăunător al neutronilor este considerabil mai mare datorită capacității lor ridicate de pătrundere. Când iradiat cu neutroni in celula ADN se produce o ruptură de moment, ceea ce duce la moartea sa. Deoarece matrița nu este numai tumora, dar, de asemenea, celulele sanatoase, pentru neutroni într-un procent ridicat de deteriorare radiatii. Dintre toate tipurile de AI neutroni rapizi au cel mai mare pericol de radiații. neutroni rapizi sunt încetinite mai bine pe nucleele elementelor ușoare (apă, parafină, de țesut adipos). Prin urmare, doza absorbită este mai mare în țesutul adipos, ceea ce duce la deteriorarea fasciculului.
Capacitate mare de penetrare a deschide perspective pentru utilizarea de neutroni în terapia cu radiații a tumorilor maligne.
Atunci când decide cu privire la protecția împotriva radiațiilor neutronice trebuie să țină cont de specificitatea interacțiunii sale cu materia. Pentru neutroni rapizi trebuie să fie lent. În acest scop, nucleele ușoare (apă, parafină). neutronii lenți sunt apoi absorbite ca urmare a captării radiativ în materialele realizate din bor sau cadmiu. Deoarece procesul de captură este însoțit de un foton g de raze, este necesar să se utilizeze ca material de protecție plumb. Astfel, protecția de neutroni este o structură complexă.
Terapia Neytronozahvatyvayuschaya. Metoda a fost propusă în 1936, pentru prima dată, Locherv Această metodă folosește un flux de neutroni lente produse de reactoare nucleare. Pentru expunerea diferențială la un efect maxim in tesuturile tumorale si normale in minimul necesar pentru a satura elemente tumorale, caracterizate prin secțiune transversală mare de captare a neutronilor lente. Astfel de elemente sunt bor (10 B) și litiu (6 Li). Tumora tropism Cu toate acestea, aceste elemente nu posedă. Pentru a îmbogăți tipurile de tumori utilizate rata lor de difuzie din fluxul sanguin în țesutul (adică, aceste elemente se mișcă încet din fluxul sanguin in creier, iar in tumora de tesut este mult mai rapid). Se constată că în decurs de 30 minute după administrarea intravenoasă a compușilor concentrației de bor în tumoare pe creier este de 4-5 ori mai mare decât în țesutul normal. Și este în acest moment ar trebui să fie efectuate radiații. Concentrația de bor și litiu în țesutul muscular este foarte mare, și, prin urmare, terapia neytronozahvatyvayuschuyu nu pot fi aplicate pentru tumori ale trunchiului și extremităților. Această metodă se aplică numai pentru tumorile cerebrale.
K AI radiație fotonică includ substanțe radioactive-g, iar caracteristica de frânare a radiației generate de diferitele acceleratoare. Lpi foton radiație cea mai mică (1-2 perechi de ioni per 1 cm3 de aer), care determină puterea ridicată de penetrare (în lungimea căii de aer este de câteva sute de metri).
g Razele sunt produse de dezintegrare radioactivă. Nucleul de tranziție de la excitat la starea de sol însoțită de o emisie de raze g cu energii de la 10 keV până la 5 MeV. Principalele surse de radiații terapeutice sunt g-g-un aparat (pistol).
radiație X-ray bremsstrahlung se datorează accelerare și decelerare bruscă a electronilor în sistemele de vid și diferite acceleratori se diferențiază de energie cu raze X de fotoni mai mare (una la zeci de MeV).
La trecerea printr-un material de flux de fotoni este atenuarea sa prin următoarele procese de interacțiune (tipul de interacțiune fotonilor cu atomii materialului depinde de energia fotonilor):
- Clasică (coerentă sau Thomson scattering) - pentru fotoni cu o energie de 10 keV până la 50-100. Frecvența relativă a acestui efect este mic. Există o interacțiune care nu joacă un rol important, ca fotonul incidentul, care se confruntă cu electronul este deviat, iar energia nu se schimba.
- absorbție fotoelectrică (efect fotoelectric) - la energii relativ joase - de la 50 la 300 keV (joacă un rol semnificativ în raze X). Fotonul incident, bate un electron orbital de atomul însuși este absorbit și un electron, ușor schimbând direcția depărtează. Acest electron se numește fotoelectronic zburat departe. Astfel, energia fotonica este cheltuită pentru funcția de lucru de electroni și dându-i energie cinetică.
- efectul Compton (împrăștiere incoerente) - are loc atunci când o energie fotonica de 120 keV până la 20 MeV (adică aproape toată gama de radioterapie). Fotonul incident, bate un electron din învelișul exterior al unui atom, dându-i o bucată de energie și își schimbă direcția. Electronul emis de un atom la un anumit unghi, iar noul cuantum este diferit de nu numai direcția inițială, diferită de deplasare, dar energia asemenea, mai mici. Cuantumul mediu rezultat va ionizat în mod indirect, și electronul - dreapta.
- Procesul de formare a perechi electron-pozitron - energia fotonică trebuie sa fie mai mare de 1,02 MeV (de două ori energia de repaus de electroni). Cu acest mecanism trebuie să fie luate în considerare atunci când este iradiat bremsstrahlung fasciculului pacient de energie înaltă, adică pe acceleratoare liniare de mare energie. In apropierea atomic foton incident de nucleu este accelerat și dispare, transformarea într-un electron și un pozitron. Pozitroni combină rapid cu ciocnindu proces de electroni și anihilarea are loc (distrugere reciprocă garantată), și în loc de a avea doi fotoni, energia din care fiecare este jumătate din energia fotonului original. Astfel, energia fotonilor primar este transformată în energie cinetică a electronilor și energia radiației anihilare.
- Fotonuclear absorbție - cuante de energie trebuie să fie mai mare de 2,5 MeV. Foton este absorbit de nucleul unui atom, provocând nucleul într-o stare excitată și poate dona fie electroni, sau se destrame. Astfel, neutroni obținute.
Ca urmare a proceselor de mai sus de interacțiune a radiației fotonilor cu materia apare foton secundar și radiație corpusculară (electroni și pozitroni). Capacitatea ionizarea particulelor semnificativ mai mare decât radiația fotonică.
Atenuarea spațială a fasciculului de fotoni este exponențială (invers pătratică): intensitatea radiației este invers proporțională cu pătratul distanței de la sursa de radiație.
Radiații în domeniul energiilor de la 200 keV până la 15 MeV găsite utilizarea cea mai raspandita in tratamentul afectiunilor maligne. Cea mai mare capacitate de penetrare permite transferul de tumori profunde de energie. Acest lucru reduce dramatic expunerea la radiații la țesutul pielii și subcutanat, ceea ce permite să aducă doza dorită la locul leziunii, fără deteriorare la radiații aceste părți ale corpului (față de moale cu raze X). Cu creșterea energiei fotonice mai mare de 15 MeV creste riscul de deteriorare radiatii a tesutului aval a fasciculului.
Baza de aplicare AI in radioterapie a tumorilor maligne sunt cunoașterea profundă a acțiunilor biologice ale AI pe diferite organe, țesuturi și tumori, care este un proces extrem de complicat însoțită de modificări morfologice și funcționale specifice în țesutul iradiat. Când această combinație este în mod clar fenomenele regresive aparente cu situate în apropierea reducând în funcție de energia absorbită și timpul scurs de iradiere. O înțelegere clară a acestor procese au oferit baza pentru utilizarea cu succes a radiațiilor în scopuri medicale, ca un mijloc de a distruge țesutul tumoral și suprima creșterea acesteia, în timp ce în același timp, pentru a evita schimbări ireversibile post-radiații din jurul tumorii organe si tesuturi normale.
Acțiunea biologică a primei legături AI este absorbția energiei radiației, urmată de reacția acestuia cu un material țesut care curge foarte scurt timp - de secundă. Ca urmare a acestei interacțiuni în celulele de țesuturi și organe dezvolta un întreg lanț de modificări biofizice, biochimice, funcționale și morfologice, care, în funcție de condițiile specifice apar într-o varietate de timp - minute, zile, ani. În interacțiunea radiațiilor cu materia având ionizarea și excitarea atomilor și moleculelor ale materialului iradiat și generează căldură. După iradiere proceselor de ionizare și de excitație apar numai de-a lungul căii de particule ionizante.
Ca rezultat al ionizarea atomului sau moleculei are loc doi ioni cu sarcină pozitivă și negativă. Atât ion instabil, activ chimic, ele au o tendință marcată de a se asocia cu moleculele centrale sub excitare care modifică configurația electronică a moleculei, ceea ce poate duce la ruperea legăturilor sale moleculare. produsele disocierii de reacție a moleculelor sunt de asemenea reactive și, la rândul lor, intră în reacții chimice cu moleculele neutre. Ionizarea moleculelor de apă în organism, care mai mult de 80%, conduce la scindarea și formarea de H +. OH, H2 O2. H2. cu activitate chimică semnificativă și care provoacă oxidarea substanțelor solubile în apă.
Astfel, procesele fizice primare - Ionizarea si excitarea atomilor si moleculelor - conduc la molecule iradiate restructurare chimice. Mecanismul principal de acțiune biologică distinge efecte directe (modificări care apar în moleculele de celule ca rezultat al ionizare sau excitație) și indirect (combină toate reacțiile chimice care au loc cu activ chimic, dar nu și produsele ionizate de disociere ale moleculelor ionizate).
Procesele de excitație și ionizarea sunt mecanisme de declanșare care determină toate modificările ulterioare ale țesutului iradiat. Posibilitatea de ionizare depinde de dimensiunea moleculei: mai mare dimensiunea sa, cu atât mai mare probabilitatea interacțiunii cu particula ionizantă. Toate cele mai importante molecule au un volum mare. Exemple sunt molecule de ADN care sunt implicate în transmiterea eredității în procesele de reproducere și în reglarea metabolismului celular. Iradierea duce la spargerea moleculelor perturbării structurii ADN-ului. Celula iradiat perturbă reglarea și activitatea componentelor sale separate (membrane, mitocondrii, etc.). Moartea celulelor, chiar și la doze mari de iradiere poate fi întins pentru o lungă perioadă de timp. Există două tipuri de celule moarte din cauza radiațiilor: moarte mitotică (inactivarea celulelor după iradiere după prima sau ulterior mitoză) și moarte interfază (moarte înainte de intrarea în mitoză).
Efectul indirect al radiațiilor este încălcări mai puțin grave, adesea reversibile, dar ele acoperă un număr mai mare de molecule în volumul de țesut, depășind semnificativ dimensiunea câmpului de iradiere. Un exemplu de o acțiune indirectă poate servi drept un răspuns general al organismului, radiația, și în curs de dezvoltare, în cazurile în care măduva osoasă este scos din zona de radiație.
Intensitatea reacțiilor legate de mecanisme directe sau indirecte de acțiune al AI, depinde în afară de starea inițială a corpului dintr-o serie de factori fizici și chimici. Factorii fizici includ doza și puterea sa - cu creșterea lor crește efectul biologic. De asemenea, efectul biologic este dependentă de calitatea radiațiilor, care se caracterizează prin LET și LPI, deoarece efectul iradierii este cauzată nu numai de cantitatea de energie absorbită, dar, de asemenea, macro ei - si tesut Microdistribution.
Introducerea oxigenului in tesuturi dupa iradiere nu are nici un efect asupra celulelor radiosensibilitatea, dimpotrivă, promovează recuperarea mai rapidă după expunerea la radiații. Opusul efect - a redus țesuturile radiosensibilitate - au așa-numitele protectori - lianți radical oxigen și a grupei și suprimând astfel progresul acțiunii indirecte de reacție.
Alterarea structura chimică a atomilor și moleculelor sub influența radiaților conduce la dezvoltarea de reacții biochimice din celule, nu este specific pentru ei în stare normală. Dezvoltarea modificări biochimice sunt foarte diverse, precum și importanța lor pentru viața celulelor nu este același lucru. Încălcat procesele oxidative, proteine, grăsimi, carbohidrați schimburi, enzime inactivate și enzime.
1. Dudarev AL Radioterapia. L. Medical, 1988.192 cu.
2. O Kishkovsky Dudarev AL Radioterapia este non-boli neoplazice. M. Medicina, 1977.176 cu.
3. Radiologie clinice: Manual :. Cele 5 tone / Ed.
4. GA Zedgenidze V.5. M. Medicina, 1985.496 cu.