Zastosowanie promieniotwórczości w medycynie, Notatki z Medycyna

Pobierz Zastosowanie promieniotwórczości w medycynie i więcej Notatki w PDF z Medycyna tylko na Docsity! Zastosowanie promieniotwórczości w medycynie Wprowadzenie Przeczytaj Film edukacyjny Sprawdź się Dla nauczyciela Czy to nie ciekawe? Medycyna nuklearna wykorzystuje radioizotopy do celów diagnostycznych oraz do leczenia zmian chorobowych. W wielu przypadkach, zastosowanie metod medycyny nuklearnej pozwala na szybką diagnozę stanu zdrowia pacjenta. Organy takie, jak tarczyca, serce czy wątroba mogą zostać szczegółowo zobrazowane przy użyciu procedur, które obecnie można już uznać za standardowe. W niektórych przypadkach, promieniowanie może zostać wykorzystane do leczenia chorobowo dotkniętych organów lub do leczenia zmian nowotworowych. W tym e‐materiale dowiesz się, w jaki sposób promieniowanie jonizujące i radioizotopy wykorzystywane są w medycynie. Twoje cele dowiesz się, w jaki sposób radioizotopy wykorzystywane są w medycynie, przeanalizujesz różne metody diagnostyczne, stosowane w medycynie nuklearnej, zrozumiesz, na jakim zjawisku fizycznym opiera się badanie PET, oszacujesz dawkę pochłoniętą dla pacjenta, któremu podano radiofarmaceutyk, zrozumiesz, czym jest biologiczny czas połowicznego zaniku. Zastosowanie promieniotwórczości w medycynie (FDG), zawierającą promieniotwórczy fluor‐18. FDG jest podstawowym radiofarmaceutykiem wykorzystywanym w badaniach PET. Rys. 2. Trójwymiarowy obraz ciała pacjenta uzyskany w badaniu PET. [Źródło: Jens Maus (hp://jens- maus.de/), Public domain, via Wikimedia Commons] PET jest metodą dokładniejszą od SPECT i pozwala na uzyskanie zdjęć o większej rozdzielczości. Koszty badania PET, jak i samego urządzenia diagnostycznego, są jednak dużo wyższe od kosztów aparatury i badania SPECT. Obecnie badania SPECT i PET są często wykonywane jednocześnie z badaniami CT (tomografia komputerowa) czy MRI (obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego), co pozwala na uzyskanie jeszcze pełniejszej informacji na temat stanu zdrowia pacjenta. Terapia Niektóre radioizotopy wykorzystywane są do leczenia zmian nowotworowych lub innych chorób. Najczęściej wykorzystywanym radioizotopem do celów terapeutycznych jest jod‐131, który podany pacjentom w małych ilościach, leczy raka tarczycy i inne choroby tego narządu. Jod‐131 jest podawany chorym w postaci tabletki. Inną metodą leczenia zmian nowotworowych jest brachyterapia, która polega na umieszczeniu zamkniętego źródła promieniotwórczego bezpośrednio w guzie lub jego sąsiedztwie. W radioterapii zmiany nowotworowe są leczone poprzez naświetlanie promieniowaniem jonizującym, pochodzącym ze źródeł zewnętrznych. Powszechnie stosowanym urządzeniem w radioterapii jest tzw. bomba kobaltowa, zawierająca intensywne źródło kobaltu‐60. Izotop ten jest wykorzystywany miedzy innymi do mało inwazyjnego leczenia nowotworów mózgu (metoda leczenia tak zwanym nożem gamma). Inną metodą leczenia nowotworów jest napromienianie zmian chorobowych wiązkami neutronów lub przyspieszonymi w akceleratorze protonami albo ciężkimi jonami. Naświetlanie cząstkami naładowanymi lub ciężkimi jonami pozwala na bardzo precyzyjne deponowanie energii w zmianach nowotworowych wewnątrz ciała pacjenta. W przeciwieństwie do promieniowania gamma, które podczas przechodzenia przez ciało pacjenta lokuje energię równomiernie, zarówno w zdrowych, jak i chorych tkankach, cząstki naładowane i ciężkie jony oddają większość swojej energii tuż przed zatrzymaniem się. Jeżeli odpowiednio dobierze się energię wiązki, większość tej energii zostanie zdeponowana w guzie, a nie w otaczających go zdrowych tkankach. Obecnie w Polsce znajduje się jeden ośrodek terapii protonowej (Centrum Cyklotronowe Bronowice IFJ PAN w Krakowie). Placówka ta specjalizuje się w radioterapii protonowej nowotworów narządu wzroku. Sterylizacja Promieniowanie jonizujące jest wykorzystywane do sterylizacji sprzętu medycznego – strzykawek, rękawiczek, fartuchów i innych przyrządów, które nie mogą być odkażone za pomocą wysokich temperatur. Sterylizacji radiacyjnej poddaje się również niektóre organy do przeszczepów. Do wyjaławiania wykorzystuje się najczęściej intensywne źródła promieniowania gamma. Słowniczek Bekerel, Bq (ang.: becquerel) jednostka aktywności promieniotwórczej, . czas połowicznego rozpadu (ang.: half‐life) czas, w którym liczba nietrwałych obiektów w próbce maleje o połowę, oznaczany T . Czasami zamiast słowa „czas” używa się „okres”, zamiast „rozpadu” – „zaniku”. SPECT (ang.: single‐photon emission computed tomography) tomografia emisyjna pojedynczych fotonów. PET (ang.: positron emission tomography) pozytonowa tomografia emisyjna. 1 Bq = 1 rozpad 1 s 1/2 Film edukacyjny Zastosowanie promieniotwórczości w medycynie Obejrzyj wywiad z prof. nadzw. dr hab. n. med. Pawłem Kukołowiczem, kierownikiem Zakładu Fizyki Medycznej Narodowego Instytutu Onkologii im. Marii Skłodowskiej‐Curie w Warszawie. Oglądając film, poszukaj odpowiedzi na pytania umieszczone poniżej. Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DLWLje4Rs Wysłuchaj alternatywnej ścieżki lektorskiej. Polecenie 1 Uzupełnij zdanie właściwymi wyrażeniami. W radioterapii niezbędne jest kontrolowanie energii podawanej pacjentom w trakcie leczenia, gdyż promieniowanie jest czynnikiem niezwykle czynnym . przybliżone biologicznie bardzo precyzyjne radiowe chemicznie jonizujące biologicznej promienistej Ćwiczenie 3 Ćwiczenie 4 Rozwiąż krzyżówkę. Hasłem jest nazwa radiologicznego badania diagnostycznego, które umożliwia stworzenie trójwymiarowego obrazu ciała pacjenta poprzez rejestrację pojedynczych fotonów gamma. 1. 2. 3. 4. 5. 1. Jedno z zastosowań promieniotwórczości w medycynie – rozpoznawanie chorób. 2. Samorzutna przemiana jądra atomowego, której towarzyszy emisja promieniowania jądrowego. 3. Preparat medyczny, zawierający izotopy promieniotwórcze. 4. Jedno z zastosowań promieniotwórczości w medycynie – niszczenie mikroorganizmów na sprzęcie medycznym. 5. Jedno z zastosowań promieniotwórczości w medycynie – leczenie za pomocą promieniowania jonizującego. Czas połowicznego rozpadu T to czas, w którym liczba nietrwałych obiektów w próbce maleje o połowę. Czas połowicznego rozpadu jest wielkością charakterystyczną dla danego radioizotopu i nie zależy od czynników zewnętrznych. Najczęściej wykorzystywanym radioizotopem do celów terapeutycznych jest jod-131, który podany pacjentom w małych ilościach leczy raka tarczycy i inne choroby tego narządu. Czas połowicznego rozpadu jodu-131 wynosi 8 dni. Jod-131 jest emiterem beta i ulega przemianie do ksenonu-131, który jest stabilnym izotopem. Oblicz, jaka część atomów jodu-131 w przygotowanej próbce nie ulegnie przemianie do ksenonu-131 po 16 dniach momentu produkcji. Po 16 dniach w próbce pozostanie % atomów jodu-131. 1/2 Ćwiczenie 5 Bomba kobaltowa jest urządzeniem medycznym wykorzystywanym w teleradioterapii, czyli w leczeniu zamian nowotworowych za pomocą promieniowania jonizującego. W bombach kobaltowych stosuje się źródła kobaltu-60, o aktywnościach sięgających 10 Bq. Źródło promieniotwórcze umieszczane jest w ołowianych osłonach z kanałami, przez które wiązki promieniowania wydostają się na zewnątrz. Na rysunku przedstawiono, jak aktywność źródła kobaltu-60 zamontowanego w bombie kobaltowej zmienia się w czasie. Aktywność została wyrażona w jednostkach aktywności początkowej A Na podstawie wykresu uzupełnij tabelę. 14 lat, 7 lat, 2 lata i 1 m-c, 10 lat, o 14 %, o 38 % Czas od początku obserwacji O ile spadła aktywność względem początkowej 14 lat 7 lat 14 0. 2 lata i 1 m-c 10 lat Ćwiczenie 6 W ciele każdego człowieka znajdują się promieniotwórcze izotopy różnych pierwiastków. Ciało człowieka o wadze 70 kg ma aktywność promieniotwórczą rzędu kilku tysięcy bekereli, za którą głównie odpowiadają dwa izotopy: potas-40 i węgiel-14. Ciało człowieka ma więc aktywność promieniotwórczą porównywalną z niektórymi źródłami laboratoryjnymi. Aktywność obecnego w ciele człowieka izotopu promieniotwórczego, o czasie połowicznego zaniku T , można obliczyć ze wzoru: gdzie N to liczba atomów danego izotopu, a stała zaniku . Można przyjąć, że ciało człowieka w 18,5% składa się z węgla, a na każde 10 atomów węgla przypada zaledwie jeden atom izotopu C. Czas połowicznego zaniku węgla-14 T = 5730 lat. Poniższe zdania prowadzą do oszacowania aktywności promieniotwórczej węgla-14, C, wewnątrz ciała człowieka o wadze 70 kg. Które z nich są prawdziwe? Przyjmij, że liczba Avogadro wynosi 6⋅10 , a masa molowa węgla wynosi 12 . Waga węgla w ciele człowieka o wadze 70 kg wynosi 12,95 kg. W ciele człowieka znajduje się 6,475⋅10 wszystkich atomów węgla. W ciele człowieka znajduje się 6,475⋅10 atomów węgla-14. Czas połowicznego zaniku węgla-14 wynosi 5730 sekund. Aktywność węgla-14 w ciele człowieka wynosi około 2,5 kBq. 1/2 A = λN λ = 0, 693 T 1/2 12 14 1/2 14 23 atomów mol g mol 26 14      Oblicz aktywność roztworu zawierającego molibden-99 na 6 godzin przed końcem okresu użytkowania generatora. Przyjmij, że początkowa aktywność wynosiła 80 GBq. Aktywność roztworu zawierającego Mo na koniec okresu działania generatora wynosi GBq. 99 Dla nauczyciela Imię i nazwisko autora: Tomasz Cap Przedmiot: Fizyka Temat zajęć: Zastosowania promieniowania jonizującego i radioizotopów w medycynie Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony Podstawa programowa: Cele kształcenia – wymagania ogólne I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości. II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych. Zakres podstawowy Treści nauczania – wymagania szczegółowe I. Wymagania przekrojowe. Uczeń: 4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem; 15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu. XI. Fizyka jądrowa. Uczeń: 8) wymienia przykłady zastosowania zjawiska promieniotwórczości w technice i medycynie. Zakres rozszerzony Treści nauczania – wymagania szczegółowe I. Wymagania przekrojowe. Uczeń: 4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem; 19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu. XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń: 14) wymienia przykłady zastosowania zjawiska promieniotwórczości w technice i medycynie. Kształtowane kompetencje kluczowe: Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.: kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji, kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii, kompetencje cyfrowe, kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się. Cele operacyjne: Uczeń: 1. omawia, czym są radiofarmaceutyki i w jaki sposób promieniowanie jonizujące jest wykorzystywane w medycynie; 2. korzysta z jednostki aktywności promieniotwórczej; 3. oblicza aktywność substancji promieniotwórczej, znając jej czas połowicznego zaniku; 4. wyjaśnia pojęcie dawki pochłoniętej. Strategie nauczania: blended‐learning Metody nauczania wykład informacyjny, rozwiązywanie zadań rachunkowych Formy zajęć: praca indywidualna, praca w parach Środki dydaktyczne: monitor interaktywny lub rzutnik do wyświetlania multimedium, laptop lub tablet na parę uczniów Materiały pomocnicze: - PRZEBIEG LEKCJI Faza wprowadzająca: