A ciklotron működési elve A részecskéket a Lorentz erő tartja körpályán
B
qvB Pályamenti sebesség
T = 2πr/v Az egyenletből a sebesség a qvB
így mivel
= mv2/r → v = rqB/m összefüggéssel kiküszöbölhető
ω=2 π T →
ω = qB/m
Ciklotron A ciklotron protonok és nehéz ionok gyorsitására alkalmas ciklikus gyorsitó, melyben a részecskék mágneses térben futnak körbe, és minden keringés során kétszer gyorsulnak, miközben a duánsok közti elektromos téren áthaladnak. Csak nem relativisztikus energiákon működik, amikor a részecske kinetikus energiája az moc2 nyugalmi energiához képest kicsi. Az elektronokat nem érdemes ciklotronban gyorsitani, mert nyugalmi energiájuk csak 511 keV.
A ciklotron működési elve
A Lawrence cyclotron D-i a hűtő csövekkel
It is beautiful !
A Lawrence cyclotron szabalmi leirása
GE PETtrace Cyclotron árnyékolással
LINEÁRIS GYORSITÓK Ion forrás
~ Elektródok
Rf generátor
Proton:
50-60 MeV (max. 1000 MeV)
Electron:
1 MeV felett v ~ c ! Különböző technikai megközelitések (az elektrodák lehetnek egyenlő távolságra !) Stanford lineáris gyorsító: 450 MeV !, 0.1A
Electronokat egy booster synchrotron-ba injektálják ahol, 7 billó elektron Volt-ra gyorsítják őket fél másodperc alatt (7 GeV). Az elektronok ekkor a fénysebesség több mint 99.999999%-ával utaznak.
Elektronforrás fűtött katód ~1100° C. Az elektronokat nagyfeszültségű alternáló elektromos térben gyorsitják egy lineáris gyorsítóban. Az elektronok 450 MeV energiára tesznek szert. 450 MeV-on az elektronok relativisztikus tömegnövekedése jelentős: a fénysebesség több mint 99.999%-ét érik el (a fénysebesség vákumban 299,792,458 méter/másodperc!).
A 7-GeV-os elektronokat egy 1104 m kerületű tároló gyűrűre lövik amelyen több mint 1000 elektromágnes tartja körpályán őket. Az elektron nyalábot nagyon vékony nyalábban lehet fókuszálni.
neutron= 2 d; 1u proton = 2u; 1d
up +2/3 down -1/3 strange -1/3 charm +2/3 bottom -1/3 top +2/3
Lamelláris kollimátort használva szabálytalan formájú daganatok is pontosan besugározhatók
Szcintillációs detektorok
A szcintillátorok olyan anyagok, melyek az ionizáló sugárzással való kölcsönhatást követően UV vagy látható fotonokat bocsátanak ki.
1. Az ionizáló sugárzás kölcsönhat a szcintillátorral (talliummal szennyezett NaI kristály). 2. Ennek során elektronok gerjesztett állapotba kerülnek. 3. Az elektronok visszakerülnek az alapállapotba, miközben UV /vagy látható fotont emittálnak. 4. A fotokatódra beeső fotonok elektron emissziót váltanak ki. 5. Az elektronok gyorsuló mozgást végezve becsapódnak az első dinódába. 6. Kb. 5 elektron lép ki minden egyes becsapódó elektron hatására. 7. A folyamat végigfut az egymást követő dinódákon, miközben az elektronok száma megsokszorozódik (teljes erősítés: 106-108). 8. A beeső részecske energiájával arányos áramjelet előerősítő erősíti és alakítja feszültséggé. 9. A diszkriminátor kiválasztja a foton-energiának megfelelő nagyságú elektromos impulzusokat, kizárva az elektronikus zajt.
IZOTÓPOK ÉS ALKALMAZÁSUK AZ ORVOSTUDOMÁNYBAN ÉS A BIOLÓGIÁBAN
Izotópok alkalmazása az orvostudományban Immunoradiometric assay IRMA
kutatás
diagnosztika
anyagcsere folyamatok sejtosztódás nyomjelzés térfogatmérés koncentráció mérés biokémiai folyamatok
anyagcsere folyamatok tumor diagnosztika izotópeloszlás térkép kétdimenziós térkép háromdimenziós térkép funkcionális vizsgálatok
terápia sugárterápia radionuklid terápia
1. A mérendő anyag ellen termeltetett antitestet szilárd felületen rögzítjük 2. Hozzáadjuk a mintát 3. A reakcióidő eltelte után a nem kötött antitestet lemossuk 4. Egy másik az előző antitest ellen termeltetett radioaktív izotóppal jelölt antitestet adunk a mintához 5. A reakcióidő eltelte után a nem kötött másodlagos antitestet lemossuk 6. Megmérjük a minták radioaktivitását. A módszer nM-nál alacsonyabb koncentrációk mérését is lehetővé tevő eljárás család
MESELSON-STAHL EXPERIMENT Principle:
Nitrogén forrás
14N
eredeti DNA 14N 14N+15N 15N
DNS
- Természetes DNS-ben a nitrogén 14N - Ezt lecserélhetjük 15N izotópra - DNS 15N izotóppal mélyebben szedimentálódik CsCl gradiensben az ultracentrifugában mint 14N izotóppal 15N
15N 1. osztódás növesztett után
14N
2. osztódás után
3. osztódás után
Pajzsmirígy rák Csont metastasis Lágy szövet metastasis Szívizom életképesség Szívizom életképesség Placenta Tüdő Vese, pajzsmirigy → β → 99mTc → γ → 99Tc T1/2=6h T1/2=66,7h
99Mo
131I 153Sm
or 89Sr-chloride 32P-króm-phosphate 99mTcMIBI 201Tl 113mIn 133mXe 131I, 123I
A legfontosabb pozitron-sugárzó radionuklidok 60
nuklid T1/2
27
β- and antineutrino 2
60 28
13N
γ1 = 1.17 MeV
60 1 28 γ2 = 1.33 MeV
60 0 28
A legfontosabb pozitron-sugárzó radionuklidok nuklid T1/2 11C
E alkalmazás keV 20.4 960 Gyors szintézisben a perc legtöbb szerves vegyületbe beépíthető. Nincs gyógyszertani különbség a jelzett és a jelzetlen molekula között. Az izotóp effektus elhanyagolható.
E alkalmazás keV 10 1190 Gyors szintézis szükséges. N-tartalmú vegyületek perc esetén a jelzett és jelzetlen vegyület biológiai szempontból azonos. Fő alkalmazása ammónium ionként történik, szívizom perfuzió vizsgálatában.
A legfontosabb pozitron-sugárzó radionuklidok nuklid T1/2 15O
E alkalmazás keV 2.05 1720 Igen gyors szintézis perc szükséges. Alkalmazás oxigén gázként, vízként, széndioxidként és nbutanolként az agy és a szívizom vérellatásának vizsgálatában.
A legfontosabb pozitron-sugárzó radionuklidok nuklid T1/2 18F
E alkalmazás keV 110 635 A legkisebb pozitron perc energiájú PET izotóp. Igen szép a képalkotás. A fiziológiai folyamatok kvantitatív értékelését is lehetővé teszi. Sokféle molekulába beépíthető.
PET vizsgálatok néhány gyakoribb klinikai alkalmazása Központi idegrendszer Intrakraniális tumorok
Epilepszia Stroke A dopaminerg rendszer betegségei Demenciák Skizofrénia Depressziós állapotok
Diagnosztika, staging, lokalizáció, terápiakijelölés, utánkövetés Epileptogén zóna lokalizációja Aktív zóna meghatározása Diagnosztika, differenciáldiagnosztika, szövetátültetés eredményének felmérése Differenciáldiagnosztika Differenciáldiagnosztika Differenciáldiagnosztika
Izotóp vizsgálatok néhány gyakoribb klinikai alkalmazása Kardiológia
Szívizom Terápiás beavatkozás életképességének (invaziv-noninvaziv) meghatározása kijelölése
Izotóp vizsgálatok néhány gyakoribb klinikai alkalmazása Onkológia Központi idegrendszeri tumorok Kolorektális tumorok Tüdő tumorok Melltumorok Májtumorok Petefészektumorok Hasnyálmirígy tumorok Limfómák Melanómák Lágyrésztumorok Csonttumorok
Diagnosztika, staging, differenciáldiagnosztika, metasztáziskeresés, terápiakijelölés, terápiakövetés, reziduális vagy rezidív tumor kimutatása, Ismeretlen eredetű rejtett tumorok felkeresése egész test PET vizsgálattal
