Oddziaływanie promieniowania 

jonizującego

 z materią

 Podstawowe techniki radioterapii

Renata Kabacińska

Zakład  Fizyki Medycznej

 Centrum Onkologii w Bydgoszczy

Promieniowanie wykorzystywane w 

radioterapii

• promieniowanie elektromagnetyczne (fotonowe) 

promieniowanie X, promieniowanie γ

• promieniowanie korpuskularne                                 

    wiązki elektronów, neutronów

Podstawowe oddziaływania fotonu z materią

 to oddziaływania :

• z elektronami atomu,
• z jądrem atomu,
• z polem elektrycznym jądra lub elektronów,
• z polem mezonowym jąder.

Podstawowe efekty oddziaływania promieniowania 

fotonowego w środowisku biologicznym

• zjawisko fotoelektryczne
• zjawisko Comptona
• zjawisko tworzenia pary elektron - pozytron

Zjawisko fotoelektryczne

• całkowita absorpcja 

fotonu

• wyrzucenie elektronu z 

powłoki atomowej

Zjawisko Comptona

• energia fotonu dużo 

większa od energii wiązania 
elektronu

• w efekcie zderzenia 

powstaje nowy kwant o 
mniejszej energii

• elektron uzyskuje energię 

kinetyczną

Zjawisko tworzenia pary elektron - 

pozytron

• wynik oddziaływań fotonu z 

polem elektrycznym jądra 
atomu

• całkowita absorpcja fotonu
• foton ma energię wyższą od 

1.02 MeV    (energia 
spoczynkowa obu powstałych 
cząstek)

Udział poszczególnych zjawisk

 w zależności od energii fotonów  (dla 

wody)

Oddziaływania elektronów powstałych

 w wyniku absorpcji fotonów

• elektron to cząstka 

bezpośrednio jonizująca

• przekazując energię 

wzdłuż swojego toru 
powoduje jonizację i 
wzbudzenie molekuł

• elektron wtórny (elektron 

delta) może być również 
źródłem jonizacji

Dozymetria kliniczna promieniowania

• Ekspozycja promieniowania - poziom jonizacji 

powietrza,                                                         
jednostka 1R (rentgen),    1R = 2.58 x 10 

-4

 C/kg

• Dawka (pochłonięta) promieniowania fotonowego  

-  energia zaabsorbowana w masie 
napromienianego środowiska;                                 
                        jednostka 1 Gy (grej), 1 
cGy=0.01Gy      1Gy = 1J/kg

• Moc dawki promieniowania  -  dawka / czas            

                         jednostka 1Gy/h, 1Cgy/min

Absorpcja promieniowania 

i osłabienie promieniowania

Aparaty stosowane w teleradioterapii

• aparaty rentgenowskie
• aparaty kobaltowe
• liniowe przyspieszacze elektronów

Schemat aparatu rentgenowskiego

Schemat akceleratora liniowego

Charakterystyka wiązki promieniowania 

fotonowego

• spadek dawki w osi wiązki 

- efekt narastania dawki 
(build up)

• profil wiązki, półcień wiązki 

promieniowania

• kliny i osłony modyfikujące 

wiązkę promieniowania

Spadek dawki z głębokością w osi wiązki

 dla różnych energii promieniowania

Efekt build - up

Profile wiązek dla różnych aparatów 

terapeutycznych

Półcień wiązki terapeutycznej -

powstawanie i definicja

Przykładowe rozkłady izodoz dla 

pojedynczej wiązki promieniowania 

fotonowego

Wiązka elektronów

 - spadek dawki z głębokością

Etapy radioterapii

• Symulacja wstepna
• Tomografia komputerowa
• Przygotowanie planu leczenia
• Resymulacja – zatwierdzenie planu
• Rozpoczęcie radioterapii
• Dozymetria in vivo
• Kontynuacja leczenia

Planowanie rozkładu dawki w radioterapii

• definicje napromienianych obszarów   (GTV, CTV, PTV)
• analiza rozkładu dawki -                                          

rozkład izodoz i histogramy dawka-objętość

• kryteria optymalizacji rozkładu dawki

Schemat przygotowania planu leczenia 

pacjenta

1. Definiowanie targetu 
2. Definiowanie organów ryzyka
3. Ustalanie geometrii wiązek dokładnie 

odwzorowujących kształt guza (BEV)

4. Definiowanie osłon (MLC i/lub bloki) 

wysłaniających organy ryzyka.

Histogram dla targetu

Histogram dla organu ryzyka

Specyfikacja dawki i frakcjonowanie dawki

• metody specyfikacji dawki (punkt 

referencyjny)

• dawka całkowita i dawka frakcyjna
• rytm frakcjonowania dawki

Nowoczesne techniki napromieniania

• kolimator wielolistkowy (MLC)
• kompensatory pola
• technika intensywnej modulacji wiązki (IMRT)

Dozymetria in vivo

metody (pomiar dawki wejściowej):
• detektory termoluminescencyjne
• detektory półprzewodnikowe

kontrolujemy:
• stabilność aparatu terapeutycznego
• dokładność ułożenia pacjenta

Zależność liczby atomów izotopu 

promieniotwórczego od czasu

   

N=N

0

 exp(-λt)

     λ=0.693/ T

1/2

Parametry izotopów stosowanych

 w brachyterapii

Izotop

T 1/2

Średnia energia

fotonów

Co 60

5.27 lat

1.25 MeV

Cs 137

30.18 lat

0.66 Mev

Ir 192

74.02 dni

0.37 Mev

Ra 226

1600 lat

1.71 Mev

Aktywność izotopu promieniotwórczego

Liczba przemian jądrowych zachodzących w 

jednostce czasu

jednostka aktywności   1 Bq (bekerel)

1 Bq = 1 rozpad/s

powszechnie stosowana jednostka 1Ci (kiur)

1Ci = 3.7x10

10 

 rozpadów/s

 

A=A

0

 exp(-λt)

Rozkład izodoz w brachyterapii

Brachyterapia HDR oskrzeli