Kaarten: H9: fysische basis van de biologische stralingseffecten | Quizlet

direct ioniserende stralingen

stralingen waarbij de biologische effecten rechtstreeks door interactie worden veroorzaakt, ze verliezen hun energie in weefsel via excitatie en ionisatie van elektronen (er gaat een beetje verloren aan de productie van remstraling)

het gedrag is afhankelijk of het zware (𝞪-deeltjes) of lichte (elektronen, 𝞫-deeltjes) deeltjes zijn

zware deeltjes (hoge LET)

bv. 𝞪-deeltjes

volgen een rechtlijnig pad

--> er treedt dense ionisatie (volgen meteen op elkaar) op en vertakkingen ervan (𝞭-stralen: elektronen die zoveel energie hebben gekregen van 𝞪 dat ze zelf in staat zijn te ioniseren)

door het produceren van ionenparen en excitaties verliest het zijn energie

--> op het einde van zijn pad bereikt het Bragg piek (hoge ionisatie dichtheid)

als het door DNA van een cel gaat, is de schade veroorzaakt door excitaties en ionisaties (moeilijk enzymatisch herstelbaar)

lichte deeltjes (lage LET)

bv. elektronen

volgen een grillig pad (bij elke interactie wijzigt baanrichting)

--> de ionisaties die ze uitvoeren liggen ver uit elkaar (geïsoleerde ionisaties, soms clusters)

hoe verder naar het einde toe, hoe meer ionisaties er optreden

als het door DNA gaat van een cel zal er schade optreden waar de ionisaties hebben plaatsgevonden bij 1 DNA streng of base (kan enzymatisch hersteld worden dus geen biologische effecten)

--> indien toch biologische effecten is het door het overlappen van verschillende elektronenparen in de celkern

linear energy transfer (LET)

de ionisatiedichtheid op het einde van het pad van licht of zware deeltjes heeft geen effect op de biologische effecten

om 1 ionenpaar in een weefsel te creëren heb je 32 kV nodig

wordt uitgedrukt in KeV/𝞵m

niet-direct ioniserende stralingen (lage LET)

stralingen waarbij de biologische effecten door de geladen deeltjes worden veroorzaakt

de geladen deeltjes worden geproduceerd door foto-elektrisch effect, compton verstrooiing en paarvorming (verantwoordelijk voor de attenuatie)

ze veroorzaken wel nog steeds 100-1000 ionisaties bij foto-elektrisch effect en compton verstrooiing waardoor ze nog energie verliezen over 10 - 100 𝞵m

bv. X- en 𝛾-stralingen

foto-elektrisch effect

1) de energie van een X-straal (foton) wordt overgedragen op een orbitaal elektron van een atoom in het medium (foto-elektron)

2) het foton verdwijnt (compton verstrooiing)

3) het elektron verlaat het atoom en het atoom blijft geioniseerd achter

4) het atoom wordt opgevuld door elektron uit hogere schil (X-stralen komen vrij)

vooral bij elektronen die op een schil dicht bij kern staan

de X-straling die gebotst is op een elektron heeft een lage energie, dus wordt volledig geattenueerd in de patiënt

--> geen rol bij beeldvorming (positief voor het vormen van beeld)

biologische effecten worden veroorzaakt door foto-elektron

hoe groter het atoom, hoe waarschijnlijker dat het foto-elektrisch effect optreedt

hoe hoger de energie van de X-straling, hoe lager de waarschijnlijkheid dat het foto-elektrisch effect optreedt

lood wordt als afschermingsmateriaal gebruikt

--> heeft hoge Z-waarde en heeft lage energieafhankelijkheid (dus de energie wordt geabsorbeerd)

compton verstrooing

1) bij het botsen op een elektron van een atoom uit het medium geeft het foton een fractie van zijn energie af aan het elektron (compton elektron)

2) er ontstaat een verstrooid foton die gaat afwijken van de invalsrichting

3) het elektron heeft voldoende energie om het atoom te verlaten (foto-elektrisch effect)

• ionisatie, e- schiet weg

vooral bij elektronen die minder sterk gebonden zijn

biologische effecten worden veroorzaakt door het compton elektron

de energie van de X-stralenbundel (na comptonverstrooiing) wordt deels verstrooid en deels geabsorbeerd

--> verstrooiing zorgt voor sluiering op het beeld (contrastverlies)

--> verstrooiing is verantwoordelijk voor de stralingsbelasting van de practicus

verstrooiing kan worden verminderd door minder volume weefsel in de stralenbundel te leggen (collimatie), door afstand tussen object en film te vergroten of door strooistralenroosters te gebruiken

hoe groter het atoom en hoe lager de energie van de X-stralen, hoe waarschijnlijker dat comptonverstrooiing optreedt

paarvorming

1) hoog energetisch foton botst op een atoomkern in het medium

2) foton verdwijnt (compton)

3) energie wordt omgezet in massa van een elektron-positron paar en de kinetische energie van dit paar

--> matrerialisatie van EM energie

biologische effecten worden veroorzaakt door het elektron-positron

er is heel hoge energie voor nodig voordat dit optreedt

--> proces is dominant vanaf 20 MeV

absorptie

de energie die achterblijft in een patiënt na doorgang van de straling (het is de initiële energie van de elektronen en positronen)

wordt omgezet in excitaties en ionisaties

bij foto elektrisch effect: volledige energie van invallend foton

bij comptonverstrooiing: een deel van de energie die is overgedragen op het compton elektron

--> de rest ontsnapt uit de patiënt via verstrooid foton

attenuatie

inwendige reflectie

globale daling van intensiteit van de X-stralenbundel bij doorgang van weefsel of afschermingsmateriaal

door foto-elektrisch effect, comptonverstrooiing en paarvorming vermindert de intensiteit van de stralenbundel bij doorgang van het medium (vermindering van het aantal fotonen is evenredig met aantal invallende fotonen en dikte van de laag weefsel)

attenuatiecoëfficiënt 𝞵

-𝞓I/ I*𝞓X

constante die afhangt van de energie van de invallende X-stralenbundel en de elementaire samenstelling van weefsel of afscherming materiaal

het geeft de waarschijnlijkheid weer dat een foton verdwijnt per eenheid laagdikte

het geeft weer hoe hard de straling op het medium weerkaatst

zorgt ervoor dat elk materiaal er anders uitziet op beeld (differentiële attenuatie: elk weefsel heeft verschillende 𝞵 waarden)

hoe hoger de energie van de X-stralen bundel, hoe lager 𝞓𝞵 (zodat de straling een dieper penetrerend vermogen heeft)

--> lage energie fotonen worden meer geattenueerd (hoe dieper je in de patiënt gaat hoe minder lage energie fotonen er gaan zijn)

hoe hoger de Z-waarde van het te penetreren materiaal, hoe hoger 𝞵 (daarom barium en jodium als contrastvloeistof gebruikt)

harde stralingskwaliteit

er moeten niet zoveel fotonen vallen op de patiënt (er kunnen dus ook niet zoveel fotonen botsen)

er is niet zo veel stralingsbelasting

zachte stralingskwaliteit

de attenuatie in de patiënt is groter waardoor ook het contrast groter is

er zijn veel fotonen nodig om goed beeld te krijgen

er is een hoge stralingsbelasting

ongefilterde X-stralenbundels

ze hebben laag energetische componenten die in de patiënt attenueren en hoge stralingsbelasting geven in de huid en onderliggende weefsels

--> draagt niet bij tot beeldvorming

filtratie gebeurt door aluminium plaatje die de laag energetische componenten afsnijdt (gebruik gemaakt van dalend verloop van 𝞵)

tot 70 kV is er 1,5 mm Al nodig

voor 70-100 kV is er 2 mm Al nodig

voot 100+ kv is er 2,5 mm Al nodig

halfwaarde dikte (HWD)

dikte van de aluminiumplaat reduceert de intensiteit van de bundel met factor 2

kan worden gebruikt voor de bepaling van 𝞵 (men gebruikt transmissiefuncties als er grote nauwkeurigheid is vereist)

hoe hoger de kV, hoe meer filtratie er wordt toegepast (hoe hoger de HWD)

idem voor tiende waarde dikte (TWD) maar dan met factor 10