TOESTELLEN. Stralingsdeskundige niveau 3 (4) 09 ferbruari

Transcriptie

1 TOESTELLEN Stralingsdeskundige niveau 3 (4) 2015 a.a.froma@pl.hanze.nl 09 ferbruari

2 Programma Verschillen r.a. bronnen toestellen Hoe werkt het? Stralingshygiënische aspecten Medische rechtvaardiging Een beetje rekenen Korte uitleg niet medische toepassingen

3 Verschillen toestellen - bronnen Toestel uit - straling uit Besmettingskans Vaak bundels met hoge intensiteit Afscherming meestal eenvoudiger niveau

4 Welke toestellen? Versnellers o.a. Cyclotron Van de Graaff generator Cascade generator Lineaire versneller Synchrotron Röntgen toestellen Medische toepassingen Röntgendiffractie Röntgenfluorescentie

5 Cyclotron

6 Cyclotron niveau

7 1 e cyclotron Californië

8

9 Stralingshygiëne cyclotron Cyclotron in bunker Geen toegang indien in bedrijf Rekening houden met ontstane radioactiviteit niveau

10 van de Graaff generator Versneller van ionen en e - (statisch electrisch veld) 2-12 MV; ook snelle n productie via kernreactie

11 Cascade generator Cockcroft-Walton ionen-versneller 1932: versneller waarbij eerste nucleaire reacties aangetoond werden maximaal 700 kv 400 kev protonen: 7 Li + P 2 He nucliden of 7 Be + n In 1951 deelden beide heren de Nobelprijs voor de fysica!

12 Stralingshygiëne van de Graaff- / cascadegenerator Als bij cyclotron Bunker Toegangsverbod Activering mogelijk (niet bij cascade) niveau

13 Lineaire versneller

14 Siemens Oncor lineaire versneller

15 Vorming van een fotonenbundel Target/ focus Egalisatiefilter Homogeen profiel Maximaal veld is: 40 x 40 cm² N.B. Tegenwoordig zijn er ook FFF toestellen met een Flatness-Free-Filter

16 Lineaire versneller Linac Lineac Bij de huidige lineairsversnellers is het blokdiafragma vervangen door zogenaamde MLC s

17 Multileaf collimator

18 niveau

19 Verschillende doeleinden Linac Medisch gebruik: tussen 2 en 50 M(e)V Hogere energie niet zinvol voor de praktijk Onderzoek/industrie: - Stanford University 20 GeV MV versnellers voor versnellen van zware deeltjes (p) en opwekken van pi-mesonen

20 Stralingshygiëne Lin(e)ac Zeer hoge doses harde röntgenstraling en elektronen, dus extra afscherming nodig Bedacht zijn op activering van lucht, vorming van 15 O en 13 N mogelijk (gelukkig zijn deze nucliden kortlevend) Activering bestralingstafel mogelijk

21 Dosisbeperking Goede diafragmering/afbakening door MLC s/ leafs van enkele mm! Slimme geometrie, door bestraling uit meerdere richtingen Rotatiebestraling met bewegende MLC s VMAT en RapidArc

22 Synchrotron + Linac niveau

23 Protonen(be)straling synchrotron Verbeterde vorm van het cyclotron Deeltjesversneller met een (zeer) hoge E e - energie tot 6 GeV Röntgen- en materiaalonderzoek

24 ESRF Grenoble European Synchrotron Radiation Facility -Onderzoeksfaciliteit 18 landen; budget 74 miljoen euro/jaar. - Bij Parijs nog zo n apparaat van 2,75 GeV en dan nog eentje in Geneve (CERN)

25 protonentherapie vs röntgentherapie tekst niveau

26 Synchrotron

27 ONGELUKJE met een synchrotron Wat gebeurt er als je korte tijd (<5 sec) met een lichaamsdeel in de baan van een deeltjesversneller komt? - elektronen (energie bundel is 10 MeV) - protonen (energie bundel < 100 MeV)

28 WEINIG GOEDS Wat precies zou gebeuren is onzeker, maar een gat in je lijf/hoofd is zeer waarschijnlijk Bugorski protonenstraal van synchrotron versneller, waarvan de energie slechts 1% van CERN-versneller (1978) flits die helderder was dan 1000 zonnen Geen pijn, maar de linker kant van het gezicht zwelde gigantisch op Ondanks het gat in zijn hoofd werd het intellectuele vermogen niet aangetast

29 en toen - nadelen vervelend, maar niet levensbedreigend - gehoor kwijt aan het linker oor - in de 2 jaar na het ongeluk raakte de linker helft van het gezicht verlamd - epileptische aanvallen - afname concentratievermogen, maar nog wel gepromoveerd en verder werken als onderzoeker - bizar: linkerhelft gezicht veroudert niet, de rechterkant doet dat wel. Tip: - BLIJF UIT DE BUURT VAN HET PAD VAN EEN DEELTJESVERSNELLER! Bron: Wikimedia Commons

30 Wilhelm Röntgen ( ) ontdekking X-stralen 1895 Nobel prijs 1901 eerste medische toepassing: beschreven in The Lancet van 23 jan 1896 niveau

31 Röntgenbuis niveau

32 Röntgenstraling

33 I rel kev

34 Medische toepassingen Beeldvormende technieken Radiografie (radiologie) Fluoroscopie (doorlichting) Computer tomografie (CT) Radiotherapie niveau

35 Beeldvorming Foto-elektrisch effect overheerst bij zachte straling sterk afhankelijk van Z

36 Beeldvorming Compton effect weinig afhankelijk van Z beeldcontrast bepaald door dichtheid

37 contrast hardheid laag: kv < 60 kv goed contrast oppervlakkig hogere dosis hoog: kv > 100 kv lager contrast dieper lagere dosis zeer zachte straling geen beeldvorming wel dosis - dus filteren niveau

38 Filtering en halveringsdikte Filtering met ca. 2 mm Al om bij medische toepassingen de zachte component van de remstraling te verwijderen Bij diffractie wordt gefilterd om juist de karateristieke straling te behouden. Halveringsdikte (HVD) is een maat voor de homogeniteit van de straling. niveau

39 Filtering röntgenbundel Irel Standaard Extra Extra filter filtering kev 39

40 Computertomograaaf (CT) niveau Bron: wikipedia

41 (Gereconstrueerde) beelden CT

42 Gemiddelde effectieve dosis per verrichting Tandheelkunde Alle radiografie (ex CT) - X-thorax 0,04 msv - Doorlichting/contrast 3,6 msv 3 à 4 μsv 0,54 msv CT 5,9 msv (2011) - CT hoofd 1,2 msv - CT wervelkolom 3,1 msv Ter vergelijking: - CT thorax 5,5 msv - CT abdomen 11 msv - CT bekken 7,4 msv Schiphol Milaan 4 μsv Schiphol Atlanta 40 μsv Bron RIVM

43 Dosisbeperking voor de patient mas getal stroom (ma) en tijd (s) beperken Buisspanning Filtreren (optimum zoeken) SID (Source Image Distance) afstand zo kort mogelijk (O-f afstand) Veldgrootte diafragmeren Verzwakking in het lichaam Compressie Loodafdekking Collimeren (strooistralenrooster) Beeldvormer: beeldversterker en dosistemporegeling Geometrie (klein F gebruiken) Afschermen: loodschort, bouwkundige voorzieningen

44 Dosisbeperking voor medewerkers Tijd Afstand Afscherming niveau

45 Medische rechtvaardiging Diagnostisch of therapeutisch voordeel moet opwegen tegen mogelijke gezondheidsschade aan de patiënt Overweging door zowel behandelend arts als verwijzend arts Niet altijd puur medische blootstelling: ouder die kind vasthoudt bolletjesslikkers bijv. op Schiphol persoonscontrole luchtvaart (X-Ray backscattertechniek) Alternatief zonder ioniserende straling verdient de voorkeur; hierbij wordt met mm golven gewerkt niveau

46 Bolletjesslikkers niveau

47 X-ray backscatter Fabrikanten spaarzaam met informatie: kv niet erg zacht Opgegeven dosis: varieert van 0,1-2 μsv zacht hard

48 Kerma* in lucht Afhankelijk van: hoogspanning buisstroom anodemateriaal filtering * Kerma Kinetic Energy Released in Material niveau

49 Kerma in lucht K kit r 2 K in mgy k in mgy.ma -1.min -1 (of mgy.ma -1.s -1) I in ma (buisstroom) t in min (of sec.) r in meters

50 Constante voor röntgentoestel Afhankelijk van: Workload in ma.min per tijdseenheid (W) Use factor, deel van de tijd dat bundel in bedrijf is (U) Occupation time Fractie van verblijfstijd van personen (O) Transmissie (T) van de eventueel aanwezige afscherming Maximaal toegelaten kerma per tijdseenheid (K m ) Afstand in meters (r) niveau

51 Toepassing voor röntgenkamers k K m r 2 WUOT

52 Orthovolt apparatuur

53 Contactapparaat (50-60 kv) Behandeling

54 Bepalen van een kristalrooster niveau

55 Röntgendiffractie Röntgenstraling op sample, waardoor uit de gemeten verstrooide straling de structuur van het materiaal duidelijk wordt (begonnen met DNA en eiwitten) Later mineraalbepaling; positie van de atomen x nauwkeuriger te bepalen dan met atoomkraachtmicroscopie

56 Röntgendiffractie niveau

57 Röntgendiffractometer

58 Röntgendiffractiepatroon niveau

59 Laue éénkristaldiffractie Max von Laue (09/10/1879) - Gestudeerd onder Max Planck : prof. fysica in Zürich Hij stelde: als X-straling door kristal gaat treedt diffractie + vorming patroon op. Patroon symboliseert de asymmetrishe ordening van de atomen. 1914: Nobelprijs

60 Röntgenfluorescentie * De gemeten karakteristieke röntgenstraling zegt iets over de samenstelling van de elementen van het monster. Spectrometrie: bepaling van de chemische elementen van een monster

61 Ten slotte Een prettige cursus, een stralend practicum en alvast een succesvol examen toegewenst! niveau