 |
| Μέσα σε μαγνητικό πεδίο η ραδιενεργός ακτινοβολία εκτρέπεται και διαχωρίζεται σε τρεις "συνιστώσες" την α, τη β και τη γ |
Από το γεγονός ότι όλα τα σωματίδια α που εκπέμπονται από έναν ραδιενεργό πυρήνα καμπυλώνονται το ίδιο από το μαγνητικό πεδίο προκύπτει ότι όλα εκπέμπονται με την ίδια αρχική ταχύτητα. .
Προσοχή: Το γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια της ακτινοβολίας β εκπέμπονται κατά τη διάσπαση των ραδιενεργών πυρήνων δεν πρέπει να μας οδηγήσει στο λανθασμένο συμπέρασμα ότι ο πυρήνας διαθέτει ηλεκτρόνια. Αντίθετα, γνωρίζουμε ότι ο πυρήνας διαθέτει μόνο πρωτόνια και νετρόνια. Τα ηλεκτρόνια της ακτινοβολίας β παράγονται κατά τη στιγμή της διάσπασης με τη βοήθεια της ασθενούς αλληλεπίδρασης που μετατρέπει ένα νετρόνιο σε πρωτόνιο (που παραμένει στον πυρήνα), σε ένα ηλεκτρόνιο που εκτινάσσεται και σε ένα άλλο στοιχειώδες σωματίδιο που ονομάζεται αντινετρίνο ($\bar{ν}$) δεν έχει πιθανόν μάζα και κινείται με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα του φωτός (αν έχει μάζα μηδέν).
Συμπεραίνουμε ότι πρόκειται για ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, από το γεγονός ότι εμφανίζουν πολύ μεγάλη διεισδυτικότητα. Συγκεκριμένα, μπορούν να διαπεράσουν πλάκες μολύβδου πάχους αρκετών εκατοστών ευκολότερα απ' όσο οι ακτίνες X. Εξάλλου και αυτές, όπως και οι ακτίνες X και κάθε άλλη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, δεν εκτρέπονται από ηλεκτρικά ή μαγνητικά πεδία.
Προσοχή: Όπως και στην περίπτωση της ακτινοβολίας β, έτσι και στην περίπτωση γ δεν πρέπει να νομίσουμε ότι τα φωτόνια της ακτινοβολίας γ είναι συστατικό του πυρήνα. Απλώς, όπως στην περίπτωση των ατόμων τα διεγερμένα άτομα εκπέμπουν ένα φωτόνιο (συνήθως στην ορατή περιοχή), όταν αποδιεγείρονται και επανέρχονται στην κατάσταση ηρεμίας τους (θεμελιώδης κατάσταση), έτσι και στους ραδιενεργούς πυρήνες, μετά τη διάσπασή τους, ο απομένων θυγατρικός πυρήνας, βρίσκεται σε κατάσταση κατά την οποία τα συστατικά του διαθέτουν αυξημένη ενέργεια. Επανερχόμενος στη συνέχεια στη θεμελιώδη κατάσταση, εκπέμπει την πλεονάζουσα ενέργεια υπό μορφή φωτονίου ακτινοβολίας γ
 |
| Διεισδυτικότητα ραδιενεργών ακτίνων α, β, γ Η ακτινοβολία-α χαρακτηρίζεται από πολύ μικρή διεισδυτικότητα (μπορεί να θωρακιστεί με μικρό πάχος απορροφητή, ακόμη και με ένα φύλλο χαρτί). Η ακτινοβολία-β χαρακτηρίζεται από περιορισμένη διεισδυτικότητα (μπορεί να θωρακιστεί με ικανό πάχος υλικού μικρού ατομικού αριθμού, π.χ. ένα φύλλο αλουμινίου ή παλστικού). Η ακτινοβολία-γ χαρακτηρίζεται από σημαντική διεισδυτικότητα (μπορεί να θωρακιστεί μόνο με υλικά υψηλού ατομικού αριθμού, π.χ. μολύβδου κατάλληλου πάχους ή άλλα υλικά αυξημένου σχετικά πάχους π.χ. σκυρόδεμα). |
Προσομοίωση ραδιενέργειας α:
Προσομοίωση ραδιενέργειας β:
διαδραστικό τεστ (πατήστε ΕΔΩ)
========================================>
Η χρήση των ραδιενεργών ισοτόπων στην ιατρική
Τα ισότοπα που εκπέμπουν ακτινοβολία γ χρησιμοποιούνται κυρίως για διάγνωση (επειδή διαπερνούν τους ιστούς και ανιχνεύονται από μηχανήματα), ενώ όσα εκπέμπουν ακτινοβολία α και β χρησιμοποιούνται κυρίως για θεραπεία (επειδή απορροφώνται σε μικρή απόσταση, καταστρέφοντας τοπικά τα καρκινικά κύτταρα).
Παρακάτω παρατίθενται μερικά χαρακτηριστικά παραδείγματα για κάθε είδος ακτινοβολίας:
Ακτινοβολία άλφα (α)
Η ακτινοβολία α είναι πολύ ισχυρή αλλά ταξιδεύει ελάχιστα χιλιοστά μέσα στον ανθρώπινο ιστό, καθιστώντας την ιδανική για να καταστρέφει όγκους χωρίς να βλάπτει τα γύρω υγιή όργανα.
Ράδιο-223 (Ra-223). Εκπέμπει ακτινοβολία α. Έχει χρόνο ημιζωής 11,4 ημέρες. Χρησιμοποιείται στη στοχευμένη θεραπεία του καρκίνου του προστάτη που έχει κάνει μεταστάσεις στα οστά. Το ράδιο συμπεριφέρεται χημικά σαν το ασβέστιο, οπότε ο οργανισμός το απορροφά και το κατευθύνει φυσικά στα οστά, ακριβώς εκεί όπου αναπτύσσεται ο όγκος. Εκπέμπει ακτινοβολία α, καταστρέφοντας τα καρκινικά κύτταρα σε πολύ μικρή ακτίνα.
Ακτίνιο-225 (Ac-225). Εκπέμπει ακτινοβολία α. Έχει χρόνο ημιζωής 10 ημέρες. Χρησιμοποιείται στις νεότερες στοχευμένες θεραπείες (Targeted Alpha Therapy) για δύσκολους καρκίνους (π.χ. προχωρημένο καρκίνο του προστάτη ή λευχαιμία). Το ισότοπο "δένονται" εργαστηριακά πάνω σε ειδικά αντισώματα που αναζητούν και κλειδώνουν μόνο στα καρκινικά κύτταρα, βομβαρδίζοντάς τα εκ των έσω.
Ακτινοβολία βήτα (β)
Η ακτινοβολία β ταξιδεύει λίγο πιο μακριά από την α (λίγα χιλιοστά έως εκατοστά), επομένως είναι εξαιρετική για την εξόντωση όγκων μεσαίου μεγέθους.
Ιώδιο-131 (I-131). Εκπέμπει ακτινοβολία β και γ. Έχει χρόνο ημιζωής 8 ημέρες. Χρησιμοποιείται κυρίως για τη θεραπεία του υπερθυρεοειδισμού και του καρκίνου του θυρεοειδούς. Χορηγείται στον ασθενή (συνήθως σε μορφή χαπιού ή υγρού) και συγκεντρώνεται αποκλειστικά στον θυρεοειδή αδένα, καθώς μόνο αυτό το όργανο απορροφά ιώδιο. Η β-ακτινοβολία καταστρέφει στοχευμένα τον υπερδραστήριο ή καρκινικό ιστό.
Ύττριο-90 (Y-90). Εκπέμπει ακτινοβολία β. Έχει χρόνο ημιζωής 64 ώρες. Χρησιμοποιείται κυρίως στη θεραπεία του καρκίνου του ήπατος (μέθοδος ραδιοεμβολισμού). Μικροσκοπικά σφαιρίδια (microspheres) που περιέχουν το Υ-90 εγχέονται απευθείας στα αιμοφόρα αγγεία που τροφοδοτούν τον όγκο. Τα σφαιρίδια εγκλωβίζονται εκεί, κόβουν την παροχή αίματος και ταυτόχρονα νεκρώνουν τον όγκο με την ακτινοβολία β.
Ακτινοβολία γάμμα (γ)
Η ακτινοβολία γ είναι εξαιρετικά διεισδυτική. Μπορεί να βγει από το σώμα και να καταγραφεί από ειδικές κάμερες, δημιουργώντας ακριβείς εικόνες, ή να χρησιμοποιηθεί εξωτερικά για να "κάψει" όγκους.
Τεχνήτιο-99m (Tc-99m). Εκπέμπει ακτινοβολία γ. Έχει χρόνο ημιζωής 6 ώρες. Είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο ισότοπο στην διαγνωστική πυρηνική ιατρική (π.χ. σπινθηρογράφημα). Ενώνεται με διάφορα φάρμακα για να απεικονίσει τη λειτουργία οργάνων όπως η καρδιά, τα οστά, τα νεφρά και οι πνεύμονες. Ο πολύ μικρός χρόνος ημιζωής του εξασφαλίζει ότι ο ασθενής δεν επιβαρύνεται με ακτινοβολία για πολύ καιρό μετά την εξέταση.
Κοβάλτιο-60 (Co-60). Εκπέμπει ακτινοβολία γ. έχει χρόνο ημιζωής 5,27 έτη. Χρησιμοποιείται στην εξωτερική ακτινοθεραπεία. Το πιο γνωστό παράδειγμα είναι το μηχάνημα "Gamma Knife" (Γ-Knife), το οποίο χρησιμοποιείται για τη θεραπεία καρκινικών όγκων ή ανωμαλιών στον εγκέφαλο. Η συσκευή κατευθύνει πολλαπλές, εξαιρετικά εστιασμένες δέσμες γ-ακτινοβολίας σε ένα σημείο για να καταστρέψει το DNA των καρκινικών κυττάρων, επιτυγχάνοντας χειρουργική ακρίβεια χωρίς να ανοιχτεί το κρανίο.
Στη συνέχεια περιγράφονται τα ραδιενεργά ισότοπα που χρησιμοποιούνται στην PET.
Tομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET)
 |
| PET scans |
Στην τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) χρησιμοποιούν ραδιενεργά στοιχεία για την παρατήρηση μεταβολικών διαδικασιών στο σώμα. Αυτή η τεχνική εντοπίζει τα ζεύγη ακτίνων γάμμα που εκπέμπονται από την εξαϋλωση των ποζιτρονίων που εκπέμπει το ραδιενεργό στοιχείο, συνήθως το Φθόριο-18 (18F), το οποίο εισάγεται στο σώμα διαμέσου μιάς βιολογικά ενεργής ουσίας που ονομάζεται ραδιενεργός ανιχνευτής. Στη συνέχεια δημιουργούνται τρισδιάστατες εικόνες συγκέντρωσης του ανιχνευτή με ανάλυση σε υπολογιστή.
Τα δύο ισότοπα που χρησιμοποιούνται συνήθως για PET:
Φθόριο-18 (F-18) => Εκπέμπει ακτινοβολία β+=>ποζιτρόνια (τα αντι-σωματίδια του ηλεκτρονίου). Αυτά όταν συγκρούονται με τα κανονικα ηλεκτρόνια του σώματος, "εξαΰλώνονται" και η μάζα τους μετατρέπεται σε δύο ακτίνες γάμμα γ (2 φωτόνια) που που κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις. Ο δακτύλιος του μηχανήματος PET ανιχνεύει ταυτόχρονα αυτές τις ακτίνες και υπολογίζει με ακρίβεια χιλιοστού από πού προήλθαν, δημιουργώντας μια τρισδιάστατη εικόνα.
Ο χρόνος ημιζωής του φθορίου-18 είναι περίπου 110 λεπτά. Ενώνεται στο εργαστήριο με ένα μόριο γλυκόζης (σάκχαρο) δημιουργώντας την Φθοριοδεοξυγλυκόζη (FDG). Επειδή τα καρκινικά κύτταρα αναπτύσσονται ταχύτατα, "πεινάνε" και καταναλώνουν πολύ περισσότερη γλυκόζη από τα υγιή κύτταρα. Όταν η FDG χορηγείται στον ασθενή, τα καρκινικά κύτταρα την απορροφούν. Έτσι, το ραδιενεργό ισότοπο συγκεντρώνεται στους όγκους και τις μεταστάσεις φωτίζοντας την οθόνη του γιατρού πριν καν φανούν σε μια απλή μαγνητική ή αξονική τομογραφία. Χρησιμοποιείται επίσης για τον έλεγχο της λειτουργίας του εγκεφάλου (π.χ. για τη νόσο Αλτσχάιμερ).Γάλλιο-68 (Ga-68) => Ακτινοβολία β+ (όπως και το φθόριο-18). Έχει χρόνο ημιζωής περίπου 68 λεπτά. Χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο τα τελευταία χρόνια για εξαιρετικά εξειδικευμένες διαγνώσεις μέσω PET. Το Γάλλιο-68 συνδέεται με ειδικά μόρια που προκολλώνται σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων. Για παράδειγμα, συνδέεται με το PSMA (Ειδικό Προστατικό Αντιγόνο Μεμβράνης) για να εντοπίσει με ασύγκριτη ακρίβεια τον καρκίνο του προστάτη και τις μικροσκοπικές μεταστάσεις του σε όλο το σώμα, ή με άλλα πεπτίδια για την ανίχνευση σπάνιων νευροενδοκρινών όγκων.
ή την Μαγνητική Τομογραφία (Magnetic Resonance Imaging-MRI, Απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού)
οι οποίες βασίζονται σε διαφορετικές αρχές της Φυσικής για τη δημιουργία εικόνων του σώματος.
 |
| Υπολογιστική Αξονική Τομογραφία (CAT) ή Computed Tomography (CT). Οι αξονικές τομογραφίες χρησιμοποιούν ακτίνες Χ για τη δημιουργία πολλαπλών εικόνων του σώματος από διαφορετικές γωνίες. |
Η μαγνητική (MRI): Χρησιμοποιεί ισχυρούς μαγνήτες και ραδιοκύματα (χωρίς καθόλου ακτινοβολία). Είναι η καλύτερη εξέταση για να δούμε με τεράστια λεπτομέρεια τα μαλακά μόρια, όπως τον εγκέφαλο, τον νωτιαίο μυελό, τους μύες και τους συνδέσμους.
 |
| Μαγνητική Τομογραφία: Οι σαρώσεις Μαγνητικής Τομογραφίας χρησιμοποιούν ισχυρά ομογενή μαγνητικά πεδία (τουλάχιστον 1,5 Tesla -15.000 φορές ισχυρότερα από το μαγνητικό πεδίο της Γης). Κάτω από αυτές τις συνθήκες οι πυρήνες υδρογόνου του σώματος (που βρίσκονται στο νερό και σχεδόν σε όλες τις άλλες χημικές ενώσεις του ανθρωπίνου οργανισμού) προσανατολίζονται παράλληλα ως προς τις μαγνητικές γραμμές του πεδίου και εκτελούν μεταπτωτική κίνηση γύρω από τον άξονα των μαγνητικών γραμμών με συγκεκριμένη συχνότητα περιστροφής. Η συχνότητα αυτή είναι χαρακτηριστική για κάθε άτομο. Αυτή η μεταπτωτική κίνηση αποτελεί ένα μέσο διερεύνησης των διαφόρων τύπων πυρήνων που εμπεριέχονται σε ένα σώμα, είτε αυτό είναι δείγμα κάποιας βιολογικής ή χημικής ουσίας είτε είναι ιστός κάποιου εξεταζόμενου. Κατά την διάρκεια της εξέτασης τα πηνία ραδιοσυχνότητας του μαγνητικού τομογράφου εκπέμπουν ραδιοκύματα, οι πυρήνες διεγείρονται και όταν μεταπίπτουν στην αρχική τους κατάσταση, εκπέμπουν ένα αδύνατο ραδιοφωνικό σήμα σε συγκεκριμένη συχνότητα. Αναλύοντας το αδύναμο εκπεμπόμενο ραδιοφωνικό σήμα δημιουργούνται λεπτομερείς εικόνες των εσωτερικών δομών του σώματος. |
Από την άλλη η τομογραφία PET: Δείχνει την ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ (Μεταβολισμός).
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω με το ραδιενεργό σάκχαρο (F-18 FDG), η PET δεν ενδιαφέρεται τόσο για το πώς μοιάζει το όργανο (αν δημιουργήθηκαν όγκοι), αλλά για το πώς λειτουργεί σε κυτταρικό επίπεδο.
Δείχνει τον μεταβολισμό, τη ροή του αίματος και τη χημική δραστηριότητα των κυττάρων.
Το τεράστιο πλεονέκτημά της είναι ότι μπορεί να εντοπίσει τις κυτταρικές αλλαγές μιας ασθένειας (π.χ. τον πολλαπλασιασμό καρκινικών κυττάρων) πολύ πριν εμφανιστούν οι φυσικές/ανατομικές αλλαγές που θα έδειχνε μια Αξονική ή Μαγνητική. Μπορεί να δει ότι μια περιοχή είναι "άρρωστη" προτού καν δημιουργηθεί ορατός όγκος.