9. 放射線基礎医学 Flashcards
光電効果とは
X線が軌道電子にエネルギーを与え軌道電子から光電子が飛び出す現象
X線はすべてのエネルギーを軌道電子に与えて消滅。光電子が飛び出した後（電離）、外殻電子が内殻に落ちるときにX線が発生
光電効果：二次放射線
特性X線→散乱線に
光電効果：臨床的意義
原子番号の3乗に比例
低エネルギーほど起こりやすい
電離作用→生体反応
コンプトン効果とは
X線がそのエネルギーの一部を自由電子に与え、はじき出し（電離）、そのエネルギーを失って方向を変えて散乱する現象
コンプトン効果：二次放射線
散乱X線
コンプトン効果：臨床的意義
物質の密度に比例
高エネルギーほど起こりやすい
電離作用→生体反応（飛び出した電子は物質に吸収される）
X線を作る装置
X線管球（真空の陰極管）
X線管球の陰極フィラメントとターゲットの基礎材質
タングステン
X線管球の陽極
銅
X線管球の仕組み
タングステンフィラメントから発生する熱電子をターゲットに当てる
X線撮影条件の3要素
管電圧（kV）：X線の線質を決定。高圧ほど透過性が高い
管電流（mA）：照射線量を決定。
爆射時間（s）：照射線量を決定。
X線撮影の濃度4段階
骨、水、脂肪、空気
X線の物理化学的作用
電離作用：物質の軌道電子を放出してイオン化
蛍光作用：ある種の物質から可視光を発生する
写真作用：X線フィルムを感光して黒化
X線吸収係数（µ）
µが大きいほど減弱が強く高濃度（白）
被写体の構成する物質の原子番号の3乗と密度（ρ）に比例
X線検査の分類
単純X線検査：造影剤を使用せず撮影する検査の総称
造影X線検査：造影剤を使用して特定の臓器、病変に的を絞って行う検査
造影X線検査をいつ使うか
単純X線検査で診断に必要な十分な濃度差が得られない臓器に対して使用
造影X線検査：造影剤の投与
経口、経静脈
造影剤が備えるべき条件
毒性が少ない
排泄が早い
造影効果が高い
安価である
造影剤の種類
陽性造影剤（白く見える） ・経口的：バリウム（消化管） ・経静脈：ヨード造影剤（尿路、胆道、心血管） 陰性造影剤（黒く見える） ・空気、炭酸ガス
ヨード造影剤の禁忌
ヨードアレルギー
甲状腺疾患の患者
ヨード造影剤の原則禁忌
一般状態が悪い患者
気管支喘息患者
重篤な心臓、肝臓、腎臓障害の患者
急性膵炎、多発性骨髄腫、褐色細胞腫
造影剤腎症
ヨード造影剤による腎機能障害
断層撮影はいつつかうか
ギブスをした状態で撮影（舟状骨骨折）
消化管造影の種類
上部消化管造影
小腸造影
注腸造影
上部消化管造影
胃粘膜の病変
バリウム
撮影方法：粘膜法、充盈像、二重造影法、圧迫法
充盈像とは
造影剤を充満させる方法
二重造影法とは
陽性造影剤と陰性造影剤を組み合わせて粘膜面を描出
注腸造影
腸管粘膜の病変を描出
陽性造影剤と陰性造影剤を組み合わせて造影
経肛門的にバリウムと空気を注入
DSAとは
Digital subtraction angiography
CTの基本原理
X線発生装置が身体の周りを360°回転しながらX線照射
断層画像を作成する
CT値の式
K((µt-µw)/µw) K：スケール因子（通常1000） µt：物質の減弱係数 µw：水の減弱係数 単位：HU（Hounsfield unit）
水のCT値
0
µt=µw
空気のCT値
-1000
µt=0
CT組織吸収値（骨皮質、甲状腺、肝臓、水、脂肪、空気）
骨皮質：+1000 甲状腺：80~100 肝臓：50~75 水：0 脂肪：-100~0 空気：-1000
CT画像の表示法
ウィンドウ幅（WW）：表示範囲
ウィンドウレベル：ウィンドウ幅の中央値（高い→画像が黒くなる）
CT装置の種類
従来のCT：1スライス毎に寝台の移動と停止を繰り返す
ヘリカルCT：連続回転する線源の中を寝台を一定速度で動かし続ける
多列CT：X線を扇状に照射し、対側の検出器を細分割して多列化したCT
CTの特徴
再構成画像
良好なコントラスト分解能
障害陰影のない人体横断増
CTの応用
CT血管造影
ミエロCT（髄腔で脊柱管狭窄評価）
DIC-CT（胆道系）
CTガイド下穿刺
CTの3次元表示法
最大値造影
表面表示法
ボリュームレンダリング
最大値造影（Maximum Intensity Projection：MIP）
3次元的に得られたボリュームデータを任意の方向に投影する際、その投影線上で最も高いCT値のボクセル値を投影方向と垂直な面に投影して2次元の画像として表示
血管連続性
深さの情報なし
表面表示法（Shaded Surface Display：SSD）
CT値による被写体の情報から、目的とする構造の表面位置を閾値により認識し、その表面情報から3次元画像を作成
静止画像で立体的な形態の把握可能
処理時間が短い
構造の区別が不可能
ボリュームレンダリング（Volume Rendering：VR）
表面情報だけでなく、内部情報も含めて3次元画像を作成
特定の範囲のCT値に透明度を設定し、表面と内部の情報を透かして表示
多段面再構成法（Multi-planar Reconstruction：MPR）
連続する2次元画像を積み重ねて任意の断面の画像を作成する方法
MRIとは
Magnetic Resonance Imaging
磁気共鳴画像診断装置
MRIの被曝の有無
なし
MR Angiography（非造影）とは
止まっている組織と流れ込んでくる血流の信号差を画像化する
組織→電波当たり続ける→低信号
血流→電波当たっていない→高信号
血管撮影の種類
非造影：頭頸部
造影：Gd造影剤の急速静注（頸部、体幹部、四肢末梢）
MRI画像の種類
T1強調画像
T2強調画像
T1強調画像（水、脂肪、その他）
水：低信号
脂肪：高信号
その他：造影
T2強調画像（水、脂肪、その他）
水：高信号
脂肪：中〜高信号
その他：Hydrography
MRI脂肪抑制
脂肪の信号をなくす撮影法（T1、T2）
MRIの磁場
1.5T~3.0Tの磁場を使用
MRIの電波（Radio Frequency、RF）
RFコイルをMR信号の受信に使用
MRIの傾斜磁場
位置の情報を得るために、瞬間的に磁場を変化させる
MRIの禁忌事項
MR対応心臓ペースメーカー以外のペースメーカー装着者の入室
磁性体の頭蓋内動脈瘤クリップ装着者の入室
T1緩和
縦方向（磁場に平行）の磁化が元に戻る現象
T1値
T2緩和
横方向（磁場に垂直）の磁化が元に戻る（なくなる）現象
T2値
ケミカルシフト
水素原子がどんな分子に結合しているかによって共鳴周波数が変化する
Diffusion Imaging
脳脊髄液：等方性
線維：異方性
圧電効果／逆圧電効果
水晶の結晶を圧縮すると静電電圧が生じ、逆に、電場を加えると結晶がある特定な方向に伸びたり、 縮んだりする現象
人間の可聴域
周波数（振動数） 20～20,000Hz までの音波
超音波とは
周波数（振動数） 20,000Hz以上の音波
核医学とは
放射性医薬品、非密封放射性同位元素を用い病期の診断や治療を行う医学の一分野である
In vivo体外計測（核医学）
診断には放射性医薬品を投与し特定の臓器や組織に取り込まれる様子を、そこから放出する放射線を特別なカメラで測定し、その分布を画像にする
→シンチレーションカメラ、シンチスキャナ
In vivo試料計測（核医学）
便、尿、血液への移行量を測定する
→シンチレーションカウンタ
In vitro（核医学）
血液サンプルよりホルモンなどの極微量の物質量を測定する
→シンチレーションカウンタ
Scintillationとは
放射性物質の放散する粒子が物体に当たる時に発する光
α壊変
ヘリウム核
β壊変
電子
α線はβ線より、
・飛程が短い（腫瘍線量が高く、正常組織線量が低い）
・生物学的効果比が高い（DNAを高頻度で切断）
・酸素効果が低い（低酸素状態の癌細胞に有効）
・細胞周期依存性が低い
γ壊変
電磁波
透過性が高い
半減期の種類
物理的半減期Tp：壊変による
生物学的半減期Tb：生物学的過程による
放射線に関する単位
放射線の強さの単位：Bq（単位1Bqは毎秒1個の壊変を表す） エネルギーの単位：eV 照射線量の単位：C/kg 吸収線量の単位：Gy,rad 等価線量・実行線量の単位：Sv,rem
放射線防護の目標を達成するためにすべきこと
行為の正当化
防護の最適化
個人の線量限度
放射性医薬品とは
診療に使用される非密封放射性核種およびその標識化合物
シングルフォトン放射性医薬品の特徴
薬物量としては極めて微量で薬理作用を無視できる
薬効が比較的速やかに減少
SPECT
Single photon emission computed tomography
単光子放出核種から放出される放射線を多方向から収集し、コンピュータを用いて断層像を再構成する画像法
等価線量（Sv）
放射線荷重係数（線質による生物学的効果の違い）×吸収線量（Gy）
実行線量（Sv）の式
組織荷重係数（部位による感受性の差）×等価線量
職業被曝の上限
年間最高50mSv
5年間で100mSvまで
（女性：5mSv/3months,妊娠中は1mSv/3months）
重粒子
電子より重い粒子
NHEJ（非相同末端結合）
全ての細胞周期で起こる
放射線による2本鎖修復の主な回復形態
小さな欠失・挿入あり
HR（相同組換え）
S-G2期で重要
欠失を伴わない
細胞周期と放射線感受性
G2期後半の放射線高感受性：G2/Mチェックポイント活性化までのタイムラグ
S期後半〜G2期前半の放射線抵抗性：相同組換え修復の影響
Redistribution
分割照射では照射直後に生き残った低感受性周期細胞が再び高感受性周期に移行する
ネクローシス（増殖死）とは
細胞周期を繰り返すうちに細胞崩壊を示すもの
間期死とは
アポトーシスに類似する
照射線量が高くなると細胞が直ちに死ぬ
static cell population
まったく分裂しない細胞で構成された組織で筋肉や神経などであり、放射線抵抗性と言われている
expanding cell population
ゆっくりではあるがある年齢までは細胞数が増加する細胞集団で、肝臓や腎臓などの実質臓器で放射線に比較的抵抗性
renewing cell population
分裂は盛んであるが、脱落する細胞と新生する細胞の数は同じであり、増血組織、小腸、皮膚、水晶体上皮などが属し、放射線感受性が高い
neoplastic cell population
自己制御を受けずに脱落する細胞より増殖する細胞数が多い細胞集団であり、腫瘍組織が相当する
ベルゴニー・トリボンドーの法則
・増殖が活発な細胞ほど
・分化度が低い細胞ほど
・細胞分裂の期間が長いほど
放射線への感受性が高い
標的理論
単一標的理論：1個の細胞標的へのヒットでその細胞は不活化すると仮定
多重標的理論：1個の細胞中のm個の標的へのヒットでその細胞は不活化すると仮定
LQ理論（Linear Quadratic model）
細胞の標的は2本鎖DNAと仮定
決定的な損傷は1粒子もしくは2粒子によるDNAの修復されない二本鎖切断からなると仮定
・1粒子切断：吸収線量Dに比例（比例定数α）
・2粒子切断：吸収線量Dの2乗に比例（比例定数β）
LQ理論α/β比
腫瘍や急性反応では大きい（10Gy）
正常細胞の晩発反応では小さい（2~3Gy）
生物学的効果比（RBE）
γ線（標準放射線）で一定の生物学効果を得る照射線量/比較したい放射線で同様の効果を得る照射線量
酸素効果比（OER）
低酸素状態で照射された際、酸素が十分に存在する時に照射された場合と同じ効果を与えるために何倍の線量を必要とするか、という線量比
低酸素細胞は放射線感受性が低い（酸素状態にある細胞は無酸素細胞の2~3倍）
再酸素化
照射を繰り返すことで、低酸素細胞が毛細血管に近づき酸素に富んだ細胞になる
致死損傷とは
DNA切断に起因する不可逆性で修復のない損傷
亜致死損傷とは
正常な環境下では数時間以内に修復される損傷、もし修復前に次の亜致死損傷が加えられると致死損傷になる
潜在的致死損傷
致死損傷だが放射線照射後の環境（細胞周期が進行できない状態；実験的にはタンパク合成の阻害剤を加える、細胞過密状態に置く、栄養欠乏培地にする）によって修復される損傷
SLD回復
一定の時間間隔で分割照射したときの生存率は、合計線量を一度に照射するより高い
分割照射に影響を与える因子4R
Repair of sublethal damage（亜致死障害からの回復）
Reoxygenation（酸素化）
Redistribution（再分布）
Repopulation（再増殖）
放射線の確定的影響とは
かなりの数の細胞が障害を起こした場合に障害が顕在化する
胎児のCTの最大被ばく線量（骨盤）
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確定的影響のしきい線量（白血球減少、胎児の発育遅延）
白血球減少：0.5Gy
胎児の発育遅延：0.1Gy
地球起源放射線核種による内部被曝の年間実効線量
0.23mSv
自然放射線による年間被ばく線量
2.4mSv
放射線の確率的影響とは
ひとつあるいは数個の細胞の遺伝子等に変化が起こり潜在的に潜み、それが原因となり障害が発生する
しきい線量はない
放射線誘発がんの潜伏期（白血病）の最小潜伏期と最大潜伏期
最小潜伏期：2年
最大潜伏期：40年
放射線誘発がんの潜伏期（白血病以外の固形がん）の最小潜伏期と最大潜伏期
最小潜伏期：10年
最大潜伏期：生涯
放射線防護の3原則
時間：放射線を受ける時間を短くする
距離：線源と人体の距離を大きく取る
遮蔽物：線源と人体との間に遮蔽物を置く
内部被曝防護の5原則
Dilute Disperse Decontamination Contain Concentrate
急性被ばく
医療被ばくのように短時間に放射線を受ける場合をいう
慢性被ばく
自然放射線（宇宙線や大地放射線）による被ばくのように長い期間にわたって放射線を受ける場合をいう
放射線の人体への影響の特徴
- 放射線障害に特異的な症状はない
- 被ばく直後に症状が出現することは少ない
- 一旦発症すると治りにくい
放射線の早期身体的障害2例
白血球減少
不妊
放射線の晩期身体的障害1例
白内障
確定的影響の線量との関係
・しきい（最低）線量が存在する
・線量が増加→重篤度も高くなる
確率的影響の線量との関係
・しきい線量は存在しないと仮定
・重篤度は線量に無関係である
確定的影響の例
放射線皮膚炎
放射線宿酔
胎児の奇形
白内障など
確率的影響の例
放射線誘発がん
遺伝的影響
骨髄の耐容線量（1回照射、分割照射）
1回照射：20Gy
分割照射：40Gy/4週
白血病の発生のピーク
潜伏期は数年（2・3年～）
被ばく後7～8年でピーク
15年を過ぎると減少
25年以上では対象群と同じ
中枢神経系の感受性（高い順）
脊髄＞橋・延髄＞小脳＞大脳
Lhermitte’ sign
頭部を下方に向けると電撃痛がつま先まで走る
低線量の中枢神経系への放射線の影響
Lhermitte’ sign
高線量の中枢神経系への放射線の影響
永久的な脊髄横断症候群 （1年以降）
呼吸器系への放射線の影響
肺の放射線感受性は高い 20Gy → 放射線肺臓炎（顕微鏡所見）が出現 30～40Gy → 2～6ヶ月で間質性肺炎が出現（空咳、息切れ、全肺照射で呼吸不全の可能性） → ステロイドの投与
肝への放射線の影響
肝臓は中程度の感受性 肝全体の25％を遮蔽すると晩期の肝障害は防止される ・急性肝障害：2～6週後より発生 ・30Gyを超えると線量の増加とともに重篤度は増す → 45Gyで肝硬変に
消化管への放射線の影響
急性障害：20~30Gyで腸管の蠕動運動が亢進
→下痢、腹痛、悪心、食欲不振
晩期障害：60Gyを超えると重篤な障害が増加する
→小腸・大腸潰瘍、穿孔、腸管狭窄、腸閉塞
水晶体への放射線の影響
低線量 ： 障害を来さない程度の白濁
高線量 ： 高度の白濁をきたし視力を失う→白内障の手術
しきい線量：1.5~2.0Gy/回（確定的影響）
潜伏期：線量が増えるにつれて短縮
骨への放射線の影響
一般的に低感受性であるが、小児は例外
老人：60Gy以上の線量→ 大腿骨頚部骨折、下顎骨骨折など病的骨折
胎児の被ばくと確定的影響の特徴
・感受性が高い（分裂が盛ん）
・しきい線量がある（確定的影響）
・時期特異性がある
胎児期の分類と確定的影響（着床前期）の該当する胎齢と確定的影響の様式
受精から9日
胎芽死亡
胎児期の分類と確定的影響（器官形成期）の該当する胎齢と確定的影響の様式
2週〜8週
奇形
胎児期の分類と確定的影響（胎児期）の該当する胎齢と確定的影響の様式
9週〜25週
大脳の発達遅延
胚死亡のしきい線量
100mGy
奇形のしきい線量
100mGy
精神発達遅延のしきい線量
100~120mGy
発育遅延のしきい線量
100mGy
がん・白血病のしきい線量
約300mGy
胎児の子孫への遺伝的影響のしきい線量
約2000mGy
アブスコパール（Abscopal） 効果
ある癌病巣に放射線治療を行う→放射線を当てていない離れた部位の腫瘍が縮小する
臨床的に意義のある効果が20－30％で出現
伝わる方向と同じ方向に振動する波は〇〇である。
縦波
音源が点の場合、その波は〇〇になる。
球面波
縦波の縦軸を振幅とすると横軸は〇〇を表す。
時間か距離
周期（T)と周波数（F）の関係は、〇〇で逆比例の関係にある。
F＝1/T
空気中の音速は、約〇〇[m/s]で、水中では約〇〇[m/s]である。
空気中：約340[m/s]
水中：約1500[m/s]
周期が短いと周波数は〇〇、長いと周波数は〇〇なる。
周期が短いと周波数は高く、長いと周波数は低くなる。
生体軟部組織では、周波数が高いほど減衰が〇〇。
大きい
２つの媒質の境界面では、音響インピーダンスの差が大きいほど反射する音波の度合いが〇〇なる。
大きく
ある媒質の超音波の伝搬速度は、〇〇で決定される。
密度と弾性率
圧電素子に高い電圧を加えるほど、〇〇が生じる。
高周波
パルス波とは、〇〇音波である。
持続時間が非常に短い
Aモードは、エコーの強さ（振幅）を〇〇、距離を〇〇に表示する方法である。
エコーの強さ（振幅）：縦軸
距離：横軸
超音波プロープの振動子は、超音波の送受信を同時には〇〇。
行えず、交互に行う
Bモードの輝度変調は、反射強度が強いほど〇〇表示させる。
明るく
〇〇の繰り返しの数をPRF（パルス繰り返し周波数）という。
一秒間の送受信
PRFを高くすると、深いところまで検査でき〇〇。
なくなる
画像のフレームレートを高くするには、走査線数を〇〇必要がある。
減らす
生体内の音速は組織によって多少違うが、装置は〇〇として画像を表示している。
1530m/s
Mモード表示は、プロープを〇〇、画像を作る。
動かさずに
Mモード表示は、心臓の弁や心室壁など、〇〇のある構造物の検査に適する。
動き
通常作業の線量限度
100mSv/5年
50mSv/年
緊急作業の線量限度
100mSv
眼の水晶体の線量限度
150mSv/年
皮膚の線量限度
500mSv/年
女子の線量限度
5mSv/3月
妊娠中の女子の線量限度
内部被曝：1mSv
腹部表面：2mSv
物理的半減期Tpの意味
壊変により放射線核種の量が半分になるまでの時間
放射線核種に固有
生物学的半減期Tbの意味
生体内の放射線核種が生物学的過程により半分になるまでの時間
化学的性質、生体的要因に影響
有効半減期Teの意味と式
壊変及び生物学的過程により生体内の放射線核種が半分になる時間
1/Te=1/Tp+1/Tb
エネルギーの単位
eV (1eV=1.60x10^-19J)
照射線量の単位
C/kg
吸収線量の単位
Gy, rad (1Gy=1J/kg=100rad)
等価線量・実効線量の単位
Sv, rem (1Sv=1rem)
放射能の強さの単位
Bq
1Bq=毎秒1個の壊変
放射線管理区域
外部放射線の線量もしくは空気中の放射線同位元素の濃度がある一定以上の数値を超える恐れのある場所
職業被ばくの線量はなぜ設定されているのか
確定的影響を起こさず確率的影響を容認できるレベルに抑えるために上限がある
