Thalliumscintigrafie is een techniek die gebruikt wordt om de doorbloeding van de hartspier te onderzoeken.
In het onderzoek wordt thallium-201 gebruikt. Deze isotoop ontstaat via twee reacties. Eerst wordt thallium-203 beschoten met een proton. Bij deze reactie ontstaat de isotoop lood-201. Uit het radioactieve verval van lood-201 ontstaat vervolgens thallium-201.
Opgaven
a) Geef van beide kernreacties de reactievergelijking.
De isotoop thallium-201 is radioactief en vervalt via een proces dat K-vangst heet. Bij K-vangst neemt een atoomkern een elektron op uit de binnenste elektronenschil. Bij dit proces komt alleen γ-straling vrij. Ook bij andere radioactieve stoffen die vervallen onder uitzending van α-straling of β-straling kan γ-straling vrijkomen. Toch wordt er in dit onderzoek gekozen voor een radioactieve stof die vervalt via K-vangst.
b) Leg uit waarom.
De hoeveelheid radioactieve stof die in het onderzoek gebruikt wordt, heeft een activiteit van 56 MBq. Thallium-201 heeft een halveringstijd van 3,04 dag.
c) Bereken de massa van deze hoeveelheid thallium-201.
Bij het onderzoek wordt thallium-201 ingespoten bij de patiënt. Het thallium-201 hecht zich aan de bloedvaten in het hart. Van de uitgezonden γ-straling wordt met een γ-camera een afbeelding gemaakt. Daarmee wordt een beeld gevormd dat een doorsnede geeft van een deel van het hart.
In figuur 1 staat die doorsnede weergegeven in een ‘artist’s impression’.
In figuur 2 zijn afbeeldingen van doorsnedes van de hartspier weergegeven, zowel bij inspanning (lopen of fietsen) als in rust. Een lichtere kleur betekent een hogere concentratie γ-straling.
De afbeeldingen in figuur 2 kunnen inzicht geven in wat er met de hartspier mis is: een tijdelijke vernauwing of een permanente afsluiting (infarct) in de bloedvaten van het hart.
Er zijn vier diagnoses die een arts zou kunnen stellen:
1) Er is geen sprake van een vernauwing en geen sprake van een infarct.
2) Er is sprake van een vernauwing, maar geen sprake van een infarct.
3) Er is geen sprake van een vernauwing, maar wel van een infarct.
4) Er is sprake van zowel een vernauwing als een infarct.
d) Leg uit welke diagnose het best door de informatie van figuur 2 wordt
ondersteund.
In de patiënten-informatie over thalliumscintigrafie staat:
Na afloop van het onderzoek blijft de radioactieve stof nog enige tijd in uw lichaam, waardoor u een minimale hoeveelheid straling uitzendt. Om personen in uw omgeving niet onnodig aan straling bloot te stellen, is het belangrijk dat u op de dag van het onderzoek een armlengte afstand tot andere mensen bewaart.
De stralingsintensiteit neemt af vanwege absorptie in het lichaam en vanwege de afstand tot de stralingsbron. In figuur 3 zijn drie punten aangegeven: het hart H, punt A en punt B. Het radioactieve hart H is te beschouwen als een puntbron. De fotonen die bij het verval van thallium-201 vrijkomen hebben een energie van 0,10 MeV.
e) Voer de volgende opdrachten uit:
- Toon met een berekening aan dat de absorptie van γ-straling tussen de punten A en B in de lucht verwaarloosbaar is.
- Bereken met welke factor de stralingsintensiteit in punt B is afgenomen in vergelijking met punt A.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
$_{81}^{203}\textrm{Tl} + _{1}^{1}\textrm{p} \rightarrow _{82}^{201}\textrm{Pb} + 3\cdot _{0}^{1}\textrm{n}$
$_{82}^{201}\textrm{Pb} \rightarrow _{81}^{201}\textrm{Tl} + _{1}^{0}\textrm{e}$
Uitwerking vraag (b)
Voor het onderzoek is alleen gammastraling nodig. Bij de andere radioactieve processen komt er ook alfa- of betastraling vrij. (Een deel van) deze straling zal door het lichaam geabsorbeerd worden en er zal een groter risico op stralingsschade zijn.
Uitwerking vraag (c)
Het aantal Tl-201 deeltjes is:
$A=\frac{\ln 2}{t_{1/2}}\cdot N\rightarrow N = \frac{t_{1/2}}{\ln 2}\cdot A = \frac{3,04\cdot 24\cdot 3600}{\ln 2}\cdot 56\cdot 10^6 = 2,12\cdot 10^{13}$
De massa hiervan is:
$m=N\cdot M_{Tl-201}=2,12\cdot 10^{13}\cdot 201\cdot 1,66\cdot 10^{-27} = 7,1\cdot 10^{-12}~\mathrm{kg}$
Uitwerking vraag (d)
Je ziet dat er bij rust een hoge concentratie gammastraling door de hele spier is. Bij inspanning zie je dat er een plek is waar de concentratie erg afneemt. Dit betekent dat er wel sprake is van een vernauwing, maar dat er geen permanente afsluiting is. Diagnose 2 wordt door figuur 2 ondersteund.
Uitwerking vraag (e)
- De halveringsdikte van lucht voor de gammastraling vind je in BiNaS en is gelijk aan 3,7 . 103 cm. De intensiteit van de gammafotonen na 50 cm door de lucht is dan:
$I=I_0\cdot \left(\frac{1}{2} \right )^{\frac{d}{d_{1/2}}}=100\% \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{\frac{50}{3,7\cdot 10^{3}}}=99\%$
De absorptie van gammastraliing tussen de punten A en B in de lucht is dus verwaarloosbaar.
- De stralingsintensiteit neemt dan af omdat dezelfde hoeveelheid straling over een groter oppervlakte wordt verdeelt. Hiervoor geldt de kwadraten wet. Deze zegt dat de intensiteit op een afstand r van de bron afneemt met een factor 1 / (4 π r2). Voor de verhouding van de twee intensiteiten geldt dus:
$\frac{I_A}{I_B}=\frac{\frac{1}{4\pi r_A^2 }}{\frac{1}{4\pi r_B^2 }}=\frac{\frac{1}{4\pi \left(0,10 \right )^2}}{\frac{1}{4\pi\left(0,60 \right )^2}}=36$
