Το 1896, ο Henri Becquerel ανακάλυψε μια νέα μυστηριώδη ακτινοβολία. Σε αντίθεση με τις ακτίνες Χ που εξαφανίζονταν όταν έσβηνε ο σωλήνας ακτίνων Χ, αυτή η νέα ακτινοβολία που παρατηρήθηκε από το ουράνιο εκπεμπόταν συνεχώς. Περαιτέρω μελέτες από τους Pierre και Marie Curie αποκάλυψαν ότι και άλλα στοιχεία είχαν την ίδια ιδιότητα. Ειδικότερα, βρήκαν αυτές τις ιδιότητες στο πολώνιο και στο ράδιο το 1898.

Οι Pierre και Marie Curie βρήκαν γρήγορα χρήση γι' αυτή την ιδιότητα και το ράδιο χρησιμοποιήθηκε σε νοσοκομεία ήδη από το 1901. Αναγνωρίστηκε ότι η ακτινοβολία του ραδίου έχει ωφέλιμες επιδράσεις σε πολλές δερματικές παθήσεις, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου.

Οι Pierre και Marie Curie στο εργαστήριό τους, Παρίσι 1898.

Η νέα ακτινοβολία ήταν πυρηνικής προέλευσης. Μερικοί πυρήνες εκπέμπουν αυθόρμητα σωματίδια α (πυρήνες ηλίου), σωματίδια β — που μπορεί να είναι ηλεκτρόνια (β^-) ή ποζιτρόνια (β⁺) — ή/και ακτίνες γ (γάμμα) (δηλαδή φωτόνια υψηλής ενέργειας). Ένα τέτοιο άτομο με ασταθή πυρήνα, που χαρακτηρίζεται από πλεονάζουσα ενέργεια, ονομάζεται ραδιονουκλίδιο ή ραδιενεργό νουκλίδιο, και αναφέρεται επίσης ως ραδιοϊσότοπο.

Φυσικά ραδιοϊσότοπα είναι για παράδειγμα το ²³⁸U (ουράνιο), το ⁴⁰K (κάλιο), το ²³²Th (θόριο) και τα θυγατρικά τους ²²⁶Ra (ράδιο), ²²²Rn (ραδόνιο), ²¹⁸Po (πολώνιο). Μερικά ραδιοϊσότοπα παράγονται συνεχώς από τη δράση των κοσμικών ακτίνων στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιράς μας, όπως για παράδειγμα το ¹⁴C (άνθρακας), το ³H (τρίτιο) ή το ⁷Be (βηρύλλιο).

Οι Irene και Frederic Joliot-Curie ήταν οι πρώτοι που παρήγαγαν τεχνητά ραδιοϊσότοπα το 1933, χρησιμοποιώντας μια φυσική πηγή α για να βομβαρδίσουν αλουμίνιο-27 και να παραγάγουν το ραδιοστοιχείο φώσφορος-30, το οποίο υφίσταται διάσπαση β προς πυρίτιο-30. Αυτό ήταν αποτέλεσμα του ότι οι πυρήνες των ατόμων αλουμινίου απέκτησαν επιπλέον πρωτόνια από τους πυρήνες ηλίου (σωματίδια α).

Έκτοτε έχουν παραχθεί πολλά νέα ραδιοϊσότοπα, ανοίγοντας μια σειρά νέων εφαρμογών και οδηγώντας σε καλύτερη κατανόηση της πυρηνικής ύλης και των πυρηνικών δυνάμεων. Από το 1936 είχαν παραχθεί περίπου 200 ραδιονουκλίδια. Σήμερα είναι γνωστά περίπου 250 σταθερά νουκλίδια. Παράγονται με δέσμες σωματιδίων, από πρωτόνια έως ²³⁸U, που επιταχύνονται σε κυκλοτρόνια ή γραμμικούς επιταχυντές.

Ο πρώτος επιταχυντής (κυκλοτρόνιο) κατασκευάστηκε στο Berkeley των ΗΠΑ το 1932 από τον Ernest O. Lawrence. Αυτός και ο αδελφός του John Lawrence, γιατρός, αναγνώρισαν σύντομα πολύ σημαντικές ιατρικές εφαρμογές και παρήγαγαν ραδιενεργά ισότοπα για βιολογική και ιατρική έρευνα, καθώς και για τη θεραπεία καρκίνων. Το πρώτο ευρωπαϊκό κυκλοτρόνιο κατασκευάστηκε από τον Frederic Joliot (1939) στο Collège de France, Παρίσι.

Χάρτης του πυρηνικού τοπίου. Οι γραμμές αποστάλαξης σημαδεύουν το όριο της πυρηνικής σταθερότητας έναντι εκπομπής n ή p.

Οι φυσικοί έχουν παραγάγει πολλά νέα ισότοπα που βρίσκονται όλο και πιο μακριά από τη φυσική κοιλάδα πυρηνικής σταθερότητας. Σήμερα υπάρχουν πολλές εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν δέσμες ραδιενεργών ιόντων. Η ζήτηση για ιατρικά ραδιοϊσότοπα είναι παγκόσμιο φαινόμενο και στις ανεπτυγμένες χώρες αυξάνεται εκθετικά από το 1995.

Το βραβείο Nobel Χημείας του 1943 απονεμήθηκε στον G. de Hevesy για το ότι ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε φυσικά (και αργότερα τεχνητά) ραδιενεργά στοιχεία ως ιχνηθέτες για τη μελέτη σταθερών στοιχείων σε βιολογικά συστήματα. Μια πολύ μικρή ποσότητα ραδιενεργού στοιχείου μπορεί εύκολα να παρακολουθηθεί μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί και με χημικούς ιχνηθέτες, αλλά θα χρειάζονταν πολύ μεγαλύτερες ποσότητες χημικών, καθιστώντας τη διαδικασία πολύ πιο επικίνδυνη για τον ασθενή.

Σε μια τυπική έρευνα πυρηνικής ιατρικής, ένας ιχνηθέτης χορηγείται στον ασθενή και οι ακτίνες γ που εκπέμπονται από το νουκλίδιο του ιχνηθέτη καταγράφονται με μια διάταξη ανιχνευτών ακτινοβολίας. Αυτό ονομάζεται τομογραφία εκπομπής. Ο ιχνηθέτης επιλέγεται συνήθως ώστε να εναποτίθεται επιλεκτικά σε συγκεκριμένο όργανο, και τότε οι ανιχνευόμενες ακτίνες γ παρέχουν λεπτομερή εικόνα της περιοχής ενδιαφέροντος. Στο εκπαιδευμένο μάτι, οι εικόνες μπορούν να αποκαλύψουν δομικές ή μεταβολικές ανωμαλίες, οδηγώντας σε καλύτερες διαγνώσεις. Στην πυρηνική ιατρική χρησιμοποιείται μεγάλη ποικιλία ισοτόπων, καθένα ειδικά στοχευμένο για συγκεκριμένα όργανα του ανθρώπινου σώματος.

Εικόνα επάνω: εφαρμογή PET στη νευροφυσιολογία (λεκτική εργαζόμενη μνήμη στον εγκέφαλο), Νοσοκομείο San Raffaele, Μιλάνο.

Οι όγκοι μπορούν να εντοπιστούν με τεχνικές όπως η Τομογραφία Εκπομπής Μονού Φωτονίου (SPECT) ή η Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων (PET) (στην οποία χρησιμοποιούνται πυρήνες που εκπέμπουν ποζιτρόνια (β+) ώστε να παραχθούν — μέσω της διαδικασίας εξαΰλωσης — ενεργητικές ακτίνες γ). Οι τεχνικές SPECT και PET είναι τυπικές στη διάγνωση όγκων, καθώς και σε λειτουργικές μελέτες του φυσιολογικού υγιούς εγκεφάλου.

Εικόνα από υπολογιστική τομογραφία με ακτίνες Χ και ιχνηθέτη ιωδίου (Νοσοκομείο Erasme, Βρυξέλλες).

Μεταξύ των ραδιενεργών στοιχείων, το ιώδιο (I) διαδραματίζει εξαιρετικό ρόλο, καθώς προσκολλάται στον ιστό του θυρεοειδούς με μεγάλη συγγένεια και επιλεκτικότητα. Σε χαμηλές δόσεις μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διαγνωστικούς σκοπούς· εναλλακτικά, η ακτινοβολία που εκπέμπεται από ραδιενεργό ιώδιο προσκολλημένο αποκλειστικά στους ιστούς του θυρεοειδούς μπορεί να θεραπεύσει τον καρκίνο του θυρεοειδούς.

Το ¹³¹I (ακτινοβολία β και γ, με χρόνο ημιζωής 8 ημερών) χρησιμοποιείται εδώ και πάνω από 50 χρόνια για τη μελέτη της δραστηριότητας του θυρεοειδούς. Το Tc-99m (μια μετασταθής διεγερμένη κατάσταση του πυρήνα τεχνητίου-99 με χρόνο ημιζωής 6 ωρών) είναι επίσης πολύ καλός ιχνηθέτης για τη μελέτη οργάνων όπως ο εγκέφαλος, το ήπαρ και οι πνεύμονες. Το ράδιο και το στρόντιο χρησιμοποιούνται για τη μελέτη των οστών και του σκελετού.

Τα φυσιολογικά πιο ενδιαφέροντα χημικά στοιχεία, όπως ο C (άνθρακας), το N (άζωτο) και το O (οξυγόνο), έχουν βραχύβια ισότοπα που εκπέμπουν β⁺ και χρησιμοποιούνται στις τεχνικές PET. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα νουκλίδια που εκπέμπουν βήτα είναι τα ¹¹C, ¹³N, ¹⁵O και ¹⁸F (φθόριο).

Εικόνα δεξιά: σπινθηρογράφημα της δραστηριότητας του θυρεοειδούς με τεχνήτιο.

Το SPECT σημαίνει Τομογραφία Εκπομπής Μονού Φωτονίου. Σε αυτή τη διαδικασία, τα όργανα απεικονίζονται μετρώντας την κατανομή ενός ενέσιμου ραδιοϊχνηθέτη μέσω μιας «κάμερας» γάμμα συνδεδεμένης με υπολογιστή. Η απεικόνιση SPECT περιλαμβάνει την περιστροφή μιας διάταξης ανιχνευτών γάμμα γύρω από τον ασθενή, ώστε να ληφθούν μετρήσεις από πολλές γωνίες. Με αυτή την τεχνική αναζητείται η θέση και η συγκέντρωση της κατανομής των ραδιονουκλιδίων. Το SPECT χρησιμοποιεί ραδιοϊσότοπα όπως το ^99mTc ή το ¹²³I, όπου εκπέμπεται ένα μονό γ (των 140 keV).

Εικόνα αριστερά: μια εγκεφαλική βλάβη εντοπίζεται καθαρά με σάρωση SPECT (αριστερά). Το γλοίωμα (τύπος όγκου του εγκεφάλου) ορίζεται ασαφώς στην τομογραφία ακτίνων Χ (δεξιά), αλλά φαίνεται ως καθαρή σκοτεινή κηλίδα σε εικόνα SPECT με Tc-99m.

Υπάρχουν πολλές εφαρμογές του SPECT, τόσο στη διάγνωση όσο και ως βοήθημα στη θεραπεία. Σαρώσεις SPECT που χρησιμοποιούν ραδιοϊσότοπο το οποίο δεν απορροφάται από τους ιστούς αλλά ταξιδεύει στην κυκλοφορία του αίματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δούμε πώς ρέει το αίμα σε ορισμένους ιστούς και όργανα. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για σαρώσεις εγκεφάλου και καρδιάς.

Στην τεχνική Τομογραφίας Εκπομπής Ποζιτρονίων (PET), τα συνήθως χρησιμοποιούμενα ισότοπα είναι τα ¹⁵O, ¹³N, ¹¹C και ¹⁸F. Αυτά έχουν σύντομους χρόνους ημιζωής, περίπου 2, 10, 20.4 και 110 λεπτά αντίστοιχα, οπότε τα ραδιοϊσότοπα πρέπει να παράγονται κοντά στο σημείο όπου χρησιμοποιούνται. Γι' αυτόν τον λόγο, πολλά νοσοκομεία διαθέτουν ένα μικρό κυκλοτρόνιο κοντά ή ακόμη και μέσα στο ίδιο το νοσοκομείο, ειδικά κατασκευασμένο για την παραγωγή αυτών των ισοτόπων. Το ισότοπο στη συνέχεια συνδέεται με μια φυσική χημική ουσία όπως γλυκόζη, νερό ή αμμωνία, η οποία εισάγεται στο ανθρώπινο σώμα με έγχυση ή ενδεχομένως με εισπνοή ως αέριο. Το ραδιοϊσότοπο ταξιδεύει προς το μέρος του σώματος που χρησιμοποιεί τη χημική ουσία με την οποία συνδέθηκε — γι' αυτό χρησιμοποιούνται πολλοί διαφορετικοί τύποι χημικών ουσιών.

Σχηματική αναπαράσταση της τεχνικής PET. Μια κυκλική διάταξη ανιχνευτών καταγράφει τις δύο ακτίνες γάμμα που προέρχονται από εξαΰλωση e⁺ - e^-.

Τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν αντίστοιχα αντι-σωματίδια. Το αντι-σωματίδιο ενός σωματιδίου είναι ουσιαστικά το ίδιο σωματίδιο αλλά με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Όταν ένα σωματίδιο και το αντι-σωματίδιό του συγκρούονται, εξαϋλώνονται με εκπομπή καθαρής ενέργειας.

Τα ισότοπα που χρησιμοποιούνται συνήθως σε μια σάρωση PET είναι εκπομποί β⁺. Όταν το ισότοπο διασπάται μέσα στο σώμα του ασθενούς, κάθε ποζιτρόνιο (β⁺) που εκπέμπεται διανύει μόνο μικρή απόσταση μέσα στον ιστό (τυπικά λιγότερο από 1 mm, αλλά αυτό εξαρτάται από το ισότοπο) πριν εξαϋλωθεί με ένα ηλεκτρόνιο (β^-). Η ενέργεια που απελευθερώνεται στην εξαΰλωση έχει τη μορφή ζεύγους φωτονίων γάμμα (γ), που εκπέμπονται υπό γωνία 180° μεταξύ τους, με ενέργεια 511 keV το καθένα. Η ανίχνευση των δύο ακτίνων γ σε σύμπτωση από δύο ανιχνευτές επιτρέπει τον εντοπισμό του γεγονότος της διάσπασης πάνω στην ευθεία που συνδέει τους δύο ανιχνευτές.

Οι σαρώσεις PET χρησιμοποιούνται συνήθως για τη διάγνωση καρκίνων, καρδιακών παθήσεων και ορισμένων εγκεφαλικών διαταραχών όπως η επιληψία ή η νόσος Alzheimer. Η PET χρησιμοποιείται επίσης στην αξιολόγηση της ανταπόκρισης σε θεραπεία κατά του καρκίνου. Επιπλέον, οι σαρώσεις PET χρησιμοποιούνται στην έρευνα, για παράδειγμα σε μελέτες των επιδράσεων της κατάχρησης ουσιών ή της γήρανσης.

Οι κίνδυνοι που συνδέονται με μια σάρωση PET είναι πολύ μικροί, αλλά όπως με τους περισσότερους τύπους σαρώσεων, δεν είναι πάντοτε κατάλληλη για εγκύους ή θηλάζουσες. Λόγω της παρουσίας ραδιενεργής ουσίας στο σώμα τους, τα νοσοκομεία συμβουλεύουν τους ασθενείς να αποφεύγουν κάθε κοντινή επαφή με εγκύους ή μικρά παιδιά για τουλάχιστον μερικές ώρες μετά από μια σάρωση PET.

Εικόνα σάρωσης PET που δείχνει καρκίνο των οστών του σκελετού (Νοσοκομείο Erasme, Βρυξέλλες).

Σε σύγκριση με άλλες τεχνικές διαγνωστικής απεικόνισης, όπως η σάρωση ακτίνων Χ ή η MRI, η PET μελετά τη λειτουργία του σώματος και όχι την ανατομία του. Έως σήμερα, καμία τεχνική διαγνωστικής απεικόνισης δεν μπορεί να την ανταγωνιστεί ως προς τη δυναμική αλληλεπίδραση. Αυτή η τεχνική ιατρικής απεικόνισης επιτρέπει την παρακολούθηση, σε διάφορες χρονικές στιγμές, ποσοτικών πληροφοριών για τη φαρμακοκινητική και τη φαρμακοδυναμική ενός επισημασμένου βιομορίου που εγχέεται (ή εισπνέεται) σε ζωντανό ζώο ή άνθρωπο. Η PET είναι χρήσιμη στη μελέτη του μεταβολισμού (απορρόφηση σακχάρων, ενσωμάτωση αμινοξέων σε πρωτεΐνες κ.λπ.), ενζυμικών αντιδράσεων και μοριακών αλληλεπιδράσεων. Το SPECT, όπως και η PET, συλλέγει πληροφορίες για τη συγκέντρωση ραδιονουκλιδίων που εισάγονται στο σώμα του ασθενούς.

Η απεικόνιση SPECT υστερεί έναντι της PET ως προς την επιτεύξιμη ανάλυση και ευαισθησία. Για την PET, η καλύτερη χωρική ανάλυση που επιτυγχάνεται σήμερα είναι περίπου 6 mm, δηλαδή 2 έως 3 φορές καλύτερη από ό,τι με το SPECT. Λόγω της ταχείας διάσπασής τους, ουσιαστικά όλα τα ισότοπα PET πρέπει να παράγονται επί τόπου (με εξαίρεση το ¹⁸F με χρόνο ημιζωής 110 λεπτών). Αντίθετα, τα ισότοπα SPECT όπως το ¹²³I έχουν αρκετά μεγάλο χρόνο ημιζωής (13.2 ώρες) ώστε να επιτρέπουν κεντρική παραγωγή σε απομακρυσμένες εγκαταστάσεις και αποστολή μέσω ταχυμεταφοράς.

Μια άλλη τεχνική που χρησιμοποιείται για ιατρική διάγνωση είναι η Μαγνητική Τομογραφία (MRI). Τα πρώτα κλινικά όργανα MRI (που αρχικά ονομάζονταν NMR, από το Nuclear Magnetic Resonance) κατασκευάστηκαν τη δεκαετία του 1980.

Το κύριο πλεονέκτημα της MRI είναι ότι δεν χρησιμοποιεί καμία ραδιενεργό ουσία. Οι MRI δείχνουν την κατανομή του νερού (H₂O) στο σώμα και τα όργανα όπου αυτό αποθηκεύεται. Η MRI είναι ουσιαστικά ένας μεγάλος σωλήνας με ισχυρούς μαγνήτες στο εσωτερικό του. Αυτό συμβαίνει επειδή τα πρωτόνια στους πυρήνες του H συμπεριφέρονται σαν μικροσκοπικοί μαγνήτες. Όταν εφαρμοστεί εξωτερικό μαγνητικό πεδίο γύρω από τον ασθενή (κάτι που δεν είναι βλαβερό), όλοι αυτοί οι μικροσκοπικοί μαγνήτες μέσα στο νερό ευθυγραμμίζονται προς μία κατεύθυνση. Όταν το πρωτόνιο επανέρχεται στη θέση του, απελευθερώνει ραδιοκύματα, τα οποία ο σαρωτής MRI μπορεί στη συνέχεια να ανιχνεύσει και να μετρήσει ώστε να δημιουργήσει μια δισδιάστατη εικόνα του σώματος. Οι MRI χρησιμοποιούνται συνήθως για διαγνώσεις εγκεφάλου ή καρδιάς, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σάρωση σχεδόν οποιουδήποτε μέρους του σώματος.

Η τεχνολογία MRI εξελίσσεται περαιτέρω ώστε να αντιμετωπίζει ευρύτερο φάσμα προβλημάτων κλινικής διάγνωσης. Για παράδειγμα, πολωμένο Xe-129 ή He-3 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απεικόνιση των αεραγωγών στους πνεύμονες με υψηλή χωρική και χρονική ανάλυση. MRI αιμοφόρων αγγείων και οργάνων στο κεφάλι και τον κορμό.

Το βραβείο Nobel Ιατρικής του 2003 απονεμήθηκε στους Paul Lauterbur και Sir Peter Mansfield για το έργο και τη συμβολή τους στη Μαγνητική Τομογραφία.

Τα περισσότερα σύγχρονα και πανεπιστημιακά νοσοκομεία χρησιμοποιούν σήμερα MRI και PET, μαζί με άλλες τεχνικές απεικόνισης. Σε πολλά ινστιτούτα Πυρηνικής Φυσικής υπάρχουν ομάδες των οποίων οι δραστηριότητες και η έρευνα αφιερώνονται σε συγκεκριμένες ιατρικές εφαρμογές καθώς και στη θεραπεία ασθενών, για παράδειγμα στο GSI (Γερμανία), στο PSI (Ελβετία), στο GANIL (Γαλλία), στο HMI (Γερμανία) ή στο LARN (Βέλγιο).

Η θεραπεία με σωματίδια περιλαμβάνει τη στόχευση ιονισμένων σωματιδίων προς τον όγκο. Ο ιονισμός καταστρέφει αδιακρίτως το DNA των κυττάρων. Ωστόσο, τα καρκινικά κύτταρα είναι λιγότερο ικανά να επιδιορθώσουν τον εαυτό τους και επηρεάζονται περισσότερο από αυτή τη βλάβη.

Τα σωματίδια που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν πρωτόνια, νετρόνια ή θετικά φορτισμένα ιόντα. Κάθε τύπος σωματιδίου έχει διαφορετική ενέργεια και επομένως μπορεί να διεισδύσει στο ανθρώπινο σώμα σε διαφορετικό βαθμό. Γι' αυτό χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι σωματιδίων για διαφορετικές διαδικασίες. Το πιο συνηθισμένο είδος θεραπείας με σωματίδια είναι η θεραπεία με πρωτόνια.

Ένα θεμελιώδες πρόβλημα της ακτινοθεραπείας είναι η ανάγκη μεγιστοποίησης της δόσης που αποδίδεται στον όγκο, ελαχιστοποιώντας ταυτόχρονα τη βλάβη στον υγιή ιστό γύρω του. Στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (ακτίνες Χ ή γ), μεγάλο μέρος της δόσης επηρεάζει τον υγιή ιστό κατά μήκος της δέσμης, μπροστά και πίσω από τον όγκο.

Μια βελτίωση στην ακτινοθεραπεία επιτυγχάνεται σήμερα με τη χρήση δεσμών σωματιδίων υψηλής ενέργειας (p, βαρέα ιόντα), επειδή για τις δέσμες ιόντων η δόση αυξάνεται με το βάθος διείσδυσης μέχρι ένα μέγιστο στο τέλος της εμβέλειας του σωματιδίου. Η θεραπεία με δέσμες ιόντων επιτρέπει την εναπόθεση μεγαλύτερης και αποτελεσματικότερης δόσης στον όγκο από οποιονδήποτε άλλο τύπο εξωτερικής θεραπείας.

Η εικόνα επάνω δεξιά δείχνει σύγκριση δύο διαδικασιών. Η θεραπεία με φωτόνια (a) εναποθέτει υψηλή δόση ακτινοβολίας στον υγιή ιστό μπροστά από τον όγκο. Στην περίπτωση δέσμης σωματιδίων (b), το μεγαλύτερο μέρος της δόσης περιορίζεται στον όγκο.

Η εικόνα αριστερά δείχνει σάρωση καρκίνου του εγκεφάλου πριν, και έξι εβδομάδες μετά την ακτινοθεραπεία με φωτόνια και ιόντα άνθρακα.

Έως σήμερα, περισσότεροι από 50.000 ασθενείς παγκοσμίως έχουν θεραπευτεί με δέσμες πρωτονίων. Η θεραπεία όγκων του οφθαλμού με δέσμες πρωτονίων δίνει μακράν τα καλύτερα κλινικά αποτελέσματα. Η θεραπεία με πρωτόνια είναι επίσης ιδανική όταν ο όγκος βρίσκεται κοντά σε κρίσιμο όργανο, καθώς μπορεί να στοχευθεί με μεγάλη ακρίβεια. Όσο καλύτερη είναι η σύμπτωση του ακτινοβολούμενου όγκου με τον όγκο-στόχο, τόσο καλύτερα τα αποτελέσματα. Αυτό ισχύει και για τις δέσμες βαρέων ιόντων, όπου μπορεί να επιτευχθεί ανώτερη σύμπτωση σε σχέση με τα πρωτόνια. Η θεραπεία με βαρέα ιόντα πρωτοστάτησε το 1974 στο Lawrence Berkeley Laboratory. Οι πρώτες θεραπείες χρησιμοποιούσαν ιόντα Ar (αργού) και αργότερα ιόντα Si (πυριτίου) και Ne (νέου). Οι όγκοι που ακτινοβολήθηκαν βρίσκονταν κοντά σε κρίσιμα όργανα στον εγκέφαλο, το κεφάλι ή τον τράχηλο. Τα αποτελέσματα ήταν εξαιρετικά και έδωσαν το κίνητρο για την κατασκευή ειδικών Ιατρικών Επιταχυντών Βαρέων Ιόντων.

Η βραχυθεραπεία είναι μια μορφή ακτινοθεραπείας όπου ραδιενεργό υλικό τοποθετείται μέσα στο σώμα, κοντά στον όγκο. Τα πλεονεκτήματα αυτής της διαδικασίας είναι ότι η ακτινοβολία δεν χρειάζεται να ταξιδέψει από το εξωτερικό του σώματος μέσα από υγιή ιστό για να φτάσει στον όγκο, και έτσι επηρεάζει μόνο μια εντοπισμένη περιοχή. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να δοθούν σχετικά υψηλές δόσεις με ελάχιστο κίνδυνο. Επίσης, ο ασθενής παραμένει κινητός καθ' όλη τη διάρκεια της θεραπείας. Η συνολική θεραπεία ολοκληρώνεται συνήθως σε λιγότερο χρόνο από άλλες διαδικασίες, οπότε υπάρχει λιγότερος χρόνος για να πολλαπλασιαστούν τα καρκινικά κύτταρα μεταξύ των συνεδριών.

Η βραχυθεραπεία είναι τυπική τεχνική για ορισμένους γυναικολογικούς καρκίνους, όπως ο καρκίνος του τραχήλου της μήτρας ή του προστάτη, και για ορισμένα στάδια καρκινώματος κεφαλής και τραχήλου. Για παθήσεις του προστάτη έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες προσεγγίσεις, οι οποίες υπαγορεύονται κυρίως από το επιλεγμένο ισότοπο. Το ¹²⁵I (με χρόνο ημιζωής 60 ημερών) και το ¹⁰³Pd (με χρόνο ημιζωής 17 ημερών) χρησιμοποιούνται για μόνιμα εμφυτεύματα. Αυτά τα ισότοπα μπορούν να παραχθούν με σύλληψη νετρονίων σε αντιδραστήρες. Το ¹⁰³Pd μπορεί να παραχθεί αποδοτικότερα σε κυκλοτρόνια (με δέσμες πρωτονίων 14 MeV). Στις ΗΠΑ υπάρχουν κλινικά δεδομένα άνω των 10 ετών από τη χρήση του ¹⁰³Pd στη βραχυθεραπεία προστάτη. Αυτή η κλινική επιτυχία, μαζί με την απουσία παρενεργειών, το έχει καταστήσει πολύ δημοφιλή επιλογή για θεραπεία.

Ο Ήλιος παρέχει την ενέργεια που χρειάζεται η Γη για να φιλοξενεί ζωή. Η ενέργεια του Ήλιου παράγεται στον πυρήνα του, όπου λαμβάνουν χώρα πυρηνικές αντιδράσεις σε θερμοκρασίες περίπου 15 εκατομμυρίων °C. Η ενέργεια που παράγεται στην αλυσίδα p-p απομακρύνεται από φωτόνια και από νετρίνα που διαφεύγουν χωρίς να απορροφηθούν. Αυτά τα φωτόνια μπορεί να χρειαστούν 2 εκατομμύρια χρόνια για να ταξιδέψουν από τον πυρήνα του Ήλιου έως την επιφάνεια, αλλά μετά φτάνουν στη Γη σε περίπου 8 λεπτά.

Ο Ήλιος εκπέμπει ορατό φως, υπέρυθρη ακτινοβολία που αισθανόμαστε ως θερμότητα, και υπεριώδη ακτινοβολία που, δυστυχώς, μπορεί να είναι επικίνδυνη. Η υπεριώδης ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει μελάνωμα του δέρματος (καρκίνο του δέρματος). Το μελάνωμα του δέρματος είναι μία από τις πιο συχνές αιτίες καρκίνου και το 2008, για παράδειγμα, σκότωσε περίπου 46.000 ανθρώπους παγκοσμίως.

Μικροσκοπική άποψη υγιούς δέρματος (αριστερά) και δέρματος που έχει υποστεί βλάβη από ακτινοβολία (δεξιά).

Ο ρυθμός διάγνωσης κακοήθους μελανώματος τετραπλασιάστηκε τα τελευταία 30 χρόνια. Απαντάται συχνότερα σε άτομα με οικογενειακό ιστορικό καρκίνου του δέρματος, σε ανοιχτόχρωμα και ξανθά άτομα και σε άτομα άνω των 40 ετών. Ωστόσο, οποιοσδήποτε μπορεί να αναπτύξει καρκίνο, ανεξάρτητα από φυλή, ηλικία ή γενετική. Οι περισσότερες βλάβες του δέρματος συμβαίνουν πριν από την ηλικία των 20 ετών, αλλά συχνά δεν εμφανίζονται μέχρι τα 40, οπότε ακόμη και αν δεν βλέπετε το δέρμα σας να καίγεται, εξακολουθείτε να το βλάπτετε. Γι' αυτό είναι τόσο σημαντικό να φοράτε αντηλιακό και να αποφεύγετε τον Ήλιο όταν είναι πιο δυνατός (μεταξύ 11 π.μ. και 3 μ.μ.).