Anwendung ionisierender Strahlung in der Radiologie

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Jakob Meissner
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1 Anwendung ionisierender Strahlung in der Radiologie

2 Gliederung: Ionisierende Strahlen (geordnet nach Praxisrelevanz) Strahlenarten und -spezifiken - Photonenstrahlung - Korpuskularstrahlung Strahlenanwendung - in Diagnostik und Therapie - in Brachy- und Teletherapie Arten der Entstehung - Röntgeneigenstrahlung - Röntgenbremsstrahlung - schnelle Elektronen - Nuklide

3 Strahlentherapie / Lokalisation Lokalisationsraum mit Simulix Steuerraum mit Rechen-und Bildtechnik

4 Therapierelevante Arten ionisierender Strahlung Photonenstrahlung ohne Ruhemasse def.halbwertsschichtdicke indirekt ionisierend mitaufbaueffekt Korpuskularstrahlung mitruhemasse def. Reichweite direktionisierend ohne Aufbaueffekt

5 Anwendung von Photonenstrahlung und Korpuskularstrahlung beim HNO-Modus Teil 1 bis 36 Gy; am Cobaltgerät: große laterale Photonenfelder d.h. keine Schonung der Wirbelsäule

6 Anwendung von Photonenstrahlung und Korpuskularstrahlung beim HNO-Modus Teil 2 36 bis 50 Gy; am Linearbeschleuniger verkleinerte laterale Photonenfelder; somit Schonung der Wirbelsäule retroaurikuläre Elektronenfelder; Energie der Elektronen in Abhängigkeit der Tiefe bis Spinalkanal

7 Verkleinertes Photonenfeld beim HNO-Modus Spinalkanal wird ausgespart

8 Aufbaueffekt bei Photonenstrahlung Photonenstrahlung indirekt ionisierende Strahlung hieraus resultiert der wichtigste Effekt bei der perkutanen Therapie, der Aufbaueffekt Verlagerung des Dosismaximums in energieabhängige Tiefe da: Entlastung der oberflächennahen Bereiche

9 Oberflächendosis und Tiefendosismaximum in Abhängigkeit von der Energie Je grösser die Energie, um so grösser der Aufbaueffekt, um so grösser das Tiefendosismaximum um so kleiner die Oberflächendosis

10 Prinzipielle Wirkungsweise des Aufbaueffektes bei Photonenstrahlung Die in unterschiedlichen Tiefen ausgelösten Sekundärelektronen addieren sich bis zur Tiefe der maximalen Reichweite der Sekundärelektronen

11 Reduzierung des Aufbaueffektes durch Einsatz von Photonenstrahlung niedriger Energie Beispiel: multiple Hirnmetastasen zwei laterale Felder niedriger Energie Aufbaueffekt so klein wie möglich, da oberflächennahe Bereiche mit erfasst werden sollen

12 Nutzung des maximalen Aufbaueffektes bei tiefliegenden Tumoren Beispiel: zentral liegender Hirntumor Entlastung der Eintrittspforten durch Tiefendosismaximum in 3cm

13 Anwendung unterschiedlicher Energien bei unterschiedlich langen Eintrittspforten schräg ventrales Feld 15MV, da längere Eintrittspforte schräg laterales Feld 6MV, da Tumor unmittelbar an Oberfläche angrenzt

14 Ionisierende Strahlen für Diagnostik und Therapie Diagnostik Therapie nuklearmed. Röntgen- Diagnostik diagnostik nukl.- Röntgen- Brachy- Tele- Therapie therapie therapie therapie unterschiedl. Anreicherung unterschiedl. Schwächung nur χ-strahlen bzw. Bremsstrahlen geignet, da ß-Strahlen im Körper absorbiert würden arterien Elektronen vorzugs- 150kV vorzugs- χ-strahlen weise Brems- weise ß- Strahlen strahlen χ-strahlen Bremsß- Strahlen strahlen für Dilatation von Koronar- schnelle

15 Nuklearmedizinische Diagnostik Strahlenkontrast aufgrund unterschiedlicher Anreicherung des Nuklids im untersuchten Organ HWZmöglichst niedrig (z.b. 99m Tc 6 Stunden) nur χ-strahler geeignet

16 Röntgendiagnostik Strahlenkontrast aufgrund unterschiedlicher Schwächung je größer die Schwächung, um so größer muß die Energie sein, damit optimales Durchdringungsvermögen je geringer die Dichteunterschiede, um so weicher muß die Strahlung sein, damit optimale Schwächungsunterschiede ( siehe: Mammografie)

17 Brachy- und Teletherapie (in Abhängigkeit vom Quelle-Herd-Abstand) Brachytherapie (<10cm) Teletherapie (>10cm) steiler Abfall der Isodosen flacher Abfall der Isodosen optimale Schonung Eintrittspforten relativ von Risikoorganen hohe Dosis für kleinvolumige Tumoren für großvolumige Tumoren besonders geeignet besonders geeignet

18 Auswirkung des Abstandsquadratgesetzes auf die Intensität der Strahlung Die bestrahlte Fläche ist proportional zum Quadrat des Abstandes F ~ A 2 die Intensität der Strahlung ist umgekehrt proportional zur bestrahlten Fläche I ~ 1/F

19 Teletherapie an den Linearbeschleunigern KD2 und PRIMUS Photonenstrahlung 6MV und 15MV und Elektronenstrahlung 6, 9, 12, 15, 18 und 21MV

20 Brachytherapie Iridiumquelle für Afterloading Afterloadinggerät und C-Bogen

21 Steiler Abfall der Isodosen bei Brachytherapie durch Wirkung des Abstandsquadratgesetzes in 2mm 10Gy in 20mm 1/100 *10Gy = 0,1Gy in 1cm 9Gy in 3cm 1/9 *9Gy = 1Gy

22 Arten der Entstehung ionisierender Strahlung Eigenstrahlung (Weichstrahlröntgenröhre) für Diagnostik (Mammografie) Bremsstrahlung (Röntgenröhre/Teilchenbeschleuniger) für Diagnostik und Therapie ß-und χ-strahlung (Zerfall radioaktiver Nuklide) ß-Strahlung (nur für Therapie) y-strahlung (für Diagnostik und Therapie)

23 Charakteristische - /oder Röntgeneigenstrahlung durch Energiezufuhr werden Elektronen der äußeren Elektronenhülle auf energiereichere Bahnen geschleudert beim Zurückfallen wird charakteristische-/oder Eigenstrahlung frei diese Strahlung besitzt diskretes Spektrum typische Anwendung Mammografie da weiche Strahlung

24 Entstehung von Röntgenbremsstrahlung durch Abbremsen von schnellen Elektronen in Kernnähe es entsteht ein kontinuierliches Spektrum hieraus ergibt sich Notwendigkeit der Filterung

25 Notwendigkeit der Filterung von Röntgenbremsstrahlung durch kontinuierliches Spektrum großer Anteil weicher Strahlung durch Filterung Vermeidung unnötiger Strahlenbelastung in Röntgendiagnostik: unnötige Strahlenbelastung durch weiche Anteile, die nicht zum Bildaufbau beitragen in Röntgentiefentherapie: unnötige Strahlenbelastung oberflächennaher Bereiche

26 Auswirkung der Filterung auf mittlere Energie und Intensität Durch Filter wird Strahlung geschwächt und aufgehärtet, da vorzugsweise energiearme Anteile absorbiert werden

27 Nuklide stabile Nuklide (inaktive Nuklide) instabile Nuklide (Radionuklide) ausgewogenes Verhälnis von Neutronen zu Protonen bei kleinen Kernen 1:1 bei großen Kernen etwas mehr Neutronen Protonen- Neutronenüberschuß überschuß durch Beschuß mit durch Neutronen- Protonen im anreicherung im Zyklotron Kernreaktor β + - Zerfall β - - Zerfall Positronen- Elektronenstrahlung strahlung

28 60 Cobalt - Teletherapiegerät 60 Cobalt HWZ 5,2 Jahre ; Aktivität neu 5600 Ci

29 Halbwertszeit Definition: Nach einer Halbwertszeit ist die Zahl der unzerfallenen Kerne auf die Hälfte gesunken Halbwertszeit physikalische biologische effektive Halbwertszeit Halbwertszeit Halbwertszeit das heißt: effektive Halbwertszeit ist immer kleiner als kleinste Einzelhalbwertszeit Beispiele: 60 Co HWZ 5,2Jahre Aktivität 5600Ci nach 5,2 Jahren noch 2800Ci Iridium HWZ 3 Monate Aktivität 10 Ci nach 3Monaten noch 5Ci

30 Viel Erfolg für Ihr weiteres Studium im reizvollem Saalestädchen Jena und - herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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