Grundlagen Strahlenschutz III
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- Heike Schräder
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1 Grundlagen Strahlenschutz III
2 Inhalt STRAHLENPHYSIK GRUNDLAGEN RADIOLOGIE STRAHLENBIOLOGIE ROENTGENTECHNIK Grundlagen Gesetzgebung Strahlenbiologie / Strahlenpathologie Operationelle Dosisbegriffe Dosisabschätzungen Berechnung von Abschirmungen
3 Operationelle Dosisbegriffe Inhalt Operationelle Dosisgrössen Dosis-Abschätzungen Berechnungen von Abschirmungen
4 Operationelle Dosisbegriffe Inhalt Operationelle Dosisgrössen Dosis-Abschätzungen Berechnungen von Abschirmungen
5 Körper Welche Dosis? Strahlenfeld Dosis D Luft Muskelgewebe Fettgewebe Lungengewebe a) Knochen b) c) Dosisverteilung im Körper inhomogen für Optimierung jedoch eine Grösse (Zahl) wünschenswert Effektive Dosis E Tiefe x
6 physikalische Grössen absorbierte Dosis D Kerma K Berechnet bzw. gemessen in einfachen Phantomen Berechnung mit w R, w T und Bezug auf anthropomorphes Phantom operationelle Grössen H P (d), H*(d), H'(d) Vergleich mittels Messung bzw. Berechnung biologische Grössen (protection quantities) H T, E
7 Operationelle Dosisbegriffe H P (d) Körper Strahlenfeld Dosis D Luft Muskelgewebe Fettgewebe Lungengewebe a) Knochen b) c) Äquivalent-Dosis in der Tiefe d im Gewebe Messung in quaderförmigem Wasser-Phantom (Wand PMMA 10 mm, vorne 2.5 mm) Tiefe d
8 D H = w R D E = Σw T H T H P (d) H(d)
9 Operationelle Dosisbegriffe H P (10) = Hp Körper Strahlenfeld Dosis D Luft Muskelgewebe Fettgewebe Lungengewebe Knochen b) a) Tiefe d c) Äquivalentdosis in 10 mm Tiefe Organe mit hohem Wichtungsfaktor (Schilddrüse!) liegen eher tiefer Schätzwert für effektive Dosis E bei externer Bestrahlung
10 E / H P Photonenenergie (MeV)
11 Operationelle Dosisbegriffe H P (0.07)= H S Körper Strahlenfeld Dosis D Luft Muskelgewebe Fettgewebe Lungengewebe a) Knochen b) c) Äquivalentdosis in 0.07 mm Tiefe Annahme: dünste Dicke der Hornhaut Schätzwert für Hautdosis Tiefe d
12 Operationelle Dosisbegriffe Körper Tiefe d H P (3) Äquivalentdosis in 3 mm Tiefe Operationeller Schätzwert für Augenlinse (Grenzwert!) Strahlenfeld Dosis D Luft Muskelgewebe Fettgewebe Lungengewebe Knochen a) b) c)
13 Operationelle Dosisbegriffe H*(d) Umgebungsäquivalent- Dosis Messung in ICRU-Kugel (76.2% O, 11.1% C, 10.1% H, 2.6% N) aufgeweitetes Strahlenfeld Messung auf dem zur Einstrahlrichtung parallelen Kugelradius in d mm Tiefe H*(10) operationelle Messgrösse für H P
14 1.6 rel. Ansprechvermögen Ionisationskammer Szintillator Geiger-Müller- Zählrohr Energie [kev]
15 Operationelle Dosisbegriffe H (d) Richtungsäquivalent-Dosis Messung in ICRU-Kugel (76.2% O, 11.1% C, 10.1% H, 2.6% N) aufgeweitetes Strahlenfeld Messung auf festgelegtem Kugelradius in d mm Tiefe H (0.07) operationelle Messgrösse für H S Mass für Dosimeter- Ansprechvermögen
16 Dosis-Abschätzungen Inhalt Operationelle Dosisgrössen Dosis-Abschätzungen Berechnungen von Abschirmungen
17 Dosis-Abschätzungen Inhalt Ablauf / Konzept für Dosisabschätzungen Röntgendiagnostik Nuklearmedizin Radio-Onkologie
18 Dosisabschätzungen Ablauf Auftrag (meistens durch Arzt) Erhebung der Patientendaten (Alter, Geschlecht, Gewicht, Grösse) Erwartete Dosisgrösse(n): Organdosen, Uterusdosis, effektive Dosis Dosisabschätzung nach Stufenkonzept Rückmeldung an Auftraggeber
19 Dosisabschätzungen Stufenkonzept Typische Dosen gemäss Tabellen Dosisabschätzung anhand grober Konzepte verfeinerte Dosisabschätzung (computergestützte) Dosisberechnung Messung im Phantom
20 Dosisabschätzungen 3 - Stufenkonzept Stufe I: grobe Abschätzung nach Tabellen Sufe II: Wenn bei Stufe I Uterusdosis > 20 msv, Abschätzung durch Berechnung mit Untersuchungsdaten und typischen Parametern Stufe III: Wenn bei Stufe II Uterusdosis > 100 msv, Berechung mit individuellen Parametern
21 Dosisabschätzungen Konzept nach ICRP h A, A/S, A/V, Q, DAP e Grundlage: Zugängliche Parameter wie Aktivität, mas, kv, DAP, DLP Konversionsfaktoren H E
22 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik Typische Dosen können als grobe Triage dienen: sehr geringes Risiko: Intraoral-Aufnahmen, konventionelle Aufnahmen Extremitäten geringes Risiko: Thorax, Zahnstatus, Schädel p.a mittleres Risiko: LWS, Becken, Abdomen Übersicht grosses Risiko: CT, Angiographien
23 Untersuchung nur Aufnahmen! Oberflächendosis / msv Knochenmark / msv Gonaden Frau / msv Gonaden Mann / msv effektive Dosis /msv Ellenbogen a.p < 0.01 < 0.01 < Knie a.p < 0.01 < 0.01 < Thorax p.a Schädel p.a < 0.01 < Mamma HWS a.p < 0.01 < Magen a.p < Becken a.p LWS a.p
24 0.5 µgy = 100% 95% 0.2 µgy = 100% 88% 90% 85% 27% 15%
25 Dosis-Abschätzungen Art der Untersuchung Frontzahn Schultergelenk a.p. Hüftgelenk Becken a.p. BWS LWS i.v. Urographie Thorax-CT Becken-CT i.v. Nieren- Angiographie Effektive Dosis [msv] Typische Werte Röntgendiagnostik Für nicht-standard-patienten: Anpassen der Dosis: Attenuationskoeffizient für mittleres Gewebe 0.178cm < µ < 0.223cm 1 1 Halbwertsdicke = 3.1 cm 4.5 cm Detektordosis x 2 = Eintrittsdosis x 2 = E x 2 Bei digitalen Geräten Anpassungen im Bild kaum sichtbar!
26 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik Faustregel für Aufnahmen: Dosen im Nutzstrahl < 10 msv Uterus NICHT im Nutzstrahl: Uterusdosis < 20 msv gelten nur, wenn +/- Standard-Exposition!
27 Art der Untersuchung mittlere absorbierte Dosis Uterus [mgy] Art der Untersuchung LWS a.p. mittlere absorbierte Dosis Uterus [mgy] 0.87 Frontzahn Knie a.p. Schultergelenk a.p. Thorax p.a. Rippenthorax p.a. Schädel Hüftgelenk Becken a.p. < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < Abdomen leer i.v. Urographie i.v. Cholezystographi e Thorax-CT (Schichtdicke: 10 mm) Becken-CT (Schichtdicke: 10 mm) BWS a.p. < 0.01 i.v. Nieren- Angiographie 4.0
28 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik Parameter für Dosisbestimmung bei Aufnahmen: Typ der Anlage Filterung (in mm Al od. Al-äquivalent) Röhrenspannung (kv) Exposition / Ladung (mas) FOD oder FFD und Patientendurchmesser Lage Eintritt Zentralstrahl Einstrahlrichtung (a.p., p.a., lat.) Feldgrösse auf Oberfläche oder Film Zusatzfilter, Ausgleichsfilter Pb-Abdeckung des Patienten
29 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik Zusätzlich oder speziell bei Durchleuchtung: Röhrenstrom (ma) Dauer (s) Wenn immer möglich Dosisflächenprodukt (DAP) Betriebsart NICHT CBCT!
30 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik U I D = g t 0 r 2 g / f Quellen-Konzept Eintritts-Dosis linear zu mas (= I t) Eintritts-Dosis stark abhängig von kv (= U) quadratisches Abstandsgesetz Dosiskonversionsfaktor abhängig von Filterung (f in mm Al) für [U]=kV/100
31 Erhöhung (kv) k α2 k α1 rel. Intens. rel. Intens. k α2 rel. Intens. k β1 k α1 k β E (kv) E (kv) E (kv) k α1 Erhöhung (mas) k α2 k β1 rel. Intens. rel. Intens. rel. Intens. k β E (kv) E (kv) E (kv)
32 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik D = K BSF 0 air 2 [ ] Q[ mas] U kv = k 100 ( FOD[ m] ) 2 k 0.15 mgy m kv 2 mas 2
33 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik Berechnung von Organdosen H = c K Organ f air c f = f ( U, FOD,...) HOrgan Eintritts-Dosis (Luft-Kerma) Konversionsfaktor aus MC Berechnung (Verhältnis mittlere Organdosis / Eintrittsdosis) Tabellen in Drexler et al.: Die Bestimmung der Organdosen in der Röntgendiagnostik
34 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik E = e DSE DSE DSE = D = K BSF F 0 air KD Berechnung der effektiven Dosis mittels Konversionsfaktoren (Bildempfänger- Konzept) K air BSF und mittels Oberflächendosis oder mittels DAP E = e DAP DAP
35 Lokalisation der Aufnahme e DSE [msv/mgy] Schädel Rumpf Extremitäten < 0.01 durchleuchtete Körperregion e DAP [msv/mgy cm 2 ] Schädel Rumpf Extremitäten <
36 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik Dosis-Messung (Nachstellen der Exposition) Phantome: Alderson- Phantom, Wasser-Phantom, PMMA-Phantom Ionsiationskammern, Halbleiterdetektoren, TLD
37 Dosis-Abschätzungen H ( ( )) P = H & P r t dt Röntgendiagnostik Dosis-Messung bei Streustrahlung (Nachstellen der Exposition von Personal) geeignetes Gerät für Hp(10) Abstand und Aufenthaltsdauer ermitteln Hp in der Regel kleiner als Patientendosis Dosimeter im Primärstrahl? Rückstreuung und Abschirmung vom Patienten beachten
38 b c a Strahlrichtung a) 3 MeV b) 200 kev c) 10 kev
39 Diesen Bereich meiden!
40 Dosis-Abschätzungen CT-Untersuchungen Typische Dosen deutlich höhere Hautdosis und effektive Dosis gegenüber Aufnahmen ( dosisintensiv!) Uterus NICHT im Nutzstrahl: Uterusdosis < 20 msv gelten nur, wenn +/- Standard-Exposition! Gelten nicht für Scout View Aufnahmen (Dosisbeotrag klein)
41 Untersuchung H S / msv Knochenmark Gonaden Frau Gonaden Mann E / msv H T / msv H T / msv H T / msv Schädel CT Schichten Thorax CT Schichten Abdomen Schichten
42 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik Parameter für Dosisbestimmung bei CT-Untersuchungen: Typ der Anlage Untersuchungsvolumen Röhrenspannung (kv) Exposition / Ladung (mas) Schichtdicke konventionell: Anzahl Schichten, Schichtdicke Spiral-CT: Pitch, Anzahl Umläufe
43 Dosis-Abschätzungen Röntgendiagnostik CT Berechnung von Organdosen HOrgan D(x) = de dm Dosisprofile der einzelnen Schichten überlagern sich DLP x
44 D(x) = de dm D(x) = de dm x x
45 Dosis-Abschätzungen CT - Definitionen Pitch p: p = s Verhältnis von Tischvorschub s zu Schichtdicke h h Für Berechnung der Organdosis benötigt
46 Dosis-Abschätzungen CTDI CT - Definitionen Computed Tomography Dose Index CTDI: D(z) z 1 CTDI = D( z) dz h Gesamte Dosis (inkl. Streustrahlung) auf Schicht aufgerechnet, entlang einer Linie parallel zur Rotationsachse Dosismass pro Schicht
47 Dosis-Abschätzungen CT - Definitionen 7h 1 CTDI FDA = D( z) dz h 7h + 50mm 1 CTDI100 = D( z) dz h 50mm Verschiedene CTDI: CTDI FDA CTDI 100 n CTDI xyz : normierter CTDI n CTDI xyz = CTDI Q xyz
48 Dosis-Abschätzungen CT - Definitionen Gewichteter CTDI: 1 2 CTDI = CTDI + CTDI 3 3 w 100, c 100, p Mittelung zwischen peripheren und zentralen CTDI getrennt für Kopf- und Rumpfphantom gebildet (PMMA, Durchmesser 16 cm bzw. 32 cm)
49 Dosis-Abschätzungen CT - Definitionen CTDI w, eff 1 = CTDI p w effektiver CTDI: Für p > 1 oder p < 1 Einfluss des Pitch auf Dosis für gesamte Untersuchung Vorsicht: Pitch nicht doppelt berücksichtigen! (vergewissern, welcher CTDI gemeint ist / gemessen wurde)
50 Dosis-Abschätzungen CT - Definitionen Dosis frei Luft auf Systemachse: Messung wie CTDI 100,c Umrechnung mittels Phantomfaktoren für Kopf (P H ) und Rumpf (P B ) + 50mm 1 CTDI Luft = Kair ( z) dz h 50mm
51 Dosis-Abschätzungen CT - Dosis-Ermitlung Berechnung der Organdosis: H Organ = D Organ basierend auf CTDI Luft Konversionsfaktor aus Summe berechnen z+ 1 = CTDI Luft p z f ( Organ, z)
52 Uterus-Dosis
53 Dosis-Abschätzungen CT - Definitionen Dosis-Längen-Produkt DLP: Nützlich für Berechnung der effektiven Dosis DLP = CTDI n h xyz xyz DLP = CTDI p n h w, eff w, eff
54 Dosis-Abschätzungen CT - Dosis-Ermitlung Abschätzung der effektiven Dosis: aus DLP und aus Mittelwert der Dosiskonversionsfaktoren E = DLP f Luft Mittel
55 Abdomen Becken (Frau) Oberbauch Thorax Hals Schädel Säugling männl. (msv/ (mgy*cm) Säugling weibl. (msv/ (mgy*cm) Kind (7J) männl. (msv/ (mgy*cm) Kind (7J) weibl. (msv/ (mgy*cm) Männer (msv/ (mgy*cm) Frauen (msv/ (mgy*cm) Körper- Abschnitt Mittelwerte f mittel
56 Dosis-Abschätzungen CT Dosis-Ermitlung Abschätzung der effektiven Dosis: E = CTDI Q F F n 1 p z+ = z Luft f ( z) aus CTDI Gesamtladung Q (für ganzen Scan!) Konversionsfaktoren für E und betreffende Personengruppe
57 Dosis-Abschätzungen CT Dosis-Ermitlung k U,1 U = U ref 2 Korrektur der Spannung und Geräteabhängige Korrekturen: k U,2 = U U ref (1) Korrektur des CTDI (2) Korrektur der Konversionsfaktoren ev. in Gerätefaktor enthalten E = nctdi Luft Q F kct
58 Dosis-Abschätzungen CT Dosis-Ermitlung k U,1 U = U ref 2 Korrektur der Spannung und Geräteabhängige Korrekturen: k U,2 = U U ref E = nctdi Luft Q F kct Tabellenwerte für f mittel beziehen sich auf 125 kv, Filterung ca. 9 mm Al, Fokus-Achsenabstand cm
59 Einflussfaktoren auf Dosis und Bildqualität Einflussfaktor Strom-Zeit- Produkt Q (mas) Dosis Nimmt linear mit Q zu / ab Bildqualität Rauschen nimmt mit Wurzel zu / ab Spannung U (kv) Nimmt bei mas-anpassung linear ab / zu, sonst überproportional Kontrast nimmt geringfügig ab / zu Objektdicke Verdoppelt / halbiert sich pro +/-4cm bei mas-anpassung Rauschen verdoppelt sich pro +/-8cm ohne mas-anpassung Schichtdicke h Ohne mas-anpassung weitgehend unabhängig von h; nimmt bei konstantem Rauschen linear mit h ab/zu Rauschen nimmt ohne mas- Anpassung mit Wurzel aus h ab/zu
60 Einflussfaktoren auf Dosis und Bildqualität Einflussfaktor Pitchfaktor p Schichtanzahl Faltungskern Fensterweite W Dosis p<1: lineare Zunahme von D mit (1/p) p>1: geringfügige Abnahme von D mit (1/p) E, DLP nehmen linear mit p ab/zu Praktisch keinen Einfluss auf D, jedoch E und DLP nehmen linear mit n zu/ab Glättende FK erforden deutlich weniger, übermässig scharfe deutlich mehr Dosis nimmt bei mas-anpassung quadratisch mit W ab/zu Bildqualität Informationslücken in z- Richtung bei p > 1; bei Spiral- CT nur verinferte Auflösung in z-richtung Keinen direkten Einfluss Glättende FK Reduktion von Rauschen und Schärfe Rauschen und Kontrast nehmen linear mit W ab/zu
61 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin Externe und Interne Bestrahlung möglich: eher geringes Risiko: Externe Bestrahlung (solange Aktivität <10 MBq und Expositionszeit < 1h) eher grosses Risiko: Inkorporation bei Aktivität > 10 MBq (β-, γ- Strahler)
62 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin Externe Bestrahlung, Messung: Schätzwert für effektive Dosis: H P Strahlenschutzgerät muss geeignet und für die entsprechende Strahlenart Kalibriert sein (meistens wird auf 137 Cs (662 kev) für Photonen und 90 Sr für Elektronen kallibriert)
63 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin Externe Bestrahlung: ICRP-Konzept: Dosiskonversionsfaktoren für H P und H S Wesentlich: Aktivität, Abstand, Abschirmung, Aufenthaltsdauer
64 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin dh dt P = h A( t) 10 2 r Externe Bestrahlung, H P (10): Dosiskonversionsfaktor h 10 sind im Anhang StSV tabelliert H P h A 10 2 r t exp
65 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin dh dt P A0 = h10 e 2 r λt Externe Bestrahlung, H P (10), Spezialfälle: H P h10 A0 = 1 2 λr ( λt e ) schneller Zerfall dh dt H P P 1 = h A ( vt) 10 2 h10 A = 2 v tstart t end Entfernung von Quelle mit konstanter Geschwindigkeit v mit r(t=0) = 0 und t start = r start /v
66 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin Externe Bestrahlung bei abgeschirmter Quelle, H P (10): Mit n Zentelwertschichten dh dt P h = n A( t) r 2
67 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin dh dt P = h rad A( t) r 2 Externe Bestrahlung, H P (10) bei Produktion von Bremsstrahlung: Dosiskonversionsfaktor h rad abhängig von maximaler β- Energie und Ordnungszahl Z des Abschirmmaterials 4 2 β,max h E Z rad
68 Dosis-Abschätzungen dh S dt = r 10cm r < 10cm H h A t S = h A exp 10cm < r < r max 0.1 H S h A t r 0.07 exp 2 Nuklearmedizin Externe Bestrahlung, H S (0.07): Wichtig bei β-strahlern Haut-Dosisgrenzwert! Bei Elektronen quadratisches Abstandsgesetz nicht anwendbar! H 0.07 Konversionsfaktor für r = 10 cm tabelliert (StSV) Abschätzung NUR für punktförmige Quellen verwenden!
69 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin 100% Parallel-Strahl r < 10cm H h A t S 0.07 exp D(x)/Dmax punktförmige Quelle 10cm < r < r max 0.1 H S h A t r 0.07 exp Tiefe x [cm] R p
70 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin Kontamination, H S (0.07): Wichtig bei β-strahlern Dosis abhängig von kontaminierter Fläche S (warum (1/S)?) H c0.07 Konversionsfaktor in Anhang 3 StSV tabelliert dh dt S cont = h c0.07 A S
71 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin Externe Bestrahlung durch Boden- oder Luftkontamination: Dosiskonversionsfaktoren für Luft-Kerma-Rate (k GS, k AS ) und Organ-Dosis- Leistungen (h T,GS, h T,AS ) Annahmen: Kontaminierter Halbraum oder unendlich ausgedehnte Fläche
72 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin Inkorporation: Strahlenquelle im Körper (verteilt) E abhängig von Strahlenart (Nuklid) und Verteilung und Verweildauer (chemische Form)
73 Dosis-Abschätzungen Nuklearmedizin Inkorporation: Ingestion, Inhalation, Haut (verschiedene Resorptions- Prozesse) Wirkung des Körpers auf die Substanz (Pharmakokinetik) Elimination: Exhalation, Miktion, Defäkation
74 Physiologische Grundlagen Grundprinzipien für Lokalisation (nur wenige Beispiele) aktiver Transport (NaJ, TcO 4, bei Schilddrüse) Phagozytose (Kolloide, RES von Leber und Milz) Diffusion (Sr-Nitrat, 18 F als Fluorid: Knochenumbauzonen) Metabolismus (Hormone: Nebenniere)
75 Physiologische Grundlagen Mechanismen 2 3 Trennung der Kompartimente durch Lipidmembranen Zentrale Rolle: pka- Wert des Stoffs 1
76 Physiologische Grundlagen Ein Kompartiment - Modell X Dosis (= X 0 ) wird i.v. gegeben renale Elimination (Urin) Kinetik 1. Ordnung U dx dt = ke X X ( t) = X 0 e k e t
77 Physiologische Grundlagen Verteilungsvolumen V d X C p = (Plasma)-Konzentration nicht zwingend gleich realem Volumen U C p ( t) = X ( t) V d
78 Physiologische Grundlagen Eliminationskonstante k e X k e = ln [ c ( t )] ln[ c ( t ] p 1 p 2) t 2 t 1 U
79 Physiologische Grundlagen X Urinausscheidung: gesamte, bis zum Zeitpunkt t ausgeschiedene Menge U(t) U ( t) = U e k e t (1 ) U du dt = k e X
80 Physiologische Grundlagen Die renale Clearance CL R X CL R = U& ( t) C p = k e C X p U = k e V d
81 Physiologische Grundlagen Die renale Clearance CL R X Ausscheidungsmass Konzentrationsunabhängig bei linearer Kinetik Volumen, welches pro Zeit von der Substanz geklärt wird U
82 Physiologische Grundlagen parallele Ausscheidungswege X renale Elimination (Urin CL R ) biliäre Elimination (Galle CL B ) Biotransformation (Metabolit CL M ) U B M
83 d M p M M d B p B B d R p R R V k C t M CL X k dt dm V k C t B CL X k dt db V k C t U CL X k dt du = = = = = = = = = ) ( ) ( ) ( & & & Physiologische Grundlagen
84 Physiologische Grundlagen parallele Ausscheidungswege X Gesamtkörperclearance CL = Summe aller Einzelclearances CL = CL R + CL B + CL M U B M
85 Physiologische Grundlagen Resorption 1. Ordnung A Ein Kompartiment Modell A = Arzneimittelmenge am Resorptionsort X dx dt = k a A k e X
86 Physiologische Grundlagen Zwei Kompartiment - Modell 2 E zentrales Kompartiment (1, X c ) peripheres Kompartiment (2, X p ) Austauschkonstante k 12 & k 21 Elimination (E) 1
87 Physiologische Grundlagen dx dt c = k 12 X c + k 21 X p k e X c dx dt p = k 12 X c k 21 X p de dt = k e X c
88 Physiologische Grundlagen nichtlineare Modelle Michaelis Menten - Kinetik 2 3 Carriersystem Sättigung dc = v max C 1 dt ( k + C) V m d
89 c = dc dt c max = v m v m 2 k m c(t)
90 Grenzfälle v d m C V v V C k C v max max ) ( lim = + C V k v V C k C v v m d m C = + max max 0 ) ( lim Physiologische Grundlagen
91 Physiologische Grundlagen da dt T eff = ( k = k e e ln λ λ = ) A T T bio 1/ 2 bio 1/ 2 T + phys 1/ 2 phy 1/ 2 T Elimination und radioaktiver Zerfall physikalische & biologische Halbwertszeit effektive Halbwertszeit
92 Beispiel: Schilddrüsen-Modell 123 I 125 I 131 I da dt = k a A λa λ / d dx dt = k a A + k TX T k XT X k e X λx k a / d -1 k e / d -1 k XT / d dt dt = k XT X k TX T λt k TX / d
93 400,000 T/ Bq T / Bq 400, , , , , , ,000 0 Fig.64a T : Current Time (Day) 0 T : Current Fig.64c Time (Day) 400, , , ,000 T/ Bq a) 131 I, 1 MBq b) 125 I, 1 MBq c) 123 I, 1 MBq Time (Day) T : Current Fig.64b
94 Dosis-Abschätzungen Dosis naives Modell für Organdosis: Jedes emittierte Teilchen deponiert Energie im Masse- Elenemt dm: Konversionsfaktor k Gesamtzahl der emittierten Teilchen AUC HT = k A( t) dt
95 Effektive Dosis für 131 I Zeit nach Inkorporation e inh m(t) / Sv/Bq Effektive Dosis E / msv
96 Dosis-Abschätzungen Dosisfaktoren nach ICRP für Inkorporation und Risiko nach 50 Jahren: Ingestion: e ing Inhalation: e inh E = e A 50 ing ing E = e A 50 inh inh
97 Dosis-Abschätzungen Dosisfaktoren nach ICRP Bsp. Jod-Modell bei Ingestion : e ing = 2.2*10-8 Sv/Bq A ing = 1 MBq E 50 =? = 22 msv
98 Dosis-Abschätzungen Dosisfaktoren nach ICRP Dosisfaktoren gelten für Standardphysiologie : Altersabhängigkeit! Organ- Dosisfaktoren für Risiko-Organ h T,ing /Sv/Bq h T,ing /Sv/Bq h T,ing /Sv/Bq Schilddrüse Schilddrüse Schilddrüse Erwachsene Kind (10a) Kleinkind H = h A T, ing T, ing ing 1.5* * *10-6
99 Dosis-Abschätzungen Operationelle Grössen Beziehen sich in der Regel auf Risiko bei Inkorporation: Freigrenze LE: Ingestion von 1kg mit A = 1 LE E = 10µSv Bewilligungsgrenze für täglichen Umgang LA: Inhalation von A = 1 LA E = 5 msv Luft-Dauerkontamination: Inhalation bei einer Aktivitätskonzentration von 1 CA während 2000 h E = 20 msv Oberflächenkontamination Aktivität / Fläche CS, über 100 cm 2 gemittelt: Risiko ermittelt bezüglich Ingestion, Hautbestrahlung (ungünstigster Fall ausschlaggebend
100 Dosis-Abschätzungen Messung Details zu Triagemessung und Dosimetrie in der Dosimetrieverordnung: Triagemessung nach Verordnung (ermittelter Wert wird nicht ins persönliche Dosisdokument eingetragen Dosimetrie durch annerkannte Stelle (PSI) bei positiver Triagemessung Abschätzung möglich aus Messung mit GM-Zählrohr (Kalibrierung mit Phantom) oder ausgeschiedener Aktivität (z.b. Urin durch Flüssigszintillationsmessung)
101 Dosis-Abschätzungen Dosisabschätzung bei Patienten Was ist anders? veränderte Pharmakokinetik (Pathophysiologie) im Hochdosisbereich (Therapie) sind die Dosisfaktoren für effektive Dosis nicht anwendbar! In der Diagnostik publizierte Dosisfaktoren, nebst Inhalation und Ingestion auch i.v.-applikation
102 Dosis-Abschätzungen Dosisabschätzung bei Patienten Was brauchts? Untersuchungsart Alter und Geschlecht verwendetes Nuklid chemische Form (z.b. Phosphat, Chlorid etc.) Applikationsart Infos über weitere pharmakologische Intervention (e.g. Schilddrüsenblockade)
103 Dosis / msv Knochenmark Untersuchung A / MBq Dosismax. Organ / Dosis/mSv Dosis / msv Gonaden Frau Dosis / msv Gonaden Mann Effektive Dosis / msv Skelett 99m Tc (Phosphat) 660 Knochen- Oberfl Schilddrüse 123 I (Jodid) 15 Schilddrüse Schilddrüse 131 I (Jodid) 2 Schilddrüse Lunge Perf. 99m Tc Micros. 120 Lunge Lunge Vent. 133 Xe (Gas) 400 Lunge Myokard 201 Tl (Chlorid) 80 Gonaden Mann Nieren 123 I (Hippuran) 20 Blasen- Wand
104 Dosis-Abschätzungen Dosisabschätzung bei Patienten Faustregeln für Diagnostik Uterusdosis erfahrungsgemäss < 5 msv Grobe Abschätzung mit Faktoren StSV Anhang 3 möglich (fallweise tendenzielle leichte Überschatzung (aber Fehler von Faktor 5 möglich, je nach chemischer Form!)
105 Dosis-Abschätzungen Dosisabschätzung bei Patienten Hilfsmittel Tabellen ICRP 80 Computerprogramme (z.b. MIRDOSE 3.0)
106 Dosis-Abschätzungen V A = k D R T eff Dosisabschätzung bei Patienten Marinelli Formel für Schiddrüsen-Dosis Radio- Jodtherapie Dosis D Volumen V Max. Uptake R (%) Effektive HWZ T eff Konversionsfaktor k
107 Dosis-Abschätzungen Radio-Onkologie Ein paar Bemerkungen Ausserhalb Bestrahlungsfeld Dosis D < 1-3% der Herddosis Tabellen zu Organdosen bei Streustrahlung (GSF-Bericht S-1054, 1987) Computerprogramme: PeriDose, NICHT Planungssystem verwenden (optimiert für > 3% Herddosis!
108 The END
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