FORTBILDUNG. Röntgendiagnostik. Strahlenschutz und Qualitätssicherung. Donnerstag, 13. Oktober 2016

Transkript

1 0 FORTBILDUNG Röntgendiagnostik und Qualitätssicherung Donnerstag, 13. Oktober 2016 Kepler Universitätsklinikum GmbH Ausbildungszentrum am Med Campus VI Paula-Scherleitner-Weg Linz Thema: Physikalische Grundlagen und biologische Wirkungen der ionisierenden Strahlung Referent: DI (FH) Andreas Schopf Amt der Oö. Landesregierung Direktion Umwelt und Wasserwirtschaft Abteilung Umweltschutz Um weltschutz

2 Ionisierende Strahlung Physikalische Grundlagen und biologische Wirkungen Amt der Oberösterreichischen Landesregierung Abteilung Umweltschutz/ Kärntnerstraße Linz Physik der Röntgenstrahlung Streuung Biologische Wirkung Erzeugung von Röntgenstrahlung Abschirmung Absorption Detektion

3 Erzeugung von Röntgenstrahlung Erzeugung von Röntgenstrahlung Physik der Röntgenstrahlung Streuung Biologische Wirkung Erzeugung von Röntgenstrahlung Abschirmung Absorption Detektion

4 Wechselwirkungen Photoeffekt (niedrige Energie, hohe Ordnungszahl)

5 Photoeffekt (niedrige Energie, hohe Ordnungszahl) Elektron aus einer inneren Schale wird durch das Photon aus der Hülle geschlagen Das Photon wird absorbiert, das Elektron übernimmt dessen Energie als Bewegungsenergie Photoelektron (geringe Reichweite) Das Elektron kann bei weiteren WW Bremsstrahlung auslösen oder andere Atome ionisieren Abschirmung durch Materialien mit hoher Ordnungszahl schürzen mit einem Bleigleichwert von 0,35 mm schwächen Röntgenstrahlung von 50kV um 97% und Röntgenstrahlung von 100kV um 90%.

6 Comptoneffekt (niedrige Energie, niedrige Ordnungszahl) Comptoneffekt (niedrige Energie, niedrige Ordnungszahl) ' Gestreute Photonen verlieren bei der WW einen Teil ihrer Energie und ändern ihre Richtung Das Hüllenelektron wird aus der Atomhülle gestoßen und erhält Energie vom Photon - Comptonelektron

7 Restenergie comptongestreuter Photonen Quelle: H. Krieger, Strahlenphysik Streuwinkel comptongestreuter Photonen Einfallsrichtung von links < 100 kev Maximum bei 45 Im Bereich der Röntgendiagnostik erheblicher Rückstreuanteil

8 Comptoneffekt: Fazit Streustrahlung tritt in allen Richtungen aus dem Patienten aus Im diagnostischen Röntgen hoher Rückstreuanteil Streustrahlung hat annähernd die Energie der Primärstrahlung (Achtung Tertiärstrahlung) Anwenderschutz bedeutet zum Großteil Schutz vor Streustrahlung Wie wirkt ionisierende Strahlung auf die menschliche Zelle?

9 Ionisation Atom Ion 2 Protonen im Kern 2 Elektronen in der Hülle Atom im Gleichgewicht 2 Protonen im Kern 1 Elektron in der Hülle Atom nicht im Gleichgewicht Veränderung der Reaktivität einzelner Atome/Moleküle Aufbrechen von Verbindungen zwischen Atomen/Molekülen Direkte Strahlenwirkung Ionisierung/Anregung geschieht direkt an Biomolekülen Zellorganellen Zellmembran RNS DNS Entstehung von chemisch veränderten Biomolekülen (Radikalen)

10 Indirekte Strahlenwirkung Ionisierung/Anregung von Molekülen des Zellwassers -> Radikale Schäden an Biomolekülen/Bindungen durch Reaktionen mit Radikalen In lebendem Gewebe ist die indirekte Strahlenwirkung der dominierende Effekt Strahlenschäden an der DNS Basenschäden Strangbrüche Chromosomenaberrationen

11 Reaktionen der Zelle Kein akuter Zellschaden wenn inaktive Gene (ca. 1 %) betroffen Zellteilungshemmungen Stoffwechselveränderungen in der Zelle Veränderungen in der Proteinsynthese Zelltod (insb. beim nächsten Teilungsversuch) Mutation Maligne Entartung Reparaturmechanismen der Zelle Beispiel für DNS-Basen-Reparatur Die natürliche jährliche Strahlenexposition von ca. 2,8 msv verursacht in einem 70 kg schweren Menschen etwa Ionisationen pro Jahr! Bei der durchschnittlichen Zellteilung (Kopieren der DNS) kommt es zu ca Fehlern pro DNS-Molekül. Basenschäden und Strangbrüche können durch zelleigene Enzyme repariert werden Nicht reparierte Basendefekt> Mutation Nicht reparierte Strangbrüch> Chromosomenaberration

12 Deterministische Strahlenschäden Deterministische Strahlenschäden sind durch die Strahleneinwirkung ausgelöste akute Gewebereaktionen Gewebe (Zellverbunde) regenerieren sich bei Verlust einzelner Zellen durch verschiedene Maßnahmen Repopulation Gefäßneubildung Redistribution Erst bei einer Häufung zellulärer Strahlenschäden, die durch Zellreparatur und Gewebsregeneration nicht kompensiert werden können, tritt ein deterministischer Strahlenschaden auf Deterministische Strahlenschäden Hautschäden ab etwa 2 Gy gewebespezifisch

13 Deterministische Strahlenschäden Stochastische Strahlenschäden Als stochastische Strahlenschäden bezeichnet man Krebserkrankungen und vererbbare genetische Defekte Stochastische Strahlenschäden haben ihre Ursache in einer einzigen geschädigten Zelle weshalb unterstellt wird, dass kein Schwellenwert existiert Je nach Ausgangszelle unterschiedlicher Schaden (Krebsart) Je Gewebe unterschiedliches Risiko (-> Gewebewichtungsfaktoren) Schäden treten nach hoher Latenzzeit auf (Jahre bis Jahrzehnte) Abschätzung des zusätzlichen Krebsrisikos über epidemiologische Studien (Vergleich bestrahlter mit nicht bestrahlten Personengruppen) Atombombenopfer Japan (ab etwa 100 mgy) Patienten der Strahlentherapie...

14 Stochastische Strahlenschäden ~ 5 %/Sv Stochastische Strahlenschäden Das stochastische Strahlenrisiko ist immer eine kollektive Größe (gemittelt über alle Personen der untersuchten Gruppe) Das individuelle Risiko ist von unzähligen (z. T. unbekannten) Faktoren abhängig Manche Einflussfaktoren wurden bereits statistisch ermittelt

15 Stochastische Strahlenschäden 18 Zusätzliche Krebsmortalität bei Bestrahlung mit 100 msv pro 1000 Personen nach ICRP zusätzliche Krebsmortalität Frauen Männer Alter bei Exposition Anwendungsbereich der Effektiven Dosis Risikoabschätzung nur bei homogenen Gruppen und mit Einschränkungen! ~ 17 % / Sv ~ 1 % / Sv Vergleich unterschiedlicher Untersuchungsarten Interzentrische Vergleiche zum Zwecke der Optimierung (z. B. diagnostische Referenzwerte)

16 Zusammenfassung Ionisierende Strahlung überträgt durch Wechselwirkungen Energie auf Materie In lebenden Zellen kann dieser Energieübertrag zu Schäden an einzelnen Zellen führen Bei sehr hohen Dosen treten (sichtbare) Gewebsreaktionen auf (deterministischer Schaden) Auch bei niedrigen Dosen können nach langer Zeit mit mit der Dosis steigendem Risiko Schäden auftreten (stochastischer Schaden) soll deterministische Schäden verhindern und das Risiko für stochastische Schäden so gering wie sinnvollerweise möglich halten Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Diese Präsentation wurde zur Verfügung gestellt von der Firma OMS Objekt Management Service GmbH