Röntgendiagnostik FORTBILDUNG
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0 FORTBILDUNG Röntgendiagnostik Strahlenschutz und Qualitätssicherung Donnerstag, 13. Oktober 2016 Kepler Universitätsklinikum GmbH Ausbildungszentrum am Med Campus VI Paula-Scherleitner-Weg 3 4020 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 U m w e lt s c h u t z Ionisierende Strahlung Physikalische Grundlagen und biologische Wirkungen Amt der Oberösterreichischen Landesregierung Abteilung Umweltschutz/Strahlenschutz Kärntnerstraße 10-12 4021 Linz Strahlenschutz Physik der Röntgenstrahlung e- Biologische Wirkung Streuung Erzeugung von Röntgenstrahlung Abschirmung Absorption Detektion e- Strahlenschutz Erzeugung von Röntgenstrahlung Erzeugung von Röntgenstrahlung Strahlenschutz Physik der Röntgenstrahlung e- Biologische Wirkung Streuung Erzeugung von Röntgenstrahlung Abschirmung Absorption Detektion e- Strahlenschutz Wechselwirkungen ee- Strahlenschutz Photoeffekt (niedrige Energie, hohe Ordnungszahl) e- Strahlenschutz Photoeffekt (niedrige Energie, hohe Ordnungszahl) e- 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 Strahlenschutz Abschirmung durch Materialien mit hoher Ordnungszahl Strahlenschutzschürzen mit einem Bleigleichwert von 0,35 mm schwächen Röntgenstrahlung von 50kV um 97% und Röntgenstrahlung von 100kV um 90%. Strahlenschutz Comptoneffekt (niedrige Energie, niedrige Ordnungszahl) e- Strahlenschutz Comptoneffekt (niedrige Energie, niedrige Ordnungszahl) e- 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 Strahlenschutz Restenergie comptongestreuter Photonen Strahlenschutz Quelle: H. Krieger, Strahlenphysik Streuwinkel comptongestreuter Photonen Einfallsrichtung von links < 100 keV Maximum bei 45 Strahlenschutz Im Bereich der Röntgendiagnostik erheblicher Rückstreuanteil 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 Strahlenschutz Wie wirkt ionisierende Strahlung auf die menschliche Zelle? Strahlenschutz Ionisation Atom Strahlenschutz Ion 2 Protonen im Kern 2 Elektronen in der Hülle 2 Protonen im Kern 1 Elektron in der Hülle Atom im Gleichgewicht 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) Strahlenschutz 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 Strahlenschutz Strahlenschäden an der DNS Strahlenschutz Basenschäden Strangbrüche Chromosomenaberrationen 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 Strahlenschutz 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 40.000.000.000.000.000 Ionisationen pro Jahr! Bei der durchschnittlichen Zellteilung (Kopieren der DNS) kommt es zu ca. 3.000 Fehlern pro DNS-Molekül. Basenschäden und Strangbrüche können durch zelleigene Enzyme repariert werden Nicht reparierte Basendefekte -> Mutation Nicht reparierte Strangbrüche -> Chromosomenaberration Strahlenschutz 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 Strahlenschutz Deterministische Strahlenschäden Hautschäden ab etwa 2 Gy gewebespezifisch Strahlenschutz Deterministische Strahlenschäden Strahlenschutz 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 ... Strahlenschutz Stochastische Strahlenschäden ~ 5 %/Sv Strahlenschutz 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 Strahlenschutz Stochastische Strahlenschäden Zusätzliche Krebsmortalität bei Bestrahlung mit 100 mSv pro 1000 Personen nach ICRP 60 18 zusätzliche Krebsmortalität 16 14 12 10 8 Frauen 6 Männer 4 2 0 5 15 25 35 45 55 65 75 85 Alter bei Exposition Strahlenschutz 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) Strahlenschutz 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) Strahlenschutz soll deterministische Schäden verhindern und das Risiko für stochastische Schäden so gering wie sinnvollerweise möglich halten Strahlenschutz Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Strahlenschutz Diese Präsentation wurde zur Verfügung gestellt von der Firma OMS Objekt Management Service GmbH
