Inhalt 1 Strahlungsquellen in der medizinischen Radiologie

Inhalt
1 Strahlungsquellen in der medizinischen Radiologie
gung*
1.1 Radioaktive Strahler für die medizinische Radiologie 16
1.1.1 Radionuklide für die Strahlentherapie (Spez. Aktivität radioaktiver Strahler* 19) 16
1.1.2 Radionuklide für die Nuklearmedizin und Radionuklidgeneratoren (Der Technetiumgenerator
20, Weitere Radionuklidgeneratoren* 23, Erzeugung von Positronenstrahlern
24, Erzeugung von neutronenreichen Nukliden 24)
1.2 Die Röntgenröhre 25
1.2.1 Entstehung der Röntgenbremsstrahlung 26
1.2.1.2 Intensitätsspektren von Röntgenbremsstrahlung* (Bremsspektren an
dünnen Folien 27, Bremsspektren an dicken Absorbern 28, Abhängigkeit
der Röntgenspektren vom zeitlichen Spannungsverlauf 31)
1.2.1.3 Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung 32
1.2.2 Charakteristische Röntgenstrahlung 34
1.2.3 Winkelverteilungen von Röntgenstrahlung (Heel-Effekt 36) 36
1.2.4 Technische Aspekte beim Aufbau von Röntgenstrahlern (Bauformen von
Röntgenröhren 38, Die Kathode 40, Die Anode 43)
1.2.5 Abbildungseigenschaften von Röntgenstrahlern (Extrafokalstrahlung 47) 46
1.3 Elektronenlinearbeschleuniger 49
1.3.1 Klinische Anforderungen an Elektronenbeschleuniger 49
1.3.2 Prinzipieller Aufbau von Elektronenlinearbeschleunigern 50
1.3.3 Hochfrequenzquellen 51
1.3.4 Die Beschleunigungseinheit 54
1.3.4.1 Die Elektronenkanone 54
1.3.4.2 Energiegewinn der Elektronen bei der Hochfrequenzbeschleuni-
1.3.4.3 Das Wanderwellenprinzip 56
1.3.4.4 Das Stehwellenprinzip 58
1.3.4.5 Vergleich von Wander- und Stehwellenprinzip 61
1.3.5 Der Strahlerkopf im therapeutischen Elektronenbetrieb 63
13
20
27
38
55

6
Inhaltsverzeichnis
1.3.5.1 Grundlagen zur Strahloptik mit Magnetfeldern* 65
1.3.5.2 Umlenkung und Fokussierung des Elektronenstrahlenbündels 68
1.3.5.3 Homogenisierung des Elektronenstrahlenbündels (Das Streufolienverfahren
72, Abhängigkeit der Streuwirkung von Ordnungszahl und Elektronenenergie*
72, Das Scanverfahren 76)
1.3.5.4 Kollimation des Elektronenstrahls (Elektronentubusse 79, Bewegliche
Elektronentrimmer 80)
1.3.6 Der Strahlerkopf im Photonenbetrieb 83
1.3.6.1 Bremsstrahlungserzeugung und Auslegung des Bremstargets 83
1.3.6.2 Homogenisierung des Photonenstrahlenbündels 86
1.3.6.3 Kollimation des Photonenstrahlenbündels (Konventionelle Kollimatoren
90, Lamellenkollimatoren 92)
1.3.7 Das Doppelmonitorsystem 95
1.3.8 Keilfilter zur Formung von Photonenfeldern (Externe Keilfilter 97, Zusammenhang
von Keilfilterprofil, Dosisquerprofil und Isodosenwinkel* 99, Motorische
Keilfilter 103, Dynamische Keilfilter 104)
1.3.9 Portal-Imaging-Systeme 106
1.4 Weitere medizinische Beschleuniger 110
1.4.1 Das Mikrotron 110
1.4.2 Das Betatron 112
1.4.3 Das Zyklotron 115
1.5 Kobaltbestrahlungsanlagen 118
1.5.1 Kobaltquellen (Abschätzung der Selbstabsorption von Kobaltquellen* 119) 118
1.5.2 Der Strahlerkopf von Kobaltanlagen 120
1.6 Afterloadinganlagen 123
1.6.1 Prinzip des medizinischen Afterloadings 123
1.6.2 Strahlungsquellen für das medizinische Afterloading 125
1.6.3 Erzeugung der therapeutischen Dosisleistungsverteilungen 126
1.7 Neutronenquellen 129
1.7.1 Reaktorneutronen 130
71
78
90
97

Inhaltsverzeichnis 7
1.7.2 Neutronenquellen mit spontanen Spaltern 133
1.7.3 Neutronenstrahler vom Typ (α,n) 134
1.7.4 Neutronengeneratoren 135
2 Strahlungsdetektoren
2.1 Überblick über die Detektorarten 143
2.2 Detektoren mit Gasfüllung 145
2.2.1 Ionisationskammern (Funktionsweise von Ionisationskammern 146, Bauformen
von Ionisationskammern 148)
2.2.2 Zählrohre 153
2.3 Flüssigkeits-Ionisationsdetektoren 158
2.4 Festkörperdetektoren 159
2.4.1 Das Bändermodell für Festkörper 160
2.4.1.1 Ideale und reale Kristalle 163
2.4.1.2 Anregung von Festkörpern (Lumineszenz 166, Fluoreszenz 166, Phosphoreszenz
167)
2.4.1.3 Halbleiter (Dotierung von Halbleitern 168, Der p-n-Übergang 169) 167
2.4.2 Halbleiter-Ionisationsdetektoren (Bauformen von Halbleiterdetektoren 171) 170
2.4.3 Leitfähigkeitsdetektoren 173
2.4.4 Lumineszenzdetektoren 175
2.4.4.1 Szintillatoren (Der Szintillationszähler 178) 176
2.4.4.2 Leuchtschirme und Leuchtfolien (Leuchtschirme 181, Verstärkungsfolien
182, Speicherfolien 184, Röntgenbildverstärker 185)
2.4.4.3 Thermolumineszenzdetektoren (Glowkurven 189, Dosimetrische Eigenschaften
von Thermolumineszenzmaterialien 191, Emissionsspektren von
TLD 191, Struktur der Glowkurven 193)
2.4.4.4 Radiophotolumineszenz-Detektoren 194
2.5 Chemische Detektoren (Oxidationsdetektoren 195, Verfärbungsdetektoren 197, Elektronenspinresinanz
197)
2.6 Filmemulsionen (Transmission und optische Dichte 199, Messung der optischen Dichte
199)
2.7 Kalorimeter, Lyolumineszenz- und Exoelektronendetektoren 203
139
145
165
181
186
195
198

8
Inhaltsverzeichnis
2.7.1 Kalorimeter 203
2.7.2 Lyolumineszenz 204
2.7.3 Exoelektronenemission 205
3 Klinische Dosimetrie
3.1 Allgemeines zur klinischen Dosimetrie 206
3.1.1 Anforderungen an die Genauigkeit der klinischen Dosimetrie 208
3.1.2 Dosisbegriffe und Strahlungsfeldgrößen 211
3.1.3 Dosimeter für die klinische Dosimetrie 215
3.2 Dosimetrische Äquivalenz (Phantome 221) 217
3.3 Grundlagen der klinischen Ionisationsdosimetrie 222
3.3.1 Strahlungsfeldbedingungen (Sekundärelektronengleichgewicht bei Photonenstrahlungsfeldern
223, BRAGG-GRAY-Bedingungen 226)
3.3.2 Photonendosismessungen unter Elektronengleichgewicht (Messung der Standardionendosis
228, Messung der Luftkerma 228, Das Luftkermakonzept für Photonenstrahlung
unter 600 keV 230, Das Wasserenergiedosiskonzept für Photonenenergien
unter 3 MeV 231)
3.3.3 Photonendosismessungen unter BRAGG-GRAY-Bedingungen (Charakterisierung
der Strahlungsqualität ultraharter Photonenstrahlung 233, Die Cλ-Methode für
Photonenstrahlung 234, Das Wasserenergiedosiskonzept für Photonenstrahlung unter
Hohlraumbedingungen 235)
3.3.4 Elektronendosismessungen unter BRAGG-GRAY-Bedingungen (Das Wasserenergiedosiskonzept
für Elektronenstrahlung 237, Die CE-Methode 239)
3.3.5 Kontrollen und Korrekturen bei der praktischen Ionisationsdosimetrie (Luftdruck-
und Temperaturkorrekturen 241, Luftfeuchtekorrektur 242, Polaritätskorrektur
242, Sättigungskorrektur 243, Feldstörung und Feldverdrängung 244, Richtungsabhängigkeit
der Dosimeteranzeigen 247)
3.4 Praktische Aspekte der Thermolumineszenzdosimetrie (Form von Thermolumineszenzdetektoren
249, Die Auswerteeinheit 249, Heizprofile 251, Kalibrierung von TLD
253, Dosismeßbereich und Linearität von TLD 255, Chemo- und Tribolumineszenz 258,
Dosisleistungsabhängigkeit von TLD 258)
4 Dosisverteilungen perkutaner Photonenstrahlung
4.1 Absolute Dosisleistungen von Photonenstrahlungsquellen 261
4.1.1 Definition und Messung der Kenndosisleistung 262
4.1.2 Feldgrößenabhängigkeit der Zentralstrahldosisleistungen (Phantomstreuung
265, Strahlerkopfstreuung in Kobaltanlagen 266, Strahlerkopfstreuung in Elektro-
206
222
228
233
236
239
249
259
265

Inhaltsverzeichnis 9
nenlinearbeschleunigern 269, Die Methode der äquivalenten Quadratfelder für Photonenstrahlung
272, Feldäquivalenz bei Kobaltanlagen 272, Feldäquivalenz bei Photonenstrahlung
aus Beschleunigern 273)
4.1.3 Das Abstandsquadratgesetz an perkutanen Photonenstrahlungsquellen (Gültigkeit
des Abstandsquadratgesetzes an Kobaltanlagen 279, Gültigkeit des Abstandsquadratgesetzes
für Photonenstrahlung aus Elektronenlinearbeschleunigern
281)
4.2 Relative Photonen-Energiedosisverteilungen im homogenen Medium 281
4.2.1 Photonen-Tiefendosisverteilungen 281
4.2.1.1 Der Dosisaufbaueffekt von Photonen in Materie 282
4.2.1.2 Entstehung der Phantomoberflächendosis 286
4.2.1.3 Verlauf der Photonenenergiedosis in der Tiefe des Phantoms (Einfluß
des Fokus-Haut-Abstandes 290, Einfluß der Strahlungsqualität 292)
4.2.1.4 Weitere Tiefendosisgrößen (Rückstreufaktoren 295, Gewebe-Luft-Verhältnisse
und Gewebe-Maximum-Verhältnisse 297, Rechnerischer Zusammenhang
der verschiedenen Dosis- und Tiefendosisgrößen* 298)
4.2.2 Dosisquerverteilungen (Einflüsse auf das Dosisquerprofil 301, Homogenität und
Symmetrie der Dosisverteilungen 303)
4.2.3 Isodosendarstellung perkutaner Photonendosisverteilungen 304
4.2.4 Auswirkungen von Inhomogenitäten auf die Dosisverteilungen* 306
4.3 Berechnung der Dosisverteilungen perkutaner Photonenstrahlung* 309
4.3.1 Die Monte-Carlo-Methoden 311
4.3.2 Die Matrix-Verfahren 312
4.3.3 Die Näherungsverfahren mit speziellen Funktionen 313
4.3.4 Die Separationsverfahren 315
5 Dosisverteilungen perkutaner Elektronenstrahlung
5.1 Absolute Elektronendosisleistungen (Feldäquivalenz für Elektronenstrahlung 320,
Abstandsabhängigkeit der Kenndosisleistung von Elektronenstrahlung 320)
5.2 Elektronen-Tiefendosisverteilungen 322
5.2.1 Messung der Tiefendosisverteilungen (Meßsonden für die Elektronendosismessung
322, Umrechnung von Ionentiefendosis in Energietiefendosis 322)
5.2.2 Einflüsse auf die Elektronentiefendosiskurven (Entstehung des Dosismaximums
325, Charakteristische Größen zur Beschreibung der Elektronen-Tiefendosiskurven
327, Einfluß des Elektronenspektrums auf die Tiefendosiskurve 331, Kontamination
des Elektronenstrahlenbündels mit Bremsstrahlung 332, Abhängigkeit der Tiefendo-
275
289
293
299
319
319
322
324

10
Inhaltsverzeichnis
sis von der Feldgröße 333, Einfluß des Fokus-Haut-Abstandes auf die Tiefendosis
334)
5.3 Isodosenverteilungen 337
5.4 Auswirkungen von Inhomogenitäten auf Elektronendosisverteilungen 339
5.5 Berechnung der Elektronendosisverteilungen 342
6 Dosisverteilungen um Afterloadingstrahler
6.1 Kenndosisleistungen von Afterloadingquellen 345
6.1.1 Charakterisierung der Strahlerstärke von Afterloadingstrahlern 345
6.1.2 Messung der Kenndosisleistung von Afterloadingstrahlern (Kenndosisleistungsmessung
mit einem PMMA-Zylinderphantom 349)
6.2 Messung der Energiedosisverteilungen um ruhende Afterloadingquellen (Matrixmethode
351, Zerlegungsmethode 352)
6.3 Berechnung der Dosisverteilungen* 355
6.3.1 Die Quantisierungsmethode* 356
6.3.2 Eine empirische Näherungsformel zur Dosisleistungsberechnung* 360
7 Dosisverteilungen von Neutronenstrahlung
7.1 Dosimetrie von Neutronenstrahlung (Zwei-Detektoren-Methode 365, Methode der
Meßsignalanalyse 366)
7.2 Energiedosisverteilungen in Wasser 367
8 Spektrometrie, Aktivitäts- und Personendosismessungen
8.1 Spektrometrie ionisierender Strahlungen 370
8.2 Aktivitätsmessungen 374
8.3 Personendosimetrie im Strahlenschutz 375
8.4 Biologischer Nachweis einer Strahlenexposition 377
8.5 Dosisleistungs- und Kontaminationsmessungen im Strahlenschutz 379
9 Hinweise zur praktischen klinischen Dosimetrie
9.1 Gesetzliche Vorschriften 382
9.2 Geräteausstattung für die Dosimetrie therapeutischer Bestrahlungsanlagen 383
9.3 Erstdosimetrie an einem Elektronenlinearbeschleuniger 389
344
346
350
364
364
370
382

Inhaltsverzeichnis 11
9.4 Physikalische Qualitätssicherung in der Strahlentherapie 392
9.4.1 Dosimetrische Qualitätskontrollen und Sicherheitsüberprüfungen 393
9.4.2 Geometrische Kontrollen an Lokalisationseinrichtungen 395
9.4.3 Qualitätssicherung am Bestrahlungsplanungssystem 395
10 Tabellenanhang
10.1 Verhältnisse von Massenenergieabsorptionskoeffizienten für Photonen 397
10.2 Faktoren zur Umrechnung der Standardionendosis in Luft- und Wasserkerma
10.3 Umgebungskorrekturfaktoren für handelsübliche Ionisationskammern 400
10.4 Faktoren zur Photonendosimetrie nach der Cλ-Methode 401
10.5 Verhältnisse von Massenstoßbremsvermögen für Sekundärelektronen hochenergetischer
Photonenstrahlung für verschiedene Phantommaterialien
10.6 Bestimmung der wahrscheinlichsten Elektronen-Eintrittsenergie aus der
Reichweite in Wasser
10.7 Verhältnisse von Massenstoßbremsvermögen für Elektronen in Wasser und
Luft
10.8 Kammerfaktoren zur Elektronendosimetrie 406
10.9 Verhältnisse von Massenstoßbremsvermögen für monoenergetische Elektronen
10.10 Atomare Zusammensetzung verschiedener Gewebe, Phantommaterialien
und Dosimetersubstanzen
11 Literatur
11.1 Lehrbücher und Monografien 409
11.2 Deutsche Normen und Vorschriften zu Dosimetrie und Strahlenschutz 410
11.3 Nationale und internationale Protokolle und Reports zu Dosimetrie und
Strahlenschutz
11.4 Wissenschaftliche Einzelarbeiten 415
Sachregister
397
399
402
403
404
407
408
409
412
419