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Strahlenschutz bei medizinischem Personal

Neuartiges Spektro-Dosimeter für die Charakterisierung von Arbeitsplätzen in der Röntgen-Medizin

PTB-News 2.2020
29.04.2020
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Im Zuge des am 31.12.2018 in Kraft getretenen Strahlenschutzgesetzes (StrlSchG) wurden die Grenzwerte für die Augenlinsendosis deutlich abgesenkt. Um die Einhaltung dieser neuen Grenzwerte verlässlich nachzuweisen, muss die Wirksamkeit bestehender Strahlenschutzmaßnahmen und die Notwendigkeit einer zusätzlichen Überwachung des Personals überprüft werden. Für die Charakterisierung der Strahlungsfelder an medizinisch-diagnostischen Arbeitsplätzen wurde eine geeignete Messtechnik entwickelt. Sie basiert auf der Messung von einzelnen Röntgenphotonen mithilfe eines Szintillationskristalls in Verbindung mit einem Geiger-Avalanche-Photodioden-Array.

Das neue Gerät besteht aus einer Halbkugel, auf der 15 einzelne Spektrometer angebracht sind, sodass 15 unterschiedliche Raumwinkel zeitgleich gemessen werden können. Damit lässt sich die Haupteinfallsrichtung der Röntgenphotonen auf die Person und insbesondere auf die Augenlinse simultan ermitteln, sodass die Zeit für die Charakterisierung des Arbeitsplatzes im laufenden Klinikbetrieb auf das Nötigste beschränkt wird.

Bei der an medizinisch-diagnostischen Arbeitsplätzen angewendeten Röntgenstrahlung handelt es sich fast ausschließlich um gepulste Strahlung mit Pulsdauern im Millisekundenbereich (teils als Einzelpulse, teils als Pulsfolgen) mit hohen Pulsdosisleistungen. In typischen Spektrometern und üblichen Messgeräten der Dosimetrie können die damit verbundenen hohen Ereignisraten nicht verarbeitet werden. Das neu entwickelte Spektrometer ist gezielt für diese gepulste Strahlung ausgelegt.

Es basiert auf der Kombination eines CeBr3-Szintillationskristalls und eines Geiger-Avalanche-Photodioden-Arrays. Im Szintillationskristall erzeugt ein auf das Spektrometer fallendes Röntgenphoton Szintillationslicht, wobei die Anzahl der erzeugten Szintillationsphotonen von der Energie des auf das Spektrometer fallenden Röntgenphotons abhängt. Die Szintillationsphotonen treffen dann auf die Zellen eines Geiger-Avalanche-Photodioden-Arrays. Das auf eine Zelle des Arrays treffende Szintillationsphoton löst dort eine Ladungslawine aus, analog zum Vorgang in einem Geiger-Müller-Zählrohr. Folglich spiegelt das aufsummierte Signal aller Geiger-Avalanche-Photodioden die Energie des auf das Spektrometer getroffenen Röntgenphotons wider.

Das von einem Röntgenphoton im Spektrometer erzeugte Signal hat eine Dauer von etwa 100 ns. Diese kurze Signaldauer wird durch die kurze Abklingzeit von 20 ns des neuartigen Szintillatormaterials CeBr3 ermöglicht. Die notwendige schnelle Datenerfassung, um jede Nanosekunde einen Messwert aufzuzeichnen, und eine erste Datenverarbeitung werden mittels eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA) durchgeführt (Abtastrate 1 GS/s). Insgesamt ergibt sich eine verarbeitbare Ereignisrate von 4 MHz. Die Messung der Signale einzelner Röntgenphotonen ermöglicht die Messung der hohen Pulsdosisleistungen. Das Spektrometer ist für den Energiebereich der Röntgenstrahlung im medizinischen Anwendungsbereich von 15 keV bis 150 keV ausgelegt.

Das neue Gerät wurde in den Referenzmessfeldern der PTB hinsichtlich Energiemessbereich, Dosisleistungsmessbereich und Winkelauflösung charakterisiert. In einem nächsten Schritt sind Messungen an realen medizinischen Arbeitsplätzen in der Klinik geplant.

Ansprechpartnerin

Rebekka Schlichte
Fachbereich 6.3
Strahlenschutzdosimetrie
Telefon: (0531) 592-6319
Opens window for sending emailrebekka.schlichte(at)ptb.de