Informationen zur Problematik bei Messungen in gepulsten Photonen-Strahlungsfeldern.

Ansprechpartner:
Dr. Hayo Zutz
Tel.: 0531 592 6310

Schriften:

• Klammer, J., Roth, J., Hupe, O.:
  Novel Reference Radiation Fields for Pulsed Phaton Radiation Installed at PTB
  Radiation Protection Dosimetry, Vol. 151 No. 3, pp. 478-482 (2012)
• ISO/TS 18090-1:2015:
  Radiological protection — Characteristics of reference pulsed radiation — Part 1: Photon radiation
• IEX/TS 62743:
  Radiation protection instrumentation – Electronic counting dosemeters for pulsed fields of ionizing radiation

Der erste Teilbereich ("Helfende Personen") eines vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderten Vorhabens beschäftigt sich mit der Dosisermittlung bei helfenden Personen: Die Ermittlung der Körperdosis ist für Personen erforderlich, die sich in Kontrollbereichen aufhalten (§ 40 Abs. 1 Satz 1, § 81 Abs. 5 Satz  Strahlenschutzverordnung und § 25 Abs. 5 Satz 3, § 35 Abs. 1 Satz 1 Röntgenverordnung). Zu diesem Kreis gehören neben den beruflich strahlenexponierten Personen auch die helfenden Personen in der Human- und Zahnmedizin und Personen in der Tierheilkunde, die Tiere während der Untersuchung halten (§ 37 Abs. 1 Satz 1 Nr. 2b StrlSchV, § 22 Abs. 1 Nr. 2b RöV). Die Messungen erfolgten sowohl in der klinischen Praxis als auch unter Laborbedingungen. Hierzu wurde unter anderem ein Katzenphantom als realistischer Streukörper hergestellt.

Ziel der Untersuchungen für diesen Teilbereich war es zu ermitteln, welche Dosis diese Personen bei typischen Untersuchungsszenarien erhalten und wie häufig helfende Personen eingesetzt werden.

Ansprechpartner:
Dr. Oliver Hupe
Tel.: 0531 592 6300

Schriften:

• Hupe, O., Ankerhold, U.:
  Dose to persons assisting voluntarily during X-ray examinations of large animals,
  Radiat. Prot. Dosim.
  doi:10.1093/rpd/mccm422 (2007)
• Hupe, O., Ankerhold, U.:
  Dosisermittlung bei der Anwendung von Röntgenstrahlung in der medizinischen Heilkunde, zahnmedizinischen Heilkunde, Tierheilkunde und bei Grenzkontrollen mit ionisierender Strahlung - Vorhaben 3604S04434.
  BfS-RESFOR-57/12, Bundesamt für Strahlenschutz (BfS)

Der zweite Teilbereich ("Durchleuchtungseinrichtungen") eines vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit geförderten Vorhabens bezieht sich auf die Anwendung ionisierender Strahlung für die Kontrolle von LKWs und Personen. Durchleuchtungseinrichtungen mit Röntgenstrahlung kommen international an Grenzen, Flughäfen, Seehäfen, etc. immer häufiger zum Einsatz. Ziel der Untersuchungen dieses Teilbereichs war es, die Orts- und Personendosis-Werte bei kommerziell erhältlichen Anlagen zu bestimmen. Auf Wunsch des A4-Ausschusses der SSK wurden zusätzlich im Rahmen des Vorhabens Dosismessungen an der Container- Durchleuchtungsanlage im Hamburger Hafen durchgeführt.

Ansprechpartner:
Dr. Oliver Hupe
Tel.: 0531 592 6300

Schriften:

• Hupe, O., Ankerhold, U.:
  Determination of ambient and personal dose equivalent for personnel and cargo security screening.
  Radiation Protection Dosimetry, Vol. 121, No. 4, 429-437, (2006)
• Hupe, O.:
  Personenkontrolle mittels Röntgenstrahlung.
  Strahlenschutzpraxis, 4, 53-57,(2006)
• Hupe, O.:
  Anwendung ionisierender Strahlung – Röntgenscanner.,PTB-Mitteilungen, 116, Heft 4, 390-392, (2006)
• Hupe, O., Ankerhold, U.:
  X-ray security scanners for personnel and vehicle control – Dose quantities and dose values.
  European Journal of Radiology, 63 (2), 237-241 (2007)
• Hupe, O., Ankerhold, U.:
  Dosisermittlung bei der Anwendung von Röntgenstrahlung in der medizinischen Heilkunde, zahnmedizinischen Heilkunde, Tierheilkunde und bei Grenzkontrollen mit ionisierender Strahlung - Vorhaben 3604S04434,
  BfS-RESFOR-57/12, Bundesamt für Strahlenschutz (BfS)

Die elektronische Brachytherapie (eBT) zielt auf Tumore mit Röntgenstrahlen aus nächster Nähe ab und bietet potenzielle Vorteile gegenüber herkömmlichen Strahlentherapien. Die verfügbaren Systeme basieren jedoch in der Regel auf speziellen, meist indirekten Kalibrierungsmethoden und haben daher größeren Unsicherheiten als klinisch akzeptabel. Dies bedeutet, dass Behandlungspläne nicht einfach von einem System auf ein anderes angepasst werden können, was den Fortschritt anderer Therapien in der klinischen Praxis behindert. Dieses Projekt zielt darauf, diese Punkte zu verbessern. Details finden Sie hier.

Ansprechpartner:
Dr. Thorsten Schneider
Tel.: 0531-592-6346

Dr. Rolf Behrens
Tel.: 0531-592-6340

Schriften:

• bisher keine

Eine Neuentwicklung in der Brachytherapie ist die Verwendung von Miniatur-Röntgenröhren mit einer maximalen Röhrenspannung von 50 kV (siehe Abbildung unten), die direkt in den Körper des Patienten eingebracht werden. Verschiedene Typen sind kommerziell erhältlich und werden in der Klinik verwendet. Am häufigsten werden Miniatur-Röntgenanlagen derzeit für die intraoperative Bestrahlung von Mammakarzinomen eingesetzt. Nach einer chirurgischen Entfernung des Tumorgewebes werden diese Röhren in dem entstandenen Hohlraum platziert und das umgebende Gewebe etwa 25 Minuten bestrahlt, um eventuell noch vorhandene Tumorzellen abzutöten.

Die Realisierung einer rückführbaren Dosimetrie für die Therapie mit diesen Röntgenanlagen ist Gegenstand eines aktuell laufenden Forschungsprojekts im Rahmen des "European Metrology Research Programme" der europäischen Metrologieinstitute.

Für die Darstellung der Wasser-Energiedosis im Strahlungsfeld der miniaturisierten Röntgenröhren wird das Primärnormal für die Darstellung der Wasserenergiedosis bei LDR-Quellen weiterentwickelt. Für die Weitergabe der Dosis in die Kliniken werden Messprozeduren erarbeitet. Ziel ist die Erarbeitung einer Norm oder eines Protokolls für die Dosimetrie mit Miniatur-Röntgenanlagen für die Medizinphysiker.

Ansprechpartner:
Dr. Thorsten Schneider
Tel.: 0531 592-6346

Ein weiterer aktueller Forschungsschwerpunkt - ebenfalls im Rahmen des oben erwähnten europäischen Forschungsprojektes - ist die Dosimetrie in klinischen Feldern in der Brachytherapie mit HDR-Quellen. HDR-Quellen werden im klinischen Einsatz meistens in Verbindung mit sogenannten Applikatoren verwendet. Applikatoren sind Hilfsmittel zur Positionierung der Quelle im Körper des Patienten und auch zur Formung des Strahlungsfeldes, z. B. um strahlungssensibles Gewebe in der Nähe des Tumors vom Strahlungsfeld abzuschirmen und damit zu schonen. Die jeweilige Bauform des benutzten Applikators ist von der Tumorgeometrie und seiner Position im Körper abhängig. In den bisherigen Protokollen für die klinische Dosimetrie und in Bestrahlungsplanungssystemen wird der Einfluss der Applikatoren auf die applizierte Dosis nicht berücksichtigt, siehe Rivard et al.

Die Bestimmung der räumlichen Dosisverteilung in typischen klinischen Strahlungsfeldern der HDR-Brachytherapie, d. h. HDR-Quellen mit Verwendung von Applikatoren, mit einer angemessen kleinen Messunsicherheit ist eine große messtechnische Herausforderung. Hierfür befindet sich ein 3D-Mess­system im Aufbau, mit dem die Position des Detektors auf wenige zehn Mikrometer und die gemessene Dosis innerhalb weniger Prozent genau bestimmt werden können. Die Arbeiten werden zur Zeit in Kooperation mit der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) durchgeführt.

Schriften:

• Rivard M. J., Coursey B. M., DeWerd L. A., Hanson W. F., Huq M. S., Ibbott G. S., Mitch M. G., Nath R., Williamson J. F.:
  Update of AAPM Task Group No. 43 Report: a revised AAPM protocol for brachytherapy dose calculations.
  Med. Phys. 31. 633–74, 2004

Ansprechpartner:
Dr. Thorsten Schneider
Tel.: 0531-592-6346

Im Rahmen eines europäischen Forschungsvorhabens wurde ein Primärnormal für die Darstellung der Wasser-Energiedosis für HDR-Brachytherapiequellen aufgebaut. Mit einem Wasserkalorimeter kann die Wasser-Energiedosisleistung im Nahfeld der Quellen (min. Abstand 24,35 mm) bestimmt werden, siehe Krauss et al. Der im Kalorimeter verwendete Detektor (siehe Abbildung unten), basiert auf dem in der Wasserkalorimetrie für hochenergetische Felder verwendeten. Um eine genaue und reproduzierbare Positionierung der Quelle vor dem Detektor zu erreichen, wird die Quelle in eine Edelstahlnadel (Innendurchmesser: 1,35 mm) eingeführt, die vor dem Detektor in verschiedenen Abständen sehr genau fixiert werden kann, siehe Krauss et al. Aus den Messungen in verschiedenen Abständen wird die Wasser-Energiedosis in 1 cm Abstand von der Quelle ermittelt.

Bei den kalorimetrischen Messungen stört der Effekt, dass radioaktive HDR-Quellen sich durch Absorption von Gammastrahlung oder durch Energieabgabe der Elektronen innerhalb des Quellmaterials erwärmen. Die Berücksichtigung dieser "Eigenheizung", die einem Wert von etwa 20 mW entspricht, stellt neben der steilen Tiefendosisverteilung im Detektor eine der größten Herausforderungen der Darstellung der Wasser-Energiedosis mittels Kalorimetrie dar.

Mit der direkten Darstellung der Wasser-Energiedosis für HDR-Quellen konnte der Wert der Dosisleistungskonstante x experimentell bestimmt und somit die rechnerisch ermittelten Werte überprüft werden. Zwischen experimentell und rechnerisch ermittelten Werten für einen ausgewählten ¹⁹²Ir-Quellentyp ergab sich eine gute Übereinstimmung , siehe Selbach et al..

Die Darstellung mittels Wasser-Kalorimetrie ist experimentell und um eine geringe Unsicherheit zu erreichen auch zeitlich sehr aufwendig, weshalb dieses Verfahren für eine direkte routinemäßige Kalibrierung einzelner Quellen nicht geeignet ist.

Aufgrund der Stabilität des Wertes der Dosisleistungskonstante, die nur von der Bauart bzw. Typ der Quelle abhängt, sollte auch weiterhin die Weitergabe der Wasser-Energiedosis für die HDR-Brachytherapie über die Kalibrierung von HDR-Quellen in der Einheit RAKR unter Verwendung experimentell validierter Werte der Dosileistungskonstanten erfolgen.

Schriften:

• Krauss A., Bambynek M., Selbach H.-J.:
  Application of water calorimetry as absorbed dose to water standards for radiotherapy dosimetry.
  Workshop on Absorbed Dose and Air Kerma Primary Standards, Paris, 2007, Proceedings
• Selbach H.-J., Bambynek M., Aubineau-Laniece I., Gabris F., Guerra A.S., Toni M.P., de Pooter J., Sander T., Schneider T.:
  Experimental determination of the dose rate constant for selected 125I- and 192Ir-brachytherapy sources.
  Metrologia 49, 2012, S219 - S222

Ansprechpartner:
Dr. Thorsten Schneider
Tel.: 0531-592-6346

Das Programm "BetaDosim" interpoliert die Dosisleistung pro Aktivität einer ebenen radioaktiven Quelle, die sich auf einer Stahlplatte befindet, siehe Abbildung unten, welche die ursprüngliche Berechnung beschreibt. Die Ausgabe ist die Dosisleistung pro Aktivität durch die Betaemission eines Radionuklids mit gegebener Beta-Endpunktsenergie, E_ß,max, gegebenem Durchmesser, d_diam, und gegebenem Abstand von der Quelle, r_dist, und mit Luft zwischen der Quelle und dem interessierenden Punkt

Das Programm "BetaDosim" ist frei verfügbar.

Schriften:

• Die originale Berechnung der Dosisleistung pro Betaemission ist beschrieben in: R. Behrens:
  Simulation of the doserate per activity of beta-emitting radionuclides.
  Rad. Prot. Dosim. (2015), Vol. 167, No. 4, pp. 653 - 663
  
• Die Methode zur Interpolation der Daten ist beschrieben in: M. Reginatto and R. Behrens:
  Multi-parameter interpolation of beta radiation dose using radial basis functions.
  Rad. Prot. Dosim. (2016), Vol. 171, No. 4, pp 463 - 469

Ansprechpartner:

• Dosimetrie: Dr. Rolf Behrens
• Mathematik und Software: Dr. Marcel Reginatto

Bei der Laser-Materialbearbeitung von Werkstücken kann unerwünschte Röntgenstrahlung entstehen. Die PTB hat deren Dosisleistung und spektrale Verteilung erstmalig bestimmt. Weitere Information zur Messung von gepulster Photonenstrahlung finden sich hier.

Eine Version für Photonen und Elektronen bis zu 100 MeV ist verfügbar.

Schriften:

• R. Behrens, B. Pullner, M. Reginatto
  Measurements at laser materials processing machines: spectrum deconvolution including uncertainties and model selection
  J. Sens. Sens. Syst., 10, 13–18 (2021)
  
• R. Behrens, B. Pullner, M. Reginatto
  X-ray emission from materials processing lasers
  Radiation Protection Dosimetry, 183, 361-374 (2019)
• R. Behrens, M. Reginatto
  Bayesian spectrum deconvolution including uncertainties and model selection: application to X-ray emission data using WinBUGS
  Radiation Protection Dosimetry, 185, 157-167 (2019)
• R. Behrens
  Strahlende Materialbearbeitung
  PTBnews 1/2019, Seite 6

Ansprechpartner:

Dr. Rolf Behrens
Tel.: 0531-592-6340

Björn Pullner
Tel.: 0531-592-6330