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Radiologie Modul I
Radiologie Modul I Teil 1 Grundlagen Röntgen ROENT E GEN T C HNIK STRAHLENBIOLOGIE GRUNDLAGEN RADIOLOGIE STRAHLENPHYSIK Teil 1 Inhalt • physikalische Grundlagen Röntgen • Strahlenbiologie Strahlenbiologie Inhalt • zelluläre Strahlenbiologie • Strahlenpathologie • Risiko & effektive Dosis Strahlenbiologie Lernziele • Ereignisse zwischen Energieabsorption & Zellschaden aufzählen und erklären können • durch Strahlung ausgelösste Pathologien kennen und ihren Schwellendosiswerten zuordnen können • Strahlenrisiken abschätzen können Zelluläre Strahlenbiologie Wirkungskette • Energieabsorption • Bildung von freien Radikalen (indirekte Wirkung) • Schädigung der DNA Zelluläre Strahlenbiologie H 2O H 2 O + + e - aq H 2O H 2O + + H 2O OH + OH Wasserradiolyse • Spaltung oder Ionisation von Wasser OH + H OH + H 3O + H 2O 2 • Folgereaktionen: Radikalbildung eaq . H + OH . H2O2 DNS RepairMechanismus labiler Vormutationszustand Apoptose fixierte Mutation Deletion Translokation Zelluläre Strahlenbiologie Chromosomenschäden • Einzelstrangbrüche: relativ unbedeutend • Doppelstrangbrüche: Zelltod, Mutationen, Kanzerogenese • verschiedene Arten von Chromosomenaberrationen Zelluläre Strahlenbiologie Chromosomenschäden a a • letale Schäden: Dizentrische Chromosomen, Ringe, etc… b b a) dizentrisches Chromosom b) azentrisches Fragment • Aktivierung von Onkogenen: Deletionen, Translokationen Zelluläre Strahlenbiologie γ α Linearer Energie-Transfer • LET = pro Weglänge ∆s absorbierte Energie ∆E: ∆Eabs LET = ∆s Zelluläre Strahlenbiologie Linearer Energie-Transfer • Strahlenarten: Bei gleicher Energiedosis unterschiedliche Wirkung γ ∆V • niedriger LET: γ-, Röntgenstrahlung • hoher LET: α-Strahlung α ∆V Zelluläre Strahlenbiologie Relative Biol. Wirksamkeit Zelluläre Strahlenbiologie H = wR ⋅ D Äquivalentdosis • Berücksichtigung des unterschiedlichen Spätschadenspotential von verschiedenen Strahlenarten: Wichtungsfaktor wR • Einheit: Sievert [Sv] Zelluläre Strahlenbiologie Sauerstoff-Effekt log(Anzahl überlebender Zellen) Zelluläre Strahlenbiologie Dosis-Effekt-Kurven • Schulter: QuasiSchwellendosis Dq Dq • linearer Teil: Wahrscheinlichkeit des Zelltodes abhängig von Dosis und Anzahl vorhandener Zellen Dosis N −α D − β D 2 S= =e N0 0 ln S = −α D − β D 2 β= 0.1 Gy-1 log(S) -1 β= 0.35 Gy-1 -2 β= 0.2 Gy-1 -3 1.0 2.0 total dose D / Gy 3.0 4.0 Modell mit transienter Dosis Γ und Repopulation dN = −(α + 2βΓ ) ⋅ R ⋅ N + k ⋅ N dt 0 logS -4 b -8 d c -12 a -16 0 5 10 15 Dose D / Gy 20 25 log(Anzahl überlebender Zellen) Zelluläre Strahlenbiologie Zellzyklus • a: späte Synthesephase a • b: frühe Synthesephase b c Dosis • c: Mitosephase Erbkrankeiten mit erhöhter Empfindlichkeit gegenüber DNA-schädigenden Noxen (teilweise verminderte Repair-Fähigkeit) Xeroderma pigmentosum (rezessiv-autosomal vererbt) Klinik: Sonnenlicht-Überempfindlichkeit Hauttumore, etc. Bloom Syndrom (rezessiv-autosomal vererbt) Klinik: Sonnenlicht-Überempfindlichkeit proportionierter Kleinwuchs, etc. Zelluläre Strahlenbiologie Reaktion der Zelle mögliche Reaktionen einer Zelle auf Bestrahlung sind: • Apoptose • Reparatur • Mutation Strahlenbiologie Inhalt • zelluläre Strahlenbiologie • Strahlenpathologie Frühschäden • deterministisch Schwellendosis biologischer Schaden Strahlenpathologie • Schwellendosis Dosis • Latenzzeit von Stunden (early effects) bis wenige Jahre (late effects) Schwellendosis • 0.1 Gy: Chromosomenaberrationen im bestrahlten Gewebe Schwellendosis biologischer Schaden Strahlenpathologie • 0.5 Gy: Reaktion des blutbildenden Systems Dosis • 1 Gy auf ganzen Körper: Strahlensyndrom Lymphozyten (%) Strahlenpathologie Blutbildendes System • Depression der Lymphozyten innert 3-4 Tagen 100 1-2 Gy • je höher die Dosis, desto tiefer die Depression > 5-6 Gy 5 10 15 20 Zeit nach Bestrahlung (Tage) 180 • Erholung nach ca. 180 d, falls Dosis < 5-6 Gy Strahlenpathologie Neutrophile (%) 100 Blutbildendes System • Reaktion der Neutrophilen analog zu Lymphozyten, aber: 1-2 Gy • initialer Anstieg → Entzündungsreaktionen, Entleerung der Speicher > 5-6 Gy 5 10 15 20 Zeit nach Bestrahlung (Tage) 180 Strahlenpathologie Hautreaktionen • Schwellendosis für Erythem beim Menschen: ca. 3-4 Gy • permanente Epilation oberhalb ca. 7 Gy (bei einmaliger Applikation) • Dosis > 10 Gy (Einzeldosis): schmerzhafte Strahlenverbrennungen Strahlenpathologie Schleimhäute • Enanthem oberhalb ca. 3-4 Gy • Ulzerationen • Geschmacksverlust Strahlenpathologie Augenschäden • Trübung der Linse (Strahlenkatarakt) oberhalb 2-3 Gy mit langer Latenzzeit • Retinopathien • Konjunktivitis Strahlenpathologie Herz & Gefässe • Schädigung der Herzkranzgefässe & Myokardfibrosen bei sehr hohen Dosen • Störung der Blutversorgung durch Gefässschäden Strahlenpathologie Hirn & Nerven • relativ strahlenunsensibel a b • problematisch bei Strahlentherapie: Hohe Dosen auf Myelon, Hirnstamm oder generell auf grossen Volumen Petechien • Strahlenwirkung auf Blutgefässe sehr wichtig Strahlenpathologie Strahlensyndrom • 1-6 Gy: hämatopoetische Form • 6-20 Gy: gastro-intestinale Form • > 20 Gy: zerebrale Form 1-6 Gy: hämatologische Form Prodromalphase (Dauer 24 - 48 h): Übelkeit (Nausea), Erbrechen, Salivation Latenzzeit (Dauer 2 - 3 Wochen): Manifeste Erkrankung (Dauer 2 - 4 Wochen): Fieber, Schwäche, Infektionen Blutungsneigung Radiodermatitis, Epilation Schleimhautdefekte (Ulzerationen) 6-20 Gy: gastro-intestinale Form Prodromalphase (Dauer 24 - 72 h): Übelkeit (Nausea), Erbrechen, Salivation Latenzzeit (Dauer 3 - 5 Tage): Manifeste Erkrankung massiver Durchfall (Diarrhoe) Fieber, Schwäche, Infektionen (Darmbakterien!!!) Blutungsneigung Radiodermatitis, Epilation Schleimhautdefekte (Ulzerationen) Strahlenpathologie 3-5 Gy Semiletaldosis 5.4 Gy LD 50/60 2.5 Gy 8 Gy Escherichia Coli B 140 Gy Streptococcus faecalis 390 Gy Tabak-Mosaik-Virus 2000 Gy 200 Gy 15 Gy 150 Gy 1000 Gy Strahlenpathologie Tag 1-9 Pränatale Bestrahlung PräimplantationsPhase ab 50 mGy Todesfälle bei Mausembryo Reaktion auf Bestrahlung: Tod oder normale Entwicklung Tag 9-28 Organogenese Abfaltung des Keimblattes Reaktion auf Bestrahlung: EntwicklungsStörungen des zentralen Nervensystems Missbildungen aller Art Schwellen-Dosis 50 mGy Risiko: 50% bei 1 Gy Tag 28-48 Organogenese Embryonales Wachstum Reaktion auf Bestrahlung: EntwicklungsStörungen des zentralen Nervensystems Missbildungen Mit zunehmendem Alter starke Abnahme der Sterblichkeit Schwellen-Dosis 50 mGy Risiko: 50% bei 1 Gy Tag 48 Organogenese Embryonales Wachstum Fetogenese 61 drastische Abnahmen der Missbildungsrisiko Ausnahme: geistige Retardierung ca. 30 IQ-Punkte / Gy Strahlenpathologie Pränatale Bestrahlung • Missbildungen von praktisch allen Organsystemen möglich • geistige Retardierung • erhöhtes Krebsrisiko Strahlenbiologie Inhalt • zelluläre Strahlenbiologie • Strahlenpathologie • Risiko & effektive Dosis Risiko & effektive Dosis Stochastische Schäden • Krebsrisiko • genetische Schäden Tumor-Genese • Tumor-Induktion • Tumor-Progression • Wachstum und ev. weitere Differenzierung (SubklonBildung) • Metastasierung Risiko & effektive Dosis Latenzzeit • lange Latenzzeit für stochastische Schäden → Spätschäden • Leukämien: 5-8 Jahre • solide Tumoren: bis zu 25 Jahre (beim Menschen) Risiko Risiko & effektive Dosis Dosis-Effekt-Beziehung • für stochastische Schäden linear bei niedriger Dosisleistung b a Dosis a) protrahierte Exposition b) Dosis in einmaliger Exposition appliziert • bei hohen Dosisleistungen Verdoppelung des Risikos Risiko & effektive Dosis E = ∑wT HT T Effektive Dosis E • Gewichtung der Organdosen HT mit deren Strahlensensibilität bezüglich Spätschäden • Mittelung über den ganzen Körper • Einheit: auch Sievert [Sv] Risiko & effektive Dosis effektive Dosis E O rgan bzw . G ew ebe wT G on aden K nochenm ark D ickdarm Lung e M agen B rust Lebe r S childdrüse H aut 0.20 0.12 0.12 0.12 0.12 0.05 0.05 0.05 0.01 Risiko Risiko & effektive Dosis b a Dosis a) protrahierte Exposition b) Dosis in einmaliger Exposition appliziert Risiko • (+) 4% / Sv Krebsmortalität für arbeitende Bevölkerung • (+) 5% / Sv Krebsmortalität für Gesamt-Bevölkerung • (+) 1 % / Sv genetische Defekte (Gesamtbevölkerung) bzw. 0.6 % (arbeitende Bevölkerung) • bei hohen Dosisleistungen Verdoppelung des Risikos! Risiko & effektive Dosis Detriment nach ICRP Risiko • (+) 1-1.5% / Sv Inzidenz für nichttödliche Tumore b a Dosis a) protrahierte Exposition b) Dosis in einmaliger Exposition appliziert • Detriment (+) 7.3 % / Sv Risiko Risiko & effektive Dosis niedrige Dosen • unterhalb von ca. 50 100 mGy keine zuverlässigen Daten ? ? 50 mSv effektive Dosis E • Annahme im Strahlenschutz: linearer Zusammenhang Risiko & effektive Dosis R A A LA a As L ow As Re bly Achievabl a n e so Konsequenzen • Optimierung im Strahlenschutz: → Dosis so tief wie möglich halten The END
![Die Kristallstruktur von [(CH3) 4N] 2TeCl6 und über die](http://s1.doczz.net/store/data/005713419_1-dc23cadce49f8e1164102028b4c7b6c8-70x70.png "Die Kristallstruktur von [(CH3) 4N] 2TeCl6 und über die")
