St 31 Dosisbegriffe in der Strahlentherapie.

Vorlesung (QB 11) Grundlagen der
Strahlenphysik und des Strahlenschutzes
11.09.2018
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Dosimetrie und Strahlenschutz:
Begriffe und Einheiten
Agenda
 Dosimetrie:
 Größen und Einheiten
 Dosimetrie und Strahlenschutz
 Organdosis
 Effektive Dosis
 Strahlenschutz
 Expositionswege
 Grenz- und Dosiswerte
 Gesetzliche Regelungen
 Zugangsberechtigungen
 Strahlenschutzbereiche
QB 11 – Dosimetrie und Strahlenschutz / Medizinische Physik

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Dosisbegriffe
Größen und Einheiten
Dosis
(pharmak.) verabreichte Menge
eines Arzneimittels, i.d.R. in
Gewichtseinheiten oder
Internationalen Einheiten der
Wirksubstanz
(radiolog.) Messgröße zur
Charakterisierung ionisierender
Strahlung hinsichtlich der mit ihr
verbundenen physikalischen
bzw. biologischen
Strahlenwirkung

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Energiedosis
𝐷 · Gy
J
kg
 mittlere lokal absorbierte Energie Eabs bei Bestrahlung
mit ionisierender Strahlung eines Absorbermaterials der
Dichte a geteilt durch die Masse ma des bestrahlten
Volumens V
 Dosis D = 50 Gy erhöht in 1 l H2O die Temperatur um T
= 0.01 °C
Aufgabe: Energiedosis eines Espressos
 Energie:
 Einheit: Joule oder cal
 1 J = 0,2389 cal
 1 cal = 4,14 J
 Annahme:
 Espresso (100 ml / 39°C)
 Wärmekapazität: 1 cal/(g °C) bzw. ca. 4 J/(g °C)
 Abkühlung auf Körpertemperatur (37 °C)
 => Energieabgabe von 800 J
 Mensch mit 80 kg

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Ionendosis
𝐽
𝑑𝑄
𝑑𝑚
1
𝜌
·
𝑑𝑄
𝑑𝑉
 bei Bestrahlung eines Luftvolumens V durch
ionisierende Strahlung freiwerdende Ladung Q eines
Vorzeichens geteilt durch die Masse ma der bestrahlten
Luft.
 1000 bis 10000 freie Elektronen pro ionisierendes oder
-Teilchen
Von der Ionendosis zur Energiedosis
 Die Ionendosis kann einfach bestimmt werden durch
Messung der freigesetzten elektrischen Ladungen.
 Die Umrechnung in Energiedosis erfolgt durch einen
Faktor f, der den Energiebetrag beschreibt, der zur
Erzeugung von 1 Coulomb freier Elektronen im
Absorbermaterial nötig ist.
𝐷 𝑓 · 𝐽

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Ionisierungsenergie
Photonenenergie Faktor f  [Gy kg / C]
Luft Wasser Muskel Knochen
50 kV 33,7 34,1 35,7 162,8
150 kV 33,7 35,7 36,4 89,1
250 kV 33,7 36,8 36,8 54,3
400 kV 33,7 37,2 37,2 42,6
137‐Cs (662 keV) 33,7 37,2 37,2 38,8
60‐CO (1,22 MeV) 33,7 37,2 37,2 34,9
Dosismessgeräte
 Dosis kann durch unterschiedliche
Mechanismen nachgewiesen werden:
 Ionisation von Gasen
 Ionisationskammern
 Anregung / Aktivierung von Festkörpern
 Thermolumineszenzdosimeter
 Szintilatoren
 Halbleiterdetektoren
 Anstoßen von chemischen Prozessen
 Filme
 Eisensulfatdosimeter
 Geldosimetrie

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Messgrößen vs. Schutzgrößen
 Messgröße
 für Orts- und Personendosimetrie
 Energiedosis,
 Ionendosis,
 Äquivalentdosis,
 Personendosis
 Schutzgröße
 für den Strahlenschutz zur Festlegung personengebundener
Dosisgrenzwerte
 Organdosis,
 effektive Dosis,
 Körperdosis
Organdosis
 Die Organdosis HT ist das Produkt aus der Organ-
Energiedosis D T,R und dem Strahlungs-Wichtungsfaktor
wR.
𝐻 𝑤 · 𝐷 , Sv
 Verschiedene Strahlungsarten erzeugen Ionisationen,
die unterschiedlich dicht beieinander liegen. Die
Ionisierungsdichte ist abhängig von der Strahlungsart
und der Energie.

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Ionisierungsdichte
Reichweite ionisierender Strahlung

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Strahlungs-Wichtungsfaktor wR
Art und Energiebereich Strahlungswichtungsfaktor wR
Photonen, alle Energien 1
Elektronen und Myonen, alle Energien 1
Neutronen, Energie < 10 keV 5
10 keV bis 100 keV 10
> 100 keV bis 2 MeV 20
> 2 MeV bis 20 MeV 10
> 20 MeV 5
Protonen, außer Rückstoßprotonen, Energie > 2 MeV 5
Alphateilchen, Spaltfragmente, schwere Kerne 20
Effektive Dosis
 Die Organdosis beschreibt die Strahlungswirkung bei
der Bestrahlung des ganzen Körpers, die effektive Dosis
beschreibt die Strahlungswirkung bei
Teilkörperexposition.
 Werden nur Teile des Körpers exponiert, so ist das
davon ausgehende Risiko mit einem Faktor zu
gewichten, der der Funktion des betroffenen Organs
Rechnung trägt.
𝐸 ∑ 𝑤 · 𝐻 Sv

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Gewebe-Wichtungsfatoren wT
Bereich Wichtungsfaktor wT
1. Keimdrüsen 0,20
2. Knochenmark (rot) 0,12
3. Dickdarm 0,12
4. Lunge 0,12
5. Magen 0,12
6. Blase 0,05
7. Brust 0,05
8. Leber 0,05
9. Speiseröhre 0,05
10. Schilddrüse 0,05
11. Haut 0,01
12. Knochenoberfläche 0,04
13. andere Organe und Gewebe 0,05
Zusammenfassung Dosisbegriffe
Strahlung
•Messung
Ionendosis J
[C/kg]
•Materialabhängiger
Umrechnungsfaktor
Energiedosis D [Gy]
•Strahlenartabhängiger
Wichtungsfaktor
Organdosis HT [Sv]
•Gewebeabhängiger
Wichtungsfaktor
Effektive Dosis E
[Sv]

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Strahlenschutz
Strahlenexposition in Deutschland und der Welt
Strahlenexposition in Deutschland
2,10
1,84
[mSv]
natürliche zivilisatorische
BMU/BfS: Umweltradioaktivität und Strahlenbelastung im Jahr 2011

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Strahlenexposition in Deutschland
27,22%
9,90%
7,42%
7,42%
44,54%
2,47%
0,25%
0,27%
0,25%
0,25%
in Prozent
Radoninhalation terrestrische Strahlung Nahrung
kosmische Strahlung Röntgendiagnostik Nuklearmedizin
Forschung, Technik und Haushalt Tschernobyl Atombomben Fallout
kerntechnische Anlagen
Ursache für die terrestrische Strahlung
 Zerfall natürlicher radioaktiver Nuklide in der Erdkruste
Element Halbwertszeit Ende der Zerfallsreihe
Thorium – 232 14 Milliarden Jahre Blei – 208
Uran – 238 4,4 Milliarden Jahre Blei – 206
Uran – 235 700 Millionen Jahre Blei – 207
Kalium – 40 1,3 Milliarden Jahre Calcium/Argon ‐ 40

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Natürliche Strahlenexposition
Radoninhalation Terrestrische Strahlung
Messnetz für -Strahlung
 "Integrierten Mess- und
Informationssystems für die
Überwachung der
Radioaktivität in der Umwelt"
(IMIS)
 Konsequenz aus dem
Reaktorunfall in Tschernobyl
1986
 Ca. 1800 Messstellen zur
Messung der ODL

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Ortsdosisleistung in Frankfurt
Ortsdosisleistung in Frankfurt

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Terrestrische Strahlung weltweit
Gebiet Mittlere
Dosis
[mSV/a]
Höchste
Dosis
[mSv/a]
Deutschland 2,4 5
Indien
(Kerala)
4 55
Brasilien
(Espirinto
Santo)
6 175
Iran
(Ramsar)
6 1.200
Strahlenexposition durch Lebensmittel
Radionuklid Geschätzte
Aufnahme
[Bq/Monat]
40 – K 2700
210 – Po 3
210 – Pb 3
226 – Ra 1,2
228 – Ra 1,2
230 –Th 0,15
232 – Th 0,15
238 – U 0,50
Lebensmittel Aktivität im
Frsichgewicht
[Bq/kg]
Gemüse 0,05
Wurzelgemüse 0,05
Kartoffeln 0,05
Obst 0,01
Fleisch, Fisch 0,02
Milchprodukte 0,01
Eier 0,20
Paranüsse 7 ‐ 100

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Kosmische Strahlung
 Energiereiche Teilchen und Gammastrahlung
aus der Sonne und den Tiefen des Weltalls
werden auf dem Weg zur Erdoberfläche durch
die Atmosphäre teilweise absorbiert.
 Die Dosisleistung der Höhenstrahlung hängt
von der Höhenlage ab.
 Meeresniveau 0, 032 µSv/h (0,3 mSv/a)
 Zugspitze 0, 128 µSv/h (1,2 mSv/a)
 Interkontinentale Flugreise auf der Nordpolarroute in
12 km Höhe: 6 µSv/h (ca. 0,06 mSv pro Flug)
Medizinische Strahlenexposition
 Prozentuale Anteile der Exposition durch die Radiologie

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Untersuchungsart Effektive Dosis [mSv]
Röntgenuntersuchungen mit Aufnahmen
Zahnaufnahme ≤ 0,01
Extremitäten (Gliedmaßen) < 0,01 – 0,1
Schädelaufnahme a.p. 0,03 – 0,06
Halswirbelsäule in 2 Ebenen 0,0 – 0,2
Brustkorb (Thorax), 1 Aufnahme 0,02 – 0,04
Mammographie beidseits in je 2 Ebenen 0,2 – 0,4
Brustwirbelsäule in 2 Ebenen 0,2 – 0,5
Lendenwirbelsäule in 2 Ebenen 0,6 – 1,1
Beckenübersicht 0,3 – 0,7
Bauchraum (Abdomenübersicht) 0,3 – 0,7
Untersuchungsart Effektive Dosis [mSv]
Röntgenuntersuchungen mit Aufnahmen und Durchleuchtung
Magen 4 – 8
Darm (Dünndarm bzw. Kolonkontrasteinlauf) 5 – 12
Koronarangiographie 4 – 7
PTCA* 6 – 16
Bein‐Becken‐Phlebographie (ein Bein) 0,3 – 0,7
Bein‐Becken‐Arteriographie 5 – 9
CT‐Untersuchungen
Hirnschädel 1,7 – 2,3
Lendenwirbelsäule 4,8 – 8,7
Brustkorb (Thorax) 4,2 – 6,7
Bauchraum (Abdomen) 8,8 – 16,4

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 Prozentuale Anteile der Exposition durch die
Nuklearmedizin
Cäsium-Belastung in Folge des RU Tschernobyl

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Wichtige Dosis und Grenzwerte
Dosis
0,01 mSv pro Jahr Höchste jährliche Dosis einer Person im Umkreis eines Kernkraftwerks
unter Normalbedingungen
0,01‐0,03 mSv Dosis bei einer Röntgenaufnahme des Brustkorbs (Thorax)
Bis zu 0,1 mSv Dosis durch Höhenstrahlung bei einem Flug von München nach Japan
1 mSv pro Jahr Grenzwert (maximal zulässige Dosis) für die jährliche Strahlenexposition
einer Person der Normalbevölkerung aus Tätigkeiten, u.a. aus dem
Betrieb kerntechnischer Anlagen in Deutschland
2 mSv pro Jahr Durchschnittliche jährliche Dosis einer Person in Deutschland aus
künstlichen Quellen, vornehmlich Medizin (Wert für 2009 = 1,8 mSv)
2 mSv in 50 Jahren Gesamte Dosis für eine Person im Voralpengebiet auf Grund des
Reaktorunfalls von Tschernobyl für den Zeitraum 1986‐2036
Dosis
2‐3 mSv pro Jahr Durchschnittliche jährliche Strahlenexposition der Bevölkerung in
Deutschland aus natürlichen Quellen
10‐20 mSv Ungefähre Dosis für eine Ganzkörper‐Computertomographie eines
Erwachsenen
20 mSv pro Jahr Grenzwert (maximal zulässige Dosis) der jährlichen Strahlenexposition für
beruflich strahlenexponierte Personen in Deutschland
100 mSv Schwellendosis für angeborene Fehlbildungen oder Tod des Foetus
100 mSv Bei dieser Dosis treten in einer Bevölkerungsgruppe etwa 1% zusätzliche
Krebs‐ und Leukämiefälle auf
250 mSv Grenzwert (maximal zulässige Dosis) für eine Person beim Einsatz
lebensrettender Maßnahmen oder zur Vermeidung großer Katastrophen
in Deutschland

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Dosis
400 mSv Grenzwert (maximal zulässige Dosis) für die Berufslebensdosis bei
beruflich strahlenexponierten Personen in Deutschland
500 mSv* Bei akuter Exposition treten ab dieser Schwellendosis Hautrötungen auf
1000 mSv* Bei akuter Exposition treten ab dieser Schwellendosis akute
Strahleneffekte auf (zum Beispiel Übelkeit, Erbrechen)
1000 mSv Bei dieser Dosis treten in einer Bevölkerungsgruppe etwa 10% zusätzliche
Krebs‐ und Leukämiefälle auf
3000 – 4000 mSv Ohne medizinische Eingreifen sterben bei dieser Dosis 50% der
exponierten Personen nach 3‐6 Wochen, wenn es sich um eine in kurzer
Zeit erfahrene Strahlenbelastung handelte
> 8.000 mSv Sicherer Tod
* Um die Vergleichbarkeit mit den ansonsten in Sievert (Sv) angegebenen Messwerten zu ermöglichen, ist der Wert hier ebenfalls
in Sievert angegeben; wissenschaftlich präziser wäre die Angabe in Gray (Gy).
Strahlenschutz
Gesetze und Verordnungen

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Berufliche Strahlenexposition
Schutz des Personals
 Der Schutz des Personals erfolgt durch Gesetze,
Verordnungen und Richtlinien
 Ca. 350.000 beruflich strahlenexponierte Personen
 berufliche Exposition 0,58 mSv/a:
Beruflich strahlenexponierte Person
Kategorie A Kategorie B
Ganzkörperdosis > 6 mSv/a > 1 mSv/a
Augenlinse > 45 mSv/a > 15 mSv/a
Haut, Hände, Unterarme,
Füße, Knöchel,
einschließlich der
dazugehörigen Haut
> 150 mSv/a > 50 mSv/a

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Strahlenschutzbereiche
Bereich Überwachungsbereich Kontrollbereich Sperrbereich
Effektive Dosis > 1 mSv/a > 6 mSv/a
Ortsdosisleistung
> 3 mSv/h
Organdosis Augenlinse > 15 mSv/a > 45 mSv/a
Organdosis Haut, Hände,
Unterarme, Füße,
Knöchel
> 50 mSva/a > 150 mSv/a
Zugangsberechtigung
Personen mit
notwendiger Tätigkeit,
Patienten, Helfer,
Besucher
Beruflich
strahlenexponierte
Personen, Patienten,
Helfer,
Schwangere (< 1 mSv)
nur in Absprache mit
dem StrSchBeauftragten
bzw. ‐Verantwortlichen,
Patienten
Grenzwerte Teilkörperdosis
Bereich Effektive Dosis
Beruflich Strahlenexponierte Auszubildende < 18 Jahren
Ganzkörperdosis 20 (50) mSv/a* 1 (6) mSv/a**
Augenlinse 150 mSv/a 15 (45) mSv/a
Haut, Hände, Unterarme, Füße,
Knöchel, einschließlich der
dazugehörigen Haut
500 mSv/a 50 (150) mSv/a
Keimdrüsen, Gebärmutter,
Knochenmark (rot)
50 mSv/a
Schilddrüse, Knochenoberfläche 300 mSv/a
Dickdarm, Lunge, Magen, Blase,
Brust, Leber, Speiseröhre
150 mSv/a
Berufslebensdosis 400 mSv
*() mit Genehmigung der zuständigen Behörde, jedoch in fünf aufeinanderfolgenden Jahren < 100 mSv
** () mit Genehmigung der zuständigen Behörde, wenn dies zur Erreichung des Ausbildungsziel notwendig ist

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Angewandter Strahlenschutz
Zusammenfassung
 Die Grundlegende Messgröße ist die Energiedosis.
 Durch Wichtungs-Faktoren wird aus einer Messgröße
eine Angabe über die biologische Wirkung und das von
der Strahlung ausgehende Risiko.
 Der größte Teil der Exposition der Bevölkerung beruht
auf natürlichen Strahlungsquellen.
 Durch Gesetze und Verordnungen sind Grenzwerte
festgelegt, die das Risiko durch ionisierende Strahlung
beschränken.

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23
Ausblick

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