Skip to main content
main-content
Top

About this book

„Strahlungsquellen und Dosimetrie“ ist Teil einer Lehrbuchreihe zur Strahlungsphysik und zum Strahlenschutz.

Der erste Teil befasst sich mit den physikalischen Grundlagen der Strahlungsdetektoren und der Strahlungsmessung. Im zweiten Teil werden die Konzepte und Verfahren der klinischen Dosimetrie dargestellt. Der dritte Abschnitt erläutert ausführlich die Dosisverteilungen der klinisch angewendeten Strahlungsarten. Im vierten Teil werden weitere Messaufgaben der Strahlungsphysik einschließlich der Messsysteme für die Bildgebung mit Röntgenstrahlung dargestellt. Neben den grundlegenden Ausführungen enthält dieser Band im laufenden Text zahlreiche Tabellen und Grafiken zur technischen und medizinischen Radiologie, die bei der praktischen Arbeit sehr hilfreich sein können und 199 Übungsaufgaben mit Lösungen zur Vertiefung der Inhalte.

Für die zweite Auflage wurden die Darstellungen der Elektronen- und der Protonendosimetrie sowie der bildgebenden Verfahren mit Computertomografen deutlich erweitert.

Table of Contents

Frontmatter

Strahlungsdetektoren

1. Überblick über Messaufgaben und Strahlungsdetektoren

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird zuerst ein kurzer Überblick über die verschiedenen Strahlungsmessaufgaben und die Anforderungen an Strahlungsmessungen gegeben. Es folgt eine Zusammenstellung der unterschiedlichen Detektorarten und ihrer Haupteinsatzgebiete.
Hanno Krieger

2. Detektoren mit Gasfüllung

Zusammenfassung
Luftgefüllte Ionisationskammern sind die wichtigsten Detektoren für die Strahlungsmessung und die klinische Dosimetrie. In diesem Kapitel werden zunächst die Funktionsweisen und Bauformen der Ionisationskammern erläutert. Anschließend folgt eine Darstellung der weiteren Gasdetektoren Proportionalkammern und Geiger-Müller-Zählrohre.
Hanno Krieger

3. Theorie der Ionisationskammern

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Grundlagen der Theorie der Ionisationskammern erläutert. Es werden zunächst die thermische Diffusion und Beweglichkeiten der Ladungen im Kammervolumen sowie die Vorgänge zur Ionenerzeugung dargestellt. Es folgen eine ausführliche Erläuterung der Mechanismen der Rekombination und der Ladungsverluste sowie eine Darstellung der Grundlagen der Rekombinationstheorie.
Hanno Krieger

4. Festkörperdetektoren

Zusammenfassung
Nach einem kurzen Überblick über das Bändermodell für Festkörper und den Aufbau von Kristallen werden die verschiedenen Mechanismen zur Anregung von Festkörpern erläutert. Es folgen die Darstellungen der unterschiedlichen Festkörperdetektoren. Dazu zählen die Halbleiterdetektoren, die Leitfähigkeitsdetektoren und die verschiedenen Lumineszenzdetektoren. Nach einer Darstellung der Szintillatoren, Leuchtschirme und Speicherfolien folgen die Ausführungen zur Thermolumineszenz und zur Radiophotolumineszenz.
Hanno Krieger

5. Weitere Detektorarten

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden weitere für die Dosimetrie und die Strahlungsmessung wichtige Detektorprinzipien dargestellt. Neben den chemischen Detektoren, die auf dem Auslösen einer makroskopisch nachweisbaren chemischen Reaktion beruhen, wird die Filmemulsion, ein bis heute wichtiger Detektor der Dosimetrie und der bildgebenden Radiologie, detailliert beschrieben. Die anschließend dargestellten Kalorimeter werden zunehmend als Primärnormalstandard für die Dosimetrie eingesetzt. Die für die Strahlungsmessung weniger bedeutenden Nachweisverfahren wie Elektronenspinresonanz, die Exoelektronenemission und das Lyolumineszenzverfahren werden nur kurz erläutert.
Hanno Krieger

6. Messreihen und Messfehler

Zusammenfassung
Nach einer Vorstellung der verschiedenen Fehlerarten werden zunächst die Eigenschaften von Messreihen und die Klasseneinteilungen beschrieben. Im nächsten Abschnitt folgen Ausführungen zu den Maßzahlen (Lagemaße und Streumaße). Nach einer Erläuterung der statistischen Modelle und der entsprechenden Verteilungsfunktionen werden im darauf folgenden Abschnitt Fehlerfortpflanzungen und die einschlägigen Rechenvorschriften dargestellt. Das letzte Kapitel beschreibt die Totzeiten von Zählsystemen.
Hanno Krieger

Konzepte und Verfahren der Dosimetrie

7. Aufgaben und Genauigkeit der klinischen Dosimetrie

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Aufgaben der klinischen Dosimetrie für die verschiedenen radiologischen Disziplinen zusammengestellt. Die wichtigste Aufgabe ist die Messung der im bestrahlten Medium entstandenen Energiedosis für die verschiedenen Strahlungsquellen. Die am weitesten verbreitete dazu verwendete Methode ist die Dosismessung mit gasgefüllten Ionisationskammern. Im zweiten Teil des Kapitels werden die Genauigkeitsanforderungen der klinischen Dosimetrie diskutiert.
Hanno Krieger

8. Strahlungsfelder und Strahlungsqualitäten

Zusammenfassung
Das Kapitel beginnt mit einer Darstellung der wichtigsten Größen zur Beschreibung von Strahlungsfeldern. Diese Größen können sowohl auf die Teilchenzahl als auch auf die Teilchenenergie bezogen sein. Im zweiten Teil werden ausführlich die Verfahren zur Charakterisierung der Strahlungsqualitäten der verschiedenen in der Radiologie verwendeten Strahlungsarten dargestellt.
Hanno Krieger

9. Dosisgrößen

Zusammenfassung
Dieses Kapitel gibt zunächst einen Überblick über die physikalischen Dosisgrößen Ionendosis, Energiedosis und Kerma. Es folgt eine Darstellung der von den physikalischen Dosisgrößen abgeleiteten spezialisierten Dosisgrößen in der bildgebenden Radiologie, die zur Abschätzung der Patientendosen dienen. Das Dosisflächen-Produkt DFP wird bei Röntgenaufnahmen oder Durchleuchtungen im Rahmen der Bildgebung oder interventionellen Radiologie benötigt. Der CT-Dosisindex CTDI und das Dosislängenprodukt DLP dienen zur Abschätzung der Patientenexposition bei der Computer-Tomografie. Die Dosisgrößen zur Beschreibung des stochastischen Strahlenrisikos werden am Ende des Kapitels erläutert.
Hanno Krieger

10. Strahlungsfeldbedingungen bei der Ionisationsdosimetrie

Zusammenfassung
Bei der Dosimetrie von Photonenstrahlungen mit luftgefüllten Ionisationskammern werden in diesem Kapitel zwei Grenzfälle unterschieden. Der eine Fall ist die Bedingung des so genannten Sekundärelektronengleichwichts im Kammervolumen. In diesem Fall bestimmen ausschließlich die Photonen im Messvolumen die dosimetrische Anzeige. Der zweite Grenzfall ist gegeben, wenn das Luftvolumen und die Kammer das Strahlungsfeld im Phantom so wenig stören, dass der Sekundärelektronenfluss unverändert bleibt. Diese Bedingungen nennt man BRAGG-GRAY-Bedingungen. Beide Grenzfälle sind in der Praxis nur näherungsweise zu verwirklichen. Abweichungen müssen durch entsprechende Korrekturen oder Kalibrierungen berücksichtigt werden.
Hanno Krieger

11. Dosimetrische Konzepte

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird zunächst der Begriff des dosimetrischen Konzepts erläutert. Dann werden für die verschiedenen Photonenstrahlungen die Messungen unter Sekundärelektronengleichgewicht oder unter Hohlraumbedingungen dargestellt sowie die dosimetrischen Konzepte bei der Elektronen- und Protonendosimetrie. Es werden jeweils vorwiegend die Methoden zur Bestimmung der Energiedosis aber auch der Kerma und eventuell der Ionendosis unter den verschiedenen Strahlungsfeldbedingungen und Kalibrierverfahren behandelt.
Hanno Krieger

12. Praktische Referenzdosimetrie mit Ionisationskammern

Zusammenfassung
Die Positionierung luftgefüllter Ionisationskammern zur Messung der Kenndosisleistungen von Strahlungsquellen unter Referenzbedingungen hängt von der Bauform der Ionisationskammer und von den untersuchten Strahlungsqualitäten ab. Die Positionierungsmethoden werden im ersten Teil dieses Kapitels beschrieben. Außerdem sind bei der praktischen Dosimetrie einige typische Messwertkorrekturen vorzunehmen, die mit den klimatischen Bedingungen und dem Verhalten von Ionisationskammern in Strahlungsfeldern begründet sind. Nach einer Darstellung dieser Korrekturen wird im dritten Teil dieses Kapitels das praktische Vorgehen bei der klinischen Referenzdosimetrie mit Ionisationskammern beschrieben. Die entsprechenden internationalen "codes of practice" werden für jede Aufgabe der Referenzdosimetrie mit den DIN-Verfahren verglichen und eventuelle Abweichungen erläutert.
Hanno Krieger

13. Dosimetrische Materialäquivalenz

Zusammenfassung
Da in der praktischen Dosimetrie Ersatzsubstanzen für das zu bestrahlende menschliche Gewebe eingesetzt werden müssen, stellt sich die Frage nach der dosimetrischen Äquivalenz dieser Substanzen. Darunter versteht man nicht nur die Gleichheit der verschiedenen Wechselwirkungsraten für Photonen- und Elektronenstrahlungen sondern auch die Gleichheit bezüglich der Dosisverteilungen an jedem Punkt dieser Phantome. In diesem Kapitel werden die Bedingungen für die dosimetrische Äquivalenz dargestellt.
Hanno Krieger

14. Thermolumineszenzdosimetrie

Zusammenfassung
Das Kapitel beginnt mit einer Darstellung der Grundlagen des Thermolumineszenzprinzips und der gängigen TL-Materialien. Im zweiten Teil werden praktische Aspekte der Thermolumineszenzdosimetrie beschrieben wie die Detektorformen zur TL-Dosimetrie, die Auswerteeinheit, die verwendeten Heizprofile sowie die Kalibrierverfahren und die Probleme der TLDosimetrie.
Hanno Krieger

15. Hinweise zur klinischen Dosimetrie

Zusammenfassung
Nach einer Beschreibung der gesetzlichen Vorschriften wird die erforderliche Geräteausstattung einer Physikabteilung vorgestellt. Ein gesondertes Kapitel befasst sich mit der Beschreibung der Erstdosimetrie an einem Elektronenlinearbeschleuniger, da bei dieser sehr umfangreichen Aufgabe unbedingt Orientierungen zum zeitlichen Ablauf benötigt werden. Im letzten Teil des Kapitels werden die regelmäßigen die Qualität sichernden physikalischen und technischen Überprüfungen in der Strahlentherapie besprochen.
Hanno Krieger

Dosisverteilungen

16. Dosisverteilungen perkutaner Photonenstrahlungen

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Dosisverteilungen perkutaner Photonenstrahlungen beschrieben. Zunächst werden die absoluten Dosisleistungen dieser Strahlungsquellen und die benötigten dosimetrischen Verfahren zur Erfassung der Dosisleistungen regulärer und irregulär geformter Felder erläutert. Danach werden die Tiefendosisverteilungen, die Querprofile und die Isodosen dargestellt. Der letzte Teil befasst sich ausführlich mit der Dosimetrie für die verschiedenen Keilfilterarten.
Hanno Krieger

17. Dosisverteilungen perkutaner Elektronenstrahlung

Zusammenfassung
Die in diesem Kapitel dargestellten Dosisverteilungen von perkutanen hochenergetischen Elektronenstrahlungen aus Beschleunigern werden wie bei Photonenstrahlungen durch Angaben der Kenndosisleistungen, den Verlauf der Tiefendosis und die Querprofile beschrieben. Es werden ausführlich die Verschiebungen des virtuellen Quellenortes bei Messung der Maximumsdosisleistungen erläutert. Tiefendosiskurven von Elektronen sind charakterisiert durch hohe Oberflächendosen und einen steilen Dosisabfall nach dem Dosismaximum. Nach einer ausführlichen Analyse dieser Elektronentiefendosisverläufe werden die Isodosenverteilungen und die Einflüsse von Inhomogenitäten auf die Dosisverteilungen diskutiert.
Hanno Krieger

18. Dosisverteilungen um Afterloadingstrahler

Zusammenfassung
Das Kapitel ist in drei Abschnitte gegliedert. Zunächst werden die Charakterisierung der Kenndosisleistung von Afterloadingstrahlern und die Probleme bei ihrer Messung beschrieben. Numerische Details dazu finden sich im Kapitel zur praktischen Referenzdosimetrie (Kap. 12). Im zweiten Teil werden Messverfahren zur Messung und Analyse von Dosisverteilungen um ruhende Afterloadingstrahler dargestellt. Das dritte Unterkapitel erklärt einige Berechnungsalgorithmen von Dosisverteilungen um Afterloadingstrahler.
Hanno Krieger

19. Dosisverteilungen perkutaner Neutronenstrahlung

Zusammenfassung
Zunächst werden in diesem Kapitel zwei Verfahren zur Neutronendosimetrie vorgestellt. Anschließend werden die Dosisverteilungen der Neutronen aus Kernreaktionen und von Konverterneutronen aus Kernreaktoren beschrieben. Therapeutische Anwendungen von Neutronenstrahlung sind wegen der beschränkten mittleren Reichweite auf den Fall oberflächennaher Tumoren beschränkt. Neutronenstrahlenbündel enthalten neben den Neutronen immer Kontaminationen mit hochenergetischen Photonen aus Einfangprozessen.
Hanno Krieger

20. Dosisverteilungen perkutaner Protonenstrahlungen

Zusammenfassung
Nach einem kurzen Überblick über die Dosisverteilungen von Protonen in menschlichem Gewebe oder Wasser werden die theoretischen Grundlagen zur Wechselwirkung von Protonen mit Materie wiederholt. Die entsprechenden Größen sind das Stoßbremsvermögen, das Strahlungsbremsvermögen, das elektronische und nukleare Streuvermögen. Auch Kernreaktionen sind bei der Protonentherapie von Bedeutung. Besprochen werden die verschiedenen Reichweitendefinitionen. Es folgen Diskussionen der Tiefendosisverläufe und Querprofile. Anschließend werden die Techniken zur Energiemodulation erläutert und die aktiven und passiven Verfahren zur Strahlaufweitung dargestellt.
Hanno Krieger

Sonstige Messaufgaben

21. Spektrometrie, Aktivitäts- und Strahlenschutzmessungen

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden typische Strahlungsmessaufgaben neben der klinischen Dosimetrie wie die Spektrometrie, die Aktivitätsmessungen und die Personendosis- und Dosisleistungsmessungen im Strahlenschutz besprochen. Außerdem werden die wichtigsten biologischen Methoden zum Strahlungsnachweis dargestellt.
Hanno Krieger

22. Messsysteme für die Bildgebung mit Röntgenstrahlung

Zusammenfassung
Nach einem kurzen Überblick über die heute verwendeten Detektorsysteme zur Erzeugung von Röntgenbildern in der Projektionsradiografie folgt die ausführliche Darstellung der klassischen Kombination von Röntgenfilm und Verstärkungsfolien. Der nächste Abschnitt befasst sich mit den Ausführungen zu Bildverstärkern, den Speicherfolien und den anderen digitalen Festkörperdetektoren. Der Dosisbedarf eines bildgebenden Systems kann bei Film-Folien- Kombinationen durch die Angabe von Empfindlichkeitsklassen definiert werden, bei den digitalen Detektoren geschieht dies mit Hilfe der Dosisindikatoren (Exposure Indicator EI, Abweichungsindikator DI). Im zweiten großen Abschnitt dieses Kapitels werden die Grundlagen der Computertomografie erläutert. Dazu werden zunächst die CT-Gerätegenerationen und die CT-Detektoren besprochen. Nach einer Erläuterung der Rechenverfahren zur Bilderzeugung folgt die Definition der Hounsfield-Einheiten. Den Abschluss bildet eine ausführliche Darstellung der Bildartefakte bei der Computertomografie.
Hanno Krieger

23. Aufgabenlösungen

Ohne Zusammenfassung
Hanno Krieger

24. Tabellenanhang

Zusammenfassung
Wichtiger Hinweis: Die Korrektur- und Umrechnungsfaktoren für die verschiedenen Dosimetrieaufgaben in diesem Tabellenanhang sind vom Autor mit Sorgfalt recherchiert und zusammengestellt. Der Anwender wird darauf hingewiesen, dass er für die Beschaffung und Überprüfung der Richtigkeit der Dosimetriefaktoren selbst die Verantwortung trägt, zumal je nach Normung und internationaler Festlegung von Zeit zu Zeit mit Änderungen zu rechnen ist.
Hanno Krieger

Backmatter

Additional information

Premium Partner

    Image Credits