Dosimetrie

Externe Strahlenschutzdosisgrößen in SI-Einheiten

Grafische Darstellung des Verhältnisses der SI-Strahlendosiseinheiten

Zur Berücksichtigung des stochastischen Gesundheitsrisikos, werden Berechnungen durchgeführt, um die physikalische Größe Energiedosis in Äquivalent- und Effektivdosen umzuwandeln, deren Einzelheiten von der Strahlungsart und dem biologischen Kontext abhängen. Für Anwendungen im Strahlenschutz und in der Dosimetrie haben die (ICRP) und die International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) Empfehlungen und Daten veröffentlicht, die für die Berechnung dieser Werte verwendet werden.

MaßeinheitenBearbeiten

Es gibt eine Reihe verschiedener Maßeinheiten für die Strahlendosis, einschließlich der absorbierten Dosis (D), gemessen in:

• Gray (Gy) absorbierte Energie pro Masseneinheit (J-kg-1)
• Äquivalentdosis (H) gemessen in Sievert (Sv)
• Effektive Dosis (E) gemessen in Sievert
• Kerma (K) gemessen in Gray
• Dosisflächenprodukt (DAP) gemessen in Grauzentimetern2
• Dosislängenprodukt (DLP) gemessen in Grauzentimetern
• rads eine veraltete Einheit der absorbierten Strahlendosis, definiert als 1 rad = 0.01 Gy = 0,01 J/kg
• Roentgen eine veraltete Maßeinheit für die Exposition durch Röntgenstrahlen

Jedes Maß wird oft einfach als „Dosis“ bezeichnet, was zu Verwirrung führen kann. Vor allem in den USA werden nach wie vor Einheiten verwendet, die nicht der SI entsprechen, und die Dosis wird häufig in rads und die Äquivalentdosis in rems angegeben. Definitionsgemäß ist 1 Gy = 100 rad und 1 Sv = 100 rem.

Die grundlegende Größe ist die absorbierte Dosis (D), die als mittlere Energie (dE) pro Masseneinheit (dm) des Materials definiert ist (D = dE/dm). Die SI-Einheit der absorbierten Dosis ist das Gray (Gy), definiert als ein Joule pro Kilogramm. Die Energiedosis eignet sich als Punktmaß zur Beschreibung lokaler (d. h. teilorganbezogener) Expositionen wie der Tumordosis in der Strahlentherapie. Sie kann zur Abschätzung des stochastischen Risikos verwendet werden, sofern die Menge und Art des betroffenen Gewebes angegeben wird. Lokalisierte diagnostische Dosen liegen typischerweise im Bereich von 0-50 mGy. Bei einer Dosis von 1 Milligray (mGy) Photonenstrahlung wird jeder Zellkern von durchschnittlich 1 freigesetzten Elektronenspur durchquert.

ÄquivalentdosisBearbeiten

Die absorbierte Dosis, die erforderlich ist, um eine bestimmte biologische Wirkung hervorzurufen, variiert zwischen den verschiedenen Strahlungsarten, wie Photonen, Neutronen oder Alphateilchen. Dies wird durch die Äquivalentdosis (H) berücksichtigt, die definiert ist als die mittlere Dosis für das Organ T durch die Strahlungsart R (DT,R), multipliziert mit einem Gewichtungsfaktor WR . Damit soll die biologische Wirksamkeit (RBW) der Strahlenart berücksichtigt werden. So sind z. B. Alphateilchen bei gleicher Energiedosis in Gy 20-mal so biologisch wirksam wie Röntgen- oder Gammastrahlen. Das Maß der „Äquivalentdosis“ ist nicht organgemittelt und wird nur noch für „operative Größen“ verwendet. Die Äquivalentdosis ist für die Abschätzung stochastischer Risiken durch Strahlenexpositionen gedacht. Die stochastische Wirkung wird für die Bewertung der Strahlendosis als die Wahrscheinlichkeit der Krebsinduktion und der genetischen Schädigung definiert.

Da die Dosis über das gesamte Organ gemittelt wird, ist die Äquivalentdosis nur selten für die Bewertung der akuten Strahlenwirkung oder der Tumordosis in der Strahlentherapie geeignet. Bei der Abschätzung von stochastischen Effekten sollte diese Mittelung unter der Annahme einer linearen Dosiswirkung keinen Unterschied machen, da die zugeführte Gesamtenergie gleich bleibt.

Effektive DosisBearbeiten

Die effektive Dosis ist die zentrale Dosisgröße für den Strahlenschutz, die zur Festlegung von Expositionsgrenzwerten verwendet wird, um sicherzustellen, dass das Auftreten stochastischer gesundheitlicher Auswirkungen unter inakzeptablen Werten gehalten wird und Gewebereaktionen vermieden werden.

Es ist schwierig, das stochastische Risiko von lokalisierten Expositionen verschiedener Körperteile zu vergleichen (z. B. eine Röntgenaufnahme des Brustkorbs im Vergleich zu einer Computertomographie des Kopfes) oder Expositionen desselben Körperteils, aber mit unterschiedlichen Expositionsmustern (z. B. eine CT-Untersuchung des Herzens mit einer nuklearmedizinischen Untersuchung des Herzens). Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, besteht darin, die Ortsdosis einfach über den gesamten Körper zu mitteln. Das Problem bei diesem Ansatz ist, dass das stochastische Risiko der Krebsinduktion von einem Gewebe zum anderen variiert.

Die effektive Dosis E ist so konzipiert, dass sie diese Variation durch die Anwendung spezifischer Gewichtungsfaktoren für jedes Gewebe (WT) berücksichtigt. Die effektive Dosis gibt die äquivalente Ganzkörperdosis an, die das gleiche Risiko wie die lokale Exposition darstellt. Sie ist definiert als die Summe der Äquivalentdosen für jedes Organ (HT), jeweils multipliziert mit dem Gewichtungsfaktor für das jeweilige Gewebe (WT).

Die Gewichtungsfaktoren werden von der Internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) auf der Grundlage des Krebsinduktionsrisikos für jedes Organ berechnet und um die damit verbundene Letalität, Lebensqualität und verlorene Lebensjahre bereinigt. Organe, die vom Ort der Bestrahlung entfernt sind, erhalten nur eine geringe Äquivalentdosis (hauptsächlich aufgrund von Streuung) und tragen daher nur wenig zur effektiven Dosis bei, selbst wenn der Gewichtungsfaktor für dieses Organ hoch ist.

Die effektive Dosis wird zur Abschätzung stochastischer Risiken für eine „Referenzperson“ verwendet, die einen Durchschnitt der Bevölkerung darstellt. Sie eignet sich nicht zur Abschätzung des stochastischen Risikos für individuelle medizinische Expositionen und wird nicht zur Beurteilung akuter Strahlenwirkungen verwendet.