Raiologie (Fach) / Radioprüfung (Lektion)

7.Semester

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• Was ist Röntgenstrahlung für eine Strahlung? elektromagnetisch, Photonenstrahl    100keV-*MeVs linear-divergierend
• Bewegungsunschärfe abhängig von... ... Belichtungszeit hängt von Röhrenleistung ab.
• Eigenschfaten Verstärkerfolien, Elemente und Eigenschaften Szintillatoren: heute seltene Erden: Gadolinum, Lanthan, Yttrium, (Caesium: fragil, feuchtigkeitsanfällig, Flouroskopie) Früher: v.a. CaWo (Calciumwolframat) emmitierendes Licht: CaWo: Blau (UV-Licht) Seltene Erden (SE): Yttrium: Blau (UV), Gadolinum: grün --> Wichtig für Filmwahl / Dunkelkammerleuchte, Nicht für Verstärkung!
• Was macht die Verstärkerfolie? Sie konvertriert die Röntgenstrahlen in Licht-Photonen. --> Konversionseffizienz: Fraktion der absorbierten X-Photonen, die in Licht-Photonen umgewandelt werden. --> hängt ab von der floureszierenden Substanz. Zb. Gadolinum: Emmittiert grünes Licht: (Wellenlänge 545nm --> 2.7 eV / Photon) --> Konversions-Effizienz: 15% (Umwandlungsfaktor) 50 keV Röntgenphoton gilt --> 50 000 eV x 15%  = 7500 eV    7500/2,7 = 2800 Photonen. (diese 2800 Photonen unterliegen Streuung, Brechung, Reflexion --> nur ca 30% erreichen wirklich den Film)
• ursprüngliche Menge an Röntgenquanten im Primärstrahl unterliegt .... ... Streuung (physikalisch + Patient) ...Absorption (Patient) --> Quanten die Objekt durchdringen, schwärzen den Röntgenfilm.
• optische Dichte auf dem Film hängt ab von: Dicke, Dichte, Ordnungszahl --> Transmissionsbildgebung
• Aufbau Röntgenkassette Strahlendurchlässige Oberseite (Kohlefaser - maximal röntgendurchlässig) Folie  (Folienandruck an Film wichtig für Bilqualität und vermiedung von Artefakten durch Lufteinschlüsse Film (Handling nur in Dunkelkammer) Kunststoffkissen Bleineinlage Rückseite (Aufklappbar) --> Jede Aufnahme: Patienten ID via Scribor Fenster in Kassette
• Wie kommt das Bild auf den Film? Zur Sichtbarmachung dienen 2 Eigenschaften der Röntgenstrahlung: photographischer Effekt, Fluoreszenzeffekt Film: niedrige Sensitivität für Röntgenstrahlen, hohe Strahlendosis für adäquate Belichtung nötig. --> Verstärkerfolien wandeln Röntgenstrahlen via Floureszenz / Szintillation in sichtbares Licht (UV-Strahlen) --> Reduktion der nötigen Strahlendosis. 5% Schwärzung direkt durch Röntgenstrahlung 95% Schwärzung indirekt durch die Lichtemission der Verstärkerfolie.
• Photographischer Effekt Röntgenstrahlen schwärzen fotographische Filme
• Schwere geladene Teilchen Protonen, Alpha Teilchen, Ionen
• Leichte geladenen Teilchen Elektronen, Positronen
• Strahlen neutraler Teilchen Neutronen
• elektromagnetische Strahlung Röntgen, Gamma-Strahlung
• Paarbildungseffekt wenn Energie eines Photons mind dopptelt so groß ist wie die Ruheenergie eines Elektrons  (2x 0,51 MeV) --> 1 Elektron und ein Positron werden gebildet. Positron hat keine Große Reichweite, es vereinigt sich bald mit dem elektron. --> Entstehung von 2-3 Photonen, mit Gesamtenergie von 1,022 MeV (Vernichtungsstrahlung) bei Zwei photonen: jeweils 511 keV. --> Ausbreitungsrivhtung ist entgegengesetzt (180°)
• Die 4 As des Strahlenschutzes Aktivität      so gering wie möglich Abstand     so Groß wie möglich Abschirmung    so stark wie möglich Aufenthaltsdauer       so kurz wie möglich
• Energiedosis deponierte Energie / Masse
• Einheit der Energiedosis Gray, 1 J/kg
• Äquivalentdosis Berücksichtigung der Strahlenqualität Einheit: Sievert Energiedosis x Strahlungswichtungsfator Strahlungsgewichtungsfaktor wird nach bestem derzeitigen Kenntnisstand in der StrahlenschutzVO festgelegt.  W(r) Photonen: 1 Elektronen, Myonen, alle Energien: 1 Neutronen bis 10 keV: 5          10-100: 10   über 100 bis 2 MeV: 20       über 2 MeV bis 20 MeV: 10        über 20 meV: 5 Protonen: 5 Alphateilchen, Spaltfragmente, schwere Kerne: 20
• Gewebewichtungsfaktoren Risiko ür Gesamtorganismus? Strahlenempfindlichkeit des jeweiligen Organs? Gonaden: 0,2 Dickdarm, KM (rot), Lunge, Magen: 0,12 Blase, Brust, Leber, Schilddrüse, Speiseröhre + alle anderen: 0,05 Haut, Knochenoberfläche: 0,01
• Effektive Dosis Zur Erfassung gesamtrisiko Organe x Gewebe-Wichtungsfaktor x Organdosen. Einheit: Sievert
• Dosisleistungsabschätzung Eine Gamma-Quelle mit der Aktivität von 4 GBq erzeugt im Abstand von 1 m eine Äquivalentdosisleistung von ca. 1 msv/h kürzere Abstände --> durchaus faktor 100 weil Strahlungsanteile noch da sind (zusätzlich zum abstands-Quadrat-Gesetzes)
• Zelluläre Wirkung Strahlen Verlust der Teilungsfähigkeit Akute Effekte, Strahlensyndrom),  Mutation, Transformation (Spätschäden) Zellkern empfindlicher als Zytoplasma. Gewebe mit hoher Zellteilungsrate ist besonders Strahlenempfindlich. Tumore sind im allgemeinen schnell wachsende Gewebe! Hoher Sauerstoffgehalt kann unter best. Bedingungen die Empfindlichkeit erhöhen.
• Lineares Enegieübertragungsvermögen LET Grad der Energieabgabe längs der Bahn eines ionisierenden Teilchens, ionisationsdichte. keV/mikrometer. Locker ionisierend: Röntgenstrahlen ab 100 kV, Gammastrahlen, Eletronen Dicht ionisierend: Protonen, Alphateilchen, schwere Ionen
• Subzelluläre wirkung von Strahlen Wirkung auf organellen, Typische DNA-Schäden: Basenverlust, Dimerisierung, Vernetzung, Einzelstrangbruch, Benachbarter einzelstrangbruchggf mit der Folge eines Doppelstrangbruches. Wasserradikale: Wasserstoffperoxid, molekularer Wasserstoff.
• Modifikation der Strahlenwirkung Zellzyklus: maximale Mutationsausbeute in der G1 Phase (präsynthetisch) Protektoren: Radikalfänger: zb. Alkohole --> Reduzierung indirekter Effekt                                         SH-Substanzen : Gluthathion Sensibilisatoren: Inhibitierung von Reparaturprozessen, Sauerstoff Erholung: zelluläre Effekte, keine folge von Prozessen auf molekularbiologischer Ebene. entweder Erholung bei Veränderung des zeitlichen Bestrahlungsmusters. (Fraktionierung, Variation des Bestrahlungsmusters) Modifitkationen der Strahlenwirkung verlieren mit wachsenden LET an Bedeutung!
• Reparaturprozesse Photoraktivierung: Durch DNA Photolyase bei einem licht von 300-500nm Exzisionsreparatur: Endonulease (Schneidet) Polymerase 1 (Füllt auf) Ligase (führt zusammen)    Vorrausetzung: zweiter Dna strang als matritze, vor normaler Dna-synthese abgeschlossen --> sonst wird Schaden repliziert und somit fixiert! Postreplikationsraparatur: Bei Synthese entsteht Lücke welche durch strangaustausch geschlossen wird. andere Lücke wird durch normale reparatursynthese geschlossen. SOS Reparation: gegenüberliegende strahleninduzierte Läsionen --> Lücken oder einzelsträngige DNA: ReCa-Protein setzt an --> Autoprotelyse von Repressorprotein lexA --> Erhöhte Expression von Reparaturproteinen und Zellteilungsblockierer.--> Zeit für Reparationen. Einzelstrangbruchreparatur: begleiten auch die semikonservative DNA Synthese, Bruchenden müssen ggf. enzymatisch aufbereitet werden. Doppelstrangbrüche: nicht unbedingt letal aber wahrscheinlich nicht fehlerfrei Rparatur:  Vorbereitung der Doppelbruchenden (Processing) durch endonucleasen und dann rekombination mit homologen Chromosom.
• Xeroderma Pigmentosum Reparaturfehler: ausfall des Exzisionssystems und evtl des Postreplikationssystems. Genetisch bedingte Strahlensensibilität, überempfindlich geg. UV, hautkrebs im frühen alter, geringes überlebensalter, Störungen der geistigen Entwicklung. Falls Reparatur nicht mehr möglich: Apoptose
• Was bewirkt die unterschiedliche biologische wirksamkeit verscheidener Strahlenarten? Räumliches Verteilungsmuster der Energiesidposition Unterschiedliche Rahmenbedingungen für Erholungs und Reparaturprozesse Spektrum der Sekundärstrahlung
• Im mittel für die ionisation von DNA benötigte Energie 30-35 eV   Hoch-LET-PArtikel : 100 Niedrig-LET Partikel: 1 Energieübertragungsvermögen LET Modifikationen der Strahlenwirkung verlieren mit zunehmenden LET an Bedeutung!
• Relative Biolog. Wirksamkeit RBW abhängig von: LET Zellart, Zustande der Zlelle (O2-Versorgung) Effekt Zeitverhalten der Bestrahlung ETC Wird getestet mit Refernzstrahlung,
• Strahlenempfindlichkeit einer Zelle ist umso größer je... undifferenzierter die Zelle ist, und je teilungsaktiver sie ist, --> Embryonales Gewebe + Stark proliferierendes Gewebe Muskulatur knochen und BGW sind eher unempfindlich.
• Blutbild nach Bestrahlung (Lypmhos Granuloz. Thrombos) nach 2 GY RÖ Granuloz. Anstieg, Starker Abfall bis 10. d  Anstieg bis 15. d dann wieder abfall, langsame Regeneration bis hälfte Lymphos: Abfall, auf unter hälfte so gut wie keinen Regeneration Thrombos: Abfall bis 25. d Regeneration bis 60. d.
• Strahlensyndrom Symptome, Zeitlicher Ablauf, Mortalität subletale Dosis: 1-3 Gy Primärreaktionen nach Tagen 3.-4. Woche: anorexie, Diarrhoe, sh entzündung, haarverlust, gewichtsverlust --> langsame Erholung wahrscheinlich Mittelletale Dosis: 3-6 Gy: Primärreaktionen nach Stunden bis Tagen, 2,5-4. Woche wie subletal, Mortalität bis 50 % Letale Dosis: über 8 Gy: Primärreaktionen nach Stunden, 2.-4. Woche: wie 1. Tod nach 1-2 Wochen, bis 100% Mortalität Die Lyphozytenzahl bestimmt die Überlebensrate!!!
• Letale Dosis (50) in Gray  5 Gray
• Diagnose Strahlensyndrom Verminderung der Lymphozyten, Elektrolytkonzentration, Chromosomenabberationen, Enzyme , Plasmaproteine Therapie: nur symtpomatisch! AB, Elektrolyte, SH-Schäden, Zelltransfusionen, KM-Transplantation
• Spätschäden Teratogene Wirkung: Schäden am Embryo   7,5 d nach konzeption: skelett. minimale Energiedosen die missbildungen auslösen können: 0,05 Gy (Maus)
• Stochastische und deterministische Strahlenwirkung Stochastisch: Mmit Strahlendosis wächst Wahrscheinlichkeit zu erkranken. Mutationen, Cancerogenese, direkte Wirkung. keine Schwellendosis Deterministisch: Veränderungen oder Erkrankungen deren Ausmaß oder Schweregrad mit der Strahlendosis zunimmt. akute Effekte oder teratogene Wirkung. Schwellendosis!     Schätzwert Schwellendosis teratogene Wirkungc. 50mGy (bis 100mGy)
• Verdopplungsdosis dünn ionisierend: 1 Gy Dicht ionisierend: 0,03-0,13 Gy --> Relatives Risiko --> Abolutes Risiko: 100 Mutationen pro million Geburten pro 10 mSv (Gesamtbevölkerung)
• Latenzzeiten bis zum Auftreten von Tumoren nach Bestrahlung beim Menschen leukämie 10-15 jahre Schilddrüse 20 blasr 21 brust 23 haut 25-42 Versuchstiere leben nicht lange genug
• Risikoabschätzung der Cancerogenen Wirkung mittleres tödliches Krebsrisiko  bei dünn ionisierender Strahlung : 0,05 pro 1 Sv 1 million Menschen werden 10 mSv ausgesetzt --> zusätzlich 500 Krebstote
• Bestandteile einer Röntgenröhre Eletronenquelle (Kathode) Bremskörper (Anode) Glaszylinder mit hochvakuum Strom Heizstromkreis Röhrenstromkreis
• Kathde Röntgenröhre Wolframdraht gleich dem einer glühbirne Erhitzen auf über 2000 grad Austreten von Elektronen (Elektronenwolken) Austritt durch hochvakuum erleichtert Elektronen überwinden aufgrund thermischer Emission Austrittsarbeit des metalls, wenn sie nicht abgesaugt werden --> Raumladungswolke. --> direkte Erzeugung von elektrischer Ladung durch Wärme. bestimmt durch Heizstromkreis
• Röhrenspannung und Vakuum in der Röntgenröhre Beschleunigung der Elektronen und lenkung der Elektronen von der Kathode zur Anode. Die focusing cup bündelt den elektronenstrahl.
• Die Anode im Röntgengerät Dreh oder Stehanode Stehanode: Kupfer als Anodenstamm und Wolframplatte Drehanode: Wechselt Brennfleck, Rotorenlager ist hitzempfindlich, Anodenstamm daher molybdän da er ein schlechter Wärmeleiter ist. Bremst Elektronen ab --> nur 1 % der Elektronen erzeugen Röntgenstrahlen, die anderen 99% werden in Wärme umgewandelt. Brennfleck --> Focus: strichförmiger Bereich, mittelpunkt. Auftreffen der fokussierten Elektronen --> Röngtenstrahlen. Aufgerauht! Thermischer Brennfleck = elektronischer Brennfleck bei Festanode Thermischer Brennfleck bei Drehanode der punkt der grade von strahl bestrichen wird. Optisch wirsamer Brennfleck: rechtwinklige Projektion des elektrischen Brennflecks auf eine zum zentralstrahl senkrechte ebene. Am besten: großer Anodenwinkel und langes Filament. gute abdeckung, großer effektiver Brennfleck und gute Hitzeverteilung.
• Anodenwinkel abhängig von nutzung Cineangiographie und Neuroangiographie: kleiner anodenwinkel, 7-9° da feldabdeckung durch größe des Bildverstärkers sowieso limitiert. Allg. Anwendung: 12-15°
• Probleme einer Festanode thermische belastung limitiertes leistungsvermögen kw und brennfleckgröße einer Röhre früherer Leistungsverlust durch Aufrauhung.
• Vorteile und nachteile einer drehanode 3000-9000 umdrehungen in der min, zusätzliche kühlsysteme, anlaufzeit erforderlich, lange auslaufzeit, 15 minbremssysteme höheres Gewicht, größe und Preis vetmed häufig noch festanoden.
• Generator in Röntgengerät versorgt Röhre mit: Röhrenspannung zur beschleunigugn der e Heizspannung für die kathode Statorspannung fpr den Antrieb der Drehanode Besteht aus. Transformator, Gleichrichter, Transistoren   (wandelt netzstrom in hochgespannten möglichst gleichgerichteten Strom) Transformator: Einphasenwechselstrom --> Hochspannung Röhre ( 150 Kv) und Niederpannung Heiz ( ca 40v) abhöngig von anzahl der Windungen aus Kupferdraht um Eisenkern. Gleichrichter: Stromfluss in eine Richtung sperren, Durchlass nur in eine Richtung (Zur anode) gleichstrom.  Welligkeit beeinflusst Strahlenqualität!
• Leistung als physikalischer begriff Produkt aus Spannung kV und Strom A ein generator mit 100kV  gleichspannung und 500 mA maximalstrom hat einen leistung von 50 kW normgerechte leistungsangaben nach Din 6822
• Brmsstrahlung Röntgen Verlustenergie bei abbremsung durch Wechselwirkung mit elektrischen feldern der atomkerne --> abgabe als photonen. größer je näher am atomkern wahrscheinlichkeit für mehrstufige abbremsung als fur einmalige höher, deswegen eher niederenergetische Strahlung als hochenergetische. Röntgenbremsstrahlung zeigt eine kontinuierliche Energieverteilung infolge eines brmsstrahlspektrums. die maximalenergie wird durch die angelegte hocspannung festgelegt (Kv)

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