Dosisabschätzungen

Transcrição

Dosisabschätzungen

Grundlagen Strahlenschutz III
HNIK
EC
GEN T
ROENT
STRAHLENBIOLOGIE
GRUNDLAGEN RADIOLOGIE
STRAHLENPHYSIK
Inhalt
• Grundlagen
Gesetzgebung
• Strahlenbiologie /
Strahlenpathologie
• Operationelle
Dosisbegriffe
• Dosisabschätzungen
• Berechnung von
Abschirmungen
Operationelle Dosisbegriffe
Inhalt
• Operationelle Dosisgrössen
• Dosis-Abschätzungen
• Berechnungen von
Abschirmungen
Inhalt
Abschirmungen
Körper
Knochen
Muskelgewebe
Fettgewebe
Luft
Lungengewebe
c)
Dosis D
Strahlenfeld
Welche Dosis?
b)
a)
Tiefe x
• Dosisverteilung
im Körper
inhomogen
• für Optimierung
jedoch eine
Grösse (Zahl)
wünschenswert
Effektive
Dosis E
physikalische Grössen
absorbierte Dosis D
Kerma K
Berechnung mit wR, wT
und Bezug auf
anthropomorphes Phantom
Berechnet bzw. gemessen in
einfachen Phantomen
operationelle Grössen
biologische Grössen
(protection quantities)
HP(d), H*(d), H'(d)
Vergleich mittels
Messung bzw.
Berechnung
HT, E
HP(d)
Knochen
Muskelgewebe
Fettgewebe
Luft
Lungengewebe
c)
Dosis D
Strahlenfeld
Körper
b)
a)
Tiefe d
• Äquivalent-Dosis in der
Tiefe d im Gewebe
• Messung in
quaderförmigem
Wasser-Phantom
(Wand PMMA 10 mm,
vorne 2.5 mm)
D
H = wRD
E = wTHT
HP(d)
H(d)
HP(10) = Hp
Knochen
Muskelgewebe
Fettgewebe
Luft
Lungengewebe
c)
Dosis D
Strahlenfeld
Körper
b)
a)
Tiefe d
• Äquivalentdosis in 10
mm Tiefe
• Organe mit hohem
Wichtungsfaktor
(Schilddrüse!) liegen
eher tiefer
• Schätzwert für effektive
Dosis E bei externer
Bestrahlung
E / HP
1.6
1.2
0.8
0.4
0.01
0.1
1
Photonenenergie (MeV)
10
HP(0.07)= HS
Knochen
Muskelgewebe
Fettgewebe
Luft
Lungengewebe
c)
Dosis D
Strahlenfeld
Körper
b)
a)
Tiefe d
• Äquivalentdosis in 0.07
mm Tiefe
• Annahme: dünste
Dicke der Hornhaut
• Schätzwert für
Hautdosis
HP(3)
Knochen
Lungengewebe
Muskelgewebe
Fettgewebe
Luft
• Äquivalentdosis in 3 mm
Tiefe
• Operationeller Schätzwert
für Augenlinse (Grenzwert!)
c)
Dosis D
Strahlenfeld
Körper
b)
a)
Tiefe d
H*(d)
• UmgebungsäquivalentDosis
• Messung in ICRU-Kugel
(76.2% O, 11.1% C, 10.1%
H, 2.6% N)
• aufgeweitetes Strahlenfeld
• Messung auf dem zur
Einstrahlrichtung parallelen
Kugelradius in d mm Tiefe
• H*(10) operationelle
Messgrösse für HP
rel. Ansprechvermögen
1.6
1.4
1.2
Ionisationskammer
1.0
0.8
Szintillator
Geiger-MüllerZählrohr
0.6
10
20
50
100
200
Energie [keV]
500
1000
H´(d)
• Richtungsäquivalent-Dosis
• Messung in ICRU-Kugel
(76.2% O, 11.1% C, 10.1%
H, 2.6% N)
• aufgeweitetes Strahlenfeld
• Messung auf festgelegtem
Kugelradius in d mm Tiefe
• H´(0.07) operationelle
Messgrösse für HS
• Mass für DosimeterAnsprechvermögen
Dosis-Abschätzungen
Inhalt
Abschirmungen
Inhalt
• Ablauf / Konzept für
Dosisabschätzungen
• Röntgendiagnostik
• Nuklearmedizin
• Radio-Onkologie
Dosisabschätzungen
Ablauf
3
2
1
• Auftrag (meistens durch
Arzt)
• Erhebung der
Patientendaten (Alter,
Geschlecht, Gewicht,
Grösse)
• Erwartete Dosisgrösse(n):
Organdosen, Uterusdosis,
effektive Dosis
• Dosisabschätzung nach
Stufenkonzept
• Rückmeldung an
Auftraggeber
Dosisabschätzungen
Stufenkonzept
3
2
1
• Typische Dosen gemäss
Tabellen
• Dosisabschätzung anhand
grober Konzepte
• verfeinerte
Dosisabschätzung
• (computergestützte)
Dosisberechnung
• Messung im Phantom
Dosisabschätzungen
3 - Stufenkonzept
3
2
1
• Stufe I: grobe Abschätzung
nach Tabellen
• Sufe II: Wenn bei Stufe I
Uterusdosis > 20 mSv,
Abschätzung durch
Berechnung mit
Untersuchungsdaten und
typischen Parametern
• Stufe III: Wenn bei Stufe II
Uterusdosis > 100 mSv,
Berechung mit individuellen
Parametern
Dosisabschätzungen
Konzept nach ICRP
A, A/S, A/V,
Q, DAP
h
e
H
E
• Grundlage: Zugängliche
Parameter wie Aktivität,
mAs, kV, DAP, DLP
• Konversionsfaktoren
Röntgendiagnostik
Typische Dosen können als
grobe Triage dienen:
• sehr geringes Risiko:
Intraoral-Aufnahmen,
konventionelle Aufnahmen
Extremitäten
• geringes Risiko: Thorax,
Zahnstatus, Schädel p.a
• mittleres Risiko: LWS,
Becken, Abdomen Übersicht
• grosses Risiko: CT,
Angiographien
OberflächenUntersuchung
nur Aufnahmen! dosis / mSv
Knochenmark / mSv
Gonaden
Gonaden
Frau / mSv Mann / mSv
effektive
Dosis /mSv
Ellenbogen
a.p.
0.30
< 0.01
< 0.01
< 0.01
0.013
Knie a.p.
0.50
< 0.01
< 0.01
< 0.01
0.015
Thorax p.a.
0.40
0.14
0.002
0.001
0.050
Schädel p.a. 2.3
0.3
< 0.01
< 0.01
0.10
Mamma
4.0
0.04
0.001
HWS a.p.
2.3
0.3
< 0.01
< 0.01
0.18
Magen a.p.
3.5
0.25
0.01
< 0.01
0.44
Becken a.p.
4.6
0.3
0.9
2.8
0.62
LWS a.p.
4.0
0.6
2.4
0.8
0.70
0.10
0.5 µGy
= 100%
95%
0.2 µGy
= 100%
88%
85%
90%
27%
15%
Art
der Untersuchung
Effektive Dosis
[mSv]
Frontzahn
0.002
Schultergelenk
a.p.
0.021
Hüftgelenk
0.096
Becken a.p.
0.575
BWS
0.44
LWS
0.7
i.v. Urographie
0.488
Thorax-CT
7.457
Becken-CT
8.780
i.v.
NierenAngiographie
28.441
Typische Werte
Röntgendiagnostik
Für nicht-standard-Patienten:
• Anpassen der Dosis:
Attenuationskoeffizient für
mittleres Gewebe
0.178cm 1 < µ < 0.223cm
• Halbwertsdicke = 3.1 cm –
4.5 cm
• Detektordosis x 2 =
Eintrittsdosis x 2 = E x 2
• Bei digitalen Geräten
Anpassungen im Bild
kaum sichtbar!
1
Röntgendiagnostik
Faustregel für Aufnahmen:
• Dosen im Nutzstrahl < 10
mSv
• Uterus NICHT im Nutzstrahl:
Uterusdosis < 20 mSv
• gelten nur, wenn +/Standard-Exposition!
Art
der Untersuchung
mittlere
absorbierte Dosis
Uterus [mGy]
Frontzahn
< 0.01
Knie a.p.
< 0.01
Schultergelenk a.p.
< 0.01
Thorax p.a.
< 0.01
Rippenthorax p.a.
< 0.01
Schädel
< 0.01
Hüftgelenk
0.19
Becken a.p.
1.02
BWS a.p.
< 0.01
Art
der Untersuchung
mittlere
absorbierte Dosis
Uterus [mGy]
LWS a.p.
0.87
Abdomen leer
0.81
i.v. Urographie
1.02
i.v.
Cholezystographi
e
0.08
Thorax-CT
(Schichtdicke:
10 mm)
0.16
Becken-CT
(Schichtdicke:
10 mm)
19.3
i.v.
NierenAngiographie
4.0
Röntgendiagnostik
Parameter für Dosisbestimmung bei Aufnahmen:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Typ der Anlage
Filterung (in mm Al od. Al-äquivalent)
Röhrenspannung (kV)
Exposition / Ladung (mAs)
FOD oder FFD und Patientendurchmesser
Lage Eintritt Zentralstrahl
Einstrahlrichtung (a.p., p.a., lat.)
Feldgrösse auf Oberfläche oder Film
Zusatzfilter, Ausgleichsfilter
Pb-Abdeckung des Patienten
Röntgendiagnostik
Zusätzlich oder speziell bei Durchleuchtung:
•
•
•
•
Röhrenstrom (mA)
Dauer (s)
Wenn immer möglich Dosisflächenprodukt (DAP)
Betriebsart NICHT CBCT!
D0 = g
g
U
2
r
I
2
0.25 / f
Röntgendiagnostik
t
• Quellen-Konzept
• Eintritts-Dosis linear zu
mAs (= I· t)
• Eintritts-Dosis stark
abhängig von kV (= U)
• quadratisches
Abstandsgesetz
• Dosiskonversionsfaktor
abhängig von Filterung (f
in mm Al) für [U]=kV/100
k
Erhöhung (kV)
k
30
40
50
60
70
20
80
30
40
2
50
k
60
k
1
70
80
20
30
40
50
60
k
40
50
E (kV)
60
70
80
20
30
40
50
E (kV)
70
80
60
70
80
1
2
k
rel. Intens.
rel. Intens.
rel. Intens.
Erhöhung (mAs)
30
2
E (kV)
k
20
1
k
E (kV)
E (kV)
2
rel. Intens.
rel. Intens.
rel. Intens.
20
k
1
1
k
20
30
40
50
E (kV)
60
70
2
80
Röntgendiagnostik
D0 = K air BSF
=k
U [ kV ]
100
2
Q [ mAs ]
( FOD [ m])
2
2
k
mGy m
0.15 2
kV mAs
H Organ = c f K air
c f = f (U , FOD,...)
Röntgendiagnostik
Berechnung von Organdosen
HOrgan
• Eintritts-Dosis (Luft-Kerma)
• Konversionsfaktor aus MC –
Berechnung (Verhältnis
mittlere Organdosis /
Eintrittsdosis)
• Tabellen in Drexler et al.:
Die Bestimmung der
Organdosen in der
Röntgendiagnostik
Röntgendiagnostik
E = eDSE DSE
DSE = D0 = K air BSF FKD
K air BSF
E = eDAP DAP
Berechnung der effektiven
Dosis mittels
Konversionsfaktoren
(BildempfängerKonzept)
• und mittels
Oberflächendosis
• oder mittels DAP
Lokalisation
der Aufnahme
eDSE [mSv/mGy]
Schädel
0.02
Rumpf
0.2
Extremitäten
< 0.01
durchleuchtete
Körperregion
eDAP
[mSv/mGy·cm2]
Schädel
5·10-5
Rumpf
3·10-4
Extremitäten
< 2·10-5
Röntgendiagnostik
Dosis-Messung (Nachstellen
der Exposition)
• Phantome: AldersonPhantom, Wasser-Phantom,
PMMA-Phantom
• Ionsiationskammern,
Halbleiterdetektoren, TLD
H P = H& P ( r (t ) ) dt
Röntgendiagnostik
Dosis-Messung bei
Streustrahlung (Nachstellen
der Exposition von
Personal)
• geeignetes Gerät für Hp(10)
• Abstand und
Aufenthaltsdauer ermitteln
• Hp in der Regel kleiner als
Patientendosis
• Dosimeter im Primärstrahl?
• Rückstreuung und
Abschirmung vom Patienten
beachten
120°
90°
60°
150°
c
30°
b
a
180°
8
6
4
Strahlrichtung
2
0°
0
2
4
6
a) 3 MeV
b) 200 keV
c) 10 keV
8
Diesen Bereich meiden!
CT-Untersuchungen
Typische Dosen
• deutlich höhere Hautdosis
und effektive Dosis
gegenüber Aufnahmen (
dosisintensiv!)
• Uterus NICHT im Nutzstrahl:
Uterusdosis < 20 mSv
• gelten nur, wenn +/Standard-Exposition!
• Gelten nicht für Scout View
Aufnahmen (Dosisbeotrag
klein)
Untersuchung
HS / mSv
Knochen- Gonaden Gonaden E / mSv
mark
Frau
Mann
HT / mSv HT / mSv HT / mSv
Schädel CT
12 Schichten
46
5.6
0.062
0.059
1.5
Thorax CT
27 Schichten
50
8.9
0.15
0.57
14
Abdomen
26 Schichten
45
11.4
15.5
3.5
11
Röntgendiagnostik
Parameter für Dosisbestimmung bei CT-Untersuchungen:
•
•
•
•
•
•
•
Typ der Anlage
Untersuchungsvolumen
Röhrenspannung (kV)
Exposition / Ladung (mAs)
Schichtdicke
konventionell: Anzahl Schichten, Schichtdicke
Spiral-CT: Pitch, Anzahl Umläufe
Röntgendiagnostik CT
Berechnung von Organdosen
HOrgan
D(x) =
• Dosisprofile der einzelnen
Schichten überlagern sich
•
DLP
dE
dm
x
D(x) =
dE
dm
D(x) =
x
dE
dm
x
CT - Definitionen
Pitch p:
s
p=
h
• Verhältnis von
Tischvorschub s zu
Schichtdicke h
• Für Berechnung der
Organdosis benötigt
CT - Definitionen
CTDI
Computed Tomography Dose
Index CTDI:
D(z)
z
1
CTDI =
h
• Gesamte Dosis (inkl.
Streustrahlung) auf Schicht
aufgerechnet, entlang einer
Linie parallel zur Rotationsachse
• Dosismass pro Schicht
D( z ) dz
CT - Definitionen
Verschiedene CTDI:
CTDI FDA
CTDI100
n
1
=
h
1
=
h
CTDI xyz =
7h
D( z ) dz
7h
+50 mm
D( z ) dz
50 mm
CTDI xyz
Q
• CTDIFDA
• CTDI100
• nCTDIxyz: normierter CTDI
CT - Definitionen
Gewichteter CTDI:
• Mittelung zwischen
peripheren und zentralen
CTDI
• getrennt für Kopf- und
Rumpfphantom gebildet
(PMMA, Durchmesser 16
cm bzw. 32 cm)
1
2
CTDI w = CTDI100,c + CTDI100, p
3
3
CT - Definitionen
effektiver CTDI:
CTDI w,eff
1
= CTDI w
p
• Für p > 1 oder p < 1
• Einfluss des Pitch auf Dosis
für gesamte Untersuchung
• Vorsicht: Pitch nicht doppelt
berücksichtigen!
(vergewissern, welcher
CTDI gemeint ist /
gemessen wurde)
CT - Definitionen
Dosis frei Luft auf
Systemachse:
• Messung wie CTDI100,c
• Umrechnung mittels
Phantomfaktoren für Kopf
(PH) und Rumpf (PB)
CTDI Luft
1
=
h
+50 mm
K air ( z ) dz
50 mm
CT - Dosis-Ermitlung
Berechnung der Organdosis:
• basierend auf CTDILuft
• Konversionsfaktor aus
Summe berechnen
H Organ = DOrgan
1
= CTDI Luft
p
z+
z
f (Organ, z )
Uterus-Dosis
CT - Definitionen
Dosis-Längen-Produkt DLP:
• Nützlich für Berechnung der
effektiven Dosis
DLPxyz = CTDI xyz n h
DLPw,eff = CTDI w,eff p n h
CT - Dosis-Ermitlung
Abschätzung der effektiven
Dosis:
• aus DLP
• und aus Mittelwert der
Dosiskonversionsfaktoren
E = DLPLuft f Mittel
Mittelwerte fmittel
KörperAbschnitt
Frauen
(mSv/
(mGy*cm)
Männer
(mSv/
(mGy*cm)
Kind (7J)
weibl.
(mSv/
(mGy*cm)
Kind (7J)
männl.
(mSv/
(mGy*cm)
Säugling
weibl.
(mSv/
(mGy*cm)
Säugling
männl.
(mSv/
(mGy*cm)
Schädel
0.0022
0.0020
0.0028
0.0028
0.0075
0.0074
Hals
0.0051
0.0047
0.0056
0.0055
0.018
0.017
Thorax
0.0090
0.0068
0.018
0.015
0.032
0.027
Oberbauch
0.010
0.0091
0.020
0.016
0.036
0.034
Becken
(Frau)
0.011
0.0062
0.018
0.011
0.045
0.025
Abdomen
0.010
0.0072
0.019
0.014
0.041
0.031
CT – Dosis-Ermitlung
Abschätzung der effektiven
Dosis:
E = n CTDI Luft Q F
1
F=
p
z+
z
f ( z)
• aus CTDI
• Gesamtladung Q (für
ganzen Scan!)
• Konversionsfaktoren für E
und betreffende
Personengruppe
U
kU ,1 =
U ref
kU ,2
U
=
U ref
2
Korrektur der Spannung und
Geräteabhängige
Korrekturen:
• (1) Korrektur des CTDI
• (2) Korrektur der
Konversionsfaktoren
• ev. in Gerätefaktor enthalten
E = n CTDI Luft Q F kCT
U
kU ,1 =
U ref
kU ,2
U
=
U ref
2
Korrektur der Spannung und
Geräteabhängige
Korrekturen:
• Tabellenwerte für fmittel
beziehen sich auf 125 kV,
Filterung ca. 9 mm Al,
Fokus-Achsenabstand 70 –
76 cm
E = n CTDI Luft Q F kCT
Einflussfaktoren auf Dosis und Bildqualität
Einflussfaktor
Dosis
Bildqualität
Strom-ZeitProdukt Q
(mAs)
Nimmt linear mit Q zu / ab
Rauschen nimmt mit Wurzel
zu / ab
Spannung U
(kV)
Nimmt bei mAs-Anpassung
linear ab / zu, sonst
überproportional
Kontrast nimmt geringfügig
ab / zu
Objektdicke
Verdoppelt / halbiert sich pro
+/-4cm bei mAs-Anpassung
Rauschen verdoppelt sich pro
+/-8cm ohne mAs-Anpassung
Schichtdicke h
Ohne mAs-Anpassung
weitgehend unabhängig von
h; nimmt bei konstantem
Rauschen linear mit h ab/zu
Rauschen nimmt ohne mAsAnpassung mit Wurzel aus h
ab/zu
Einflussfaktoren auf Dosis und Bildqualität
Einflussfaktor
Dosis
Bildqualität
Pitchfaktor p
p<1: lineare Zunahme von D
mit (1/p)
p>1: geringfügige Abnahme
von D mit (1/p)
E, DLP nehmen linear mit p
ab/zu
Informationslücken in zRichtung bei p > 1; bei SpiralCT nur verinferte Auflösung in
z-Richtung
Schichtanzahl
Praktisch keinen Einfluss auf
D, jedoch E und DLP
nehmen linear mit n zu/ab
Keinen direkten Einfluss
Faltungskern
Glättende FK erforden
deutlich weniger, übermässig
scharfe deutlich mehr Dosis
Glättende FK Reduktion von
Rauschen und Schärfe
Fensterweite W nimmt bei mAs-Anpassung
quadratisch mit W ab/zu
Rauschen und Kontrast
nehmen linear mit W ab/zu
Nuklearmedizin
Externe und Interne
Bestrahlung möglich:
• eher geringes Risiko:
Externe Bestrahlung
(solange Aktivität <10 MBq
und Expositionszeit < 1h)
• eher grosses Risiko:
Inkorporation bei Aktivität >
10 MBq ( -, - Strahler)
Nuklearmedizin
Externe Bestrahlung, Messung:
• Schätzwert für effektive
Dosis: HP
• Strahlenschutzgerät muss
geeignet und für die
entsprechende Strahlenart
Kalibriert sein (meistens wird
auf 137Cs (662 keV) für
Photonen und 90Sr für
Elektronen kallibriert)
Nuklearmedizin
Externe Bestrahlung:
• ICRP-Konzept:
Dosiskonversionsfaktoren
für HP und HS
• Wesentlich: Aktivität,
Abstand, Abschirmung,
Aufenthaltsdauer
Nuklearmedizin
Externe Bestrahlung, HP(10):
dH P
A(t )
= h10
2
dt
r
HP
h10 A
t
exp
2
r
• Dosiskonversionsfaktor h10
sind im Anhang StSV
tabelliert
A0
dH P
= h10 2 e
dt
r
Nuklearmedizin
Externe Bestrahlung, HP(10),
Spezialfälle:
t
h10 A0
1 e
HP =
(
2
r
t
)
• Entfernung von Quelle mit
konstanter Geschwindigkeit
v mit r(t=0) = 0 und tstart =
rstart/v
dH P
1
= h10 A
dt
(vt ) 2
HP =
h10 A0
v2
• schneller Zerfall
1
1
tstart
tend
Nuklearmedizin
Externe Bestrahlung bei
abgeschirmter Quelle,
HP(10):
• Mit n Zentelwertschichten
dH P h10 A(t )
= n
2
dt
10 r
Nuklearmedizin
Externe Bestrahlung, HP(10)
bei Produktion von
Bremsstrahlung:
dH P
A(t )
= hrad
2
dt
r
hrad
0.257 10
• Dosiskonversionsfaktor hrad
abhängig von maximaler Energie und Ordnungszahl Z
des Abschirmmaterials
4
E
2
,max
Z
Nuklearmedizin
Externe Bestrahlung, HS(0.07):
dH S
= h0.07 A
dt ! r =10 cm
r < 10cm
H S " h0.07 A texp
10cm < r < rmax
H S # h0.07 A
0.1
r
2
texp
• Wichtig bei -Strahlern
• Haut-Dosisgrenzwert!
• Bei Elektronen
quadratisches Abstandsgesetz nicht anwendbar!
• H0.07 – Konversionsfaktor für
r = 10 cm tabelliert (StSV)
• Abschätzung NUR für
punktförmige Quellen
verwenden!
Nuklearmedizin
D(x)/Dmax
100%
r < 10cm
H S " h0.07 A texp
punktförmige
Quelle
Rp
10cm < r < rmax
H S # h0.07 A
Parallel-Strahl
2
0.1
r
4
6
Tiefe x [cm]
2
texp
8
Nuklearmedizin
Kontamination, HS(0.07):
• Wichtig bei -Strahlern
• Dosis abhängig von
kontaminierter Fläche S
(warum (1/S)?)
• Hc0.07 – Konversionsfaktor in
Anhang 3 StSV tabelliert
dH S
A
= hc 0.07
dt ! cont
S
Nuklearmedizin
Externe Bestrahlung durch
Boden- oder
Luftkontamination:
• Dosiskonversionsfaktoren
für Luft-Kerma-Rate (kGS,
kAS) und Organ-DosisLeistungen (hT,GS, hT,AS)
• Annahmen: Kontaminierter
Halbraum oder unendlich
ausgedehnte Fläche
Nuklearmedizin
Inkorporation:
• Strahlenquelle im Körper
(verteilt)
• E abhängig von Strahlenart
(Nuklid) und Verteilung und
Verweildauer (chemische
Form)
Nuklearmedizin
Inkorporation:
• Ingestion, Inhalation, Haut
(verschiedene ResorptionsProzesse)
• Wirkung des Körpers auf die
Substanz (Pharmakokinetik)
• Elimination: Exhalation,
Miktion, Defäkation
Physiologische Grundlagen
Grundprinzipien für
Lokalisation (nur wenige
Beispiele)
• aktiver Transport (NaJ,
TcO4, bei Schilddrüse)
• Phagozytose (Kolloide,
RES von Leber und Milz)
• Diffusion (Sr-Nitrat, 18F
als Fluorid:
Knochenumbauzonen)
• Metabolismus (Hormone:
Nebenniere)
Mechanismen
2
1
3
• Trennung der
Kompartimente durch
Lipidmembranen
• Zentrale Rolle: pKaWert des Stoffs
Ein – Kompartiment - Modell
X
U
• Dosis (= X0) wird i.v. gegeben
• renale Elimination (Urin)
• Kinetik 1. Ordnung
dX
= ke X $ X (t ) = X 0 e
dt
ket
Verteilungsvolumen Vd
X
U
• Cp = (Plasma)-Konzentration
• nicht zwingend gleich realem
Volumen
X (t )
C p (t ) =
Vd
Eliminationskonstante ke
X
ke =
U
[
ln c p (t1 )
] ln[c
t 2 t1
p
(t 2 )
]
X
U
Urinausscheidung: gesamte, bis
zum Zeitpunkt t ausgeschiedene
Menge U(t)
U (t ) = U
dU
= ke X
dt
(1 e
ket
)
Die renale Clearance CLR
X
U
U& (t ) ke X
CLR =
=
Cp
Cp
= keVd
Die renale Clearance CLR
X
U
• Ausscheidungsmass
• Konzentrationsunabhängig bei
linearer Kinetik
• Volumen, welches pro Zeit von der
Substanz geklärt wird
parallele Ausscheidungswege
X
U B M
• renale Elimination (Urin
• biliäre Elimination (Galle
• Biotransformation
(Metabolit CLM)
CLR)
CLB)
dU
U& (t )
= k R X $ CLR =
= k RVd
dt
Cp
B& (t )
dB
= k B X $ CLB =
= k BVd
Cp
dt
M& (t )
dM
= k M X $ CLM =
= k M Vd
Cp
dt
parallele Ausscheidungswege
X
• Gesamtkörperclearance CL =
Summe aller Einzelclearances
CL = CLR + CLB + CLM
U B M
Resorption 1. Ordnung
A
• Ein – Kompartiment –Modell
• A = Arzneimittelmenge am
Resorptionsort
X
dX
= k a A ke X
dt
Zwei – Kompartiment - Modell
2
1
E
• zentrales Kompartiment (1, Xc)
• peripheres Kompartiment (2, Xp)
• Austauschkonstante k12 & k21
• Elimination (E)
dX c
= k12 X c + k 21 X p
dt
dX p
dt
= k12 X c
dE
= ke X c
dt
k 21 X p
ke X c
2
1
nichtlineare Modelle
Michaelis – Menten - Kinetik
3
• Carriersystem
• Sättigung
vmax C
dC
=
dt
(k m + C ) Vd
c=
dc
dt
c max = vm
vm
2
km
c(t)
vmax C
vmax
C
lim
=
C $0 ( k + C ) V
k m Vv
m
d !
vmax C
vmax
lim
=
C$
(k m + C ) Vd ! Vv
Grenzfälle
dA
= (ke + ) A
dt
Teff
ln 2
=
=
ke +
Elimination und
radioaktiver
Zerfall
• physikalische &
biologische
bio
phys
Halbwertszeit
T1/ 2 T1/ 2
bio
phy • effektive
T1/ 2 + T1/ 2
Halbwertszeit
Beispiel: Schilddrüsen-Modell
dA
= ka A
dt
A
dX
= ka A + kTX T
dt
dT
= k XT X
dt
kTX T
123I
125I
131I
0.550
0.012
0.086
ka / d-1
15
15
15
ke / d-1
20
20
20
kXT/ d-1
10
10
10
kTX/ d-1
0.013
0.013
0.013
/ d-1
k XT X
T
ke X
X
T / Bq
T / Bq
400,000
400,000
300,000
300,000
200,000
200,000
100,000
100,000
0
0
0
6
12
18
24
30
36
Time (Day)
42
48
54
60
0
1
T : Current
Fig.64c
T / Bq
400,000
300,000
200,000
100,000
0
T : Current
Fig.64b
6
12
18
24
30
36
Time (Day)
3
Time (Day)
T : Current
Fig.64a
0
2
42
48
54
60
a)
131I,
1 MBq
b)
125I,
1 MBq
c)
123I,
1 MBq
4
5
Dosis
naives Modell für Organdosis:
• Jedes emittierte Teilchen
deponiert Energie im MasseElenemt dm:
Konversionsfaktor k
• Gesamtzahl der emittierten
Teilchen
AUC
HT = k
A(t ) dt
Effektive Dosis für 131I
Zeit nach
Inkorporation
einh
m(t )
/ Sv/Bq
Effektive Dosis E /
mSv
2
0.092 10-6
25
4
0.11 10-6
25
7
0.092 10-6
26
15
0.15 10-6
25
30
1.3 10-6
25
Dosisfaktoren nach ICRP
für Inkorporation und Risiko
nach 50 Jahren:
• Ingestion: eing
• Inhalation: einh
E50 = eing Aing
E50 = einh Ainh
Bsp. Jod-Modell bei Ingestion :
• eing = 2.2*10-8 Sv/Bq
• Aing = 1 MBq
• E50 = ?
• = 22 mSv
Dosisfaktoren gelten für
Standardphysiologie :
• Altersabhängigkeit!
• Organ- Dosisfaktoren für
Risiko-Organ
H T ,ing = hT ,ing Aing
hT,ing /Sv/Bq
Schilddrüse
Erwachsene
hT,ing /Sv/Bq
Schilddrüse
Kind (10a)
hT,ing /Sv/Bq
Schilddrüse
Kleinkind
1.5*10-7
3.7*10-7
1.4*10-6
Operationelle Grössen
Beziehen sich in der Regel auf Risiko bei
Inkorporation:
•
•
•
•
Freigrenze LE: Ingestion von 1kg mit
A = 1 LE
E = 10µSv
Bewilligungsgrenze für täglichen
Umgang LA: Inhalation von A = 1 LA
E = 5 mSv
Luft-Dauerkontamination: Inhalation
bei einer Aktivitätskonzentration von 1
CA während 2000 h
E = 20 mSv
Oberflächenkontamination Aktivität /
Fläche CS, über 100 cm2 gemittelt:
Risiko ermittelt bezüglich Ingestion,
Hautbestrahlung (ungünstigster Fall
ausschlaggebend
Messung
Details zu Triagemessung und
Dosimetrie in der
Dosimetrieverordnung:
• Triagemessung nach Verordnung
(ermittelter Wert wird nicht ins
persönliche Dosisdokument
eingetragen
• Dosimetrie durch annerkannte
Stelle (PSI) bei positiver
Triagemessung
• Abschätzung möglich aus
Messung mit GM-Zählrohr
(Kalibrierung mit Phantom) oder
ausgeschiedener Aktivität (z.B.
Urin durch
Flüssigszintillationsmessung)
Dosisabschätzung bei
Patienten
Was ist anders?
• veränderte Pharmakokinetik
(Pathophysiologie)
• im Hochdosisbereich
(Therapie) sind die
Dosisfaktoren für effektive
Dosis nicht anwendbar!
• In der Diagnostik publizierte
Dosisfaktoren, nebst
Inhalation und Ingestion
auch i.v.-Applikation
Patienten
Was brauchts?
•
•
•
•
Untersuchungsart
Alter und Geschlecht
verwendetes Nuklid
chemische Form (z.B.
Phosphat, Chlorid etc.)
• Applikationsart
• Infos über weitere
pharmakologische
Intervention (e.g.
Schilddrüsenblockade)
Dosismax. Dosis / mSv
Organ /
KnochenDosis/mSv mark
Dosis / mSv
Gonaden
Frau
Dosis / mSv Effektive
Dosis / mSv
Gonaden
Mann
Skelett 99mTc 660
(Phosphat)
KnochenOberfl.
37.8
5.8
2.1
1.4
3.6
Schilddrüse
123I (Jodid)
15
Schilddrüse 48.0
0.15
0.17
0.17
2.7
Schilddrüse
131I (Jodid)
2
Schilddrüse 720
0.14
0.09
0.05
36.2
Lunge Perf.
99mTc
Micros.
120
Lunge
8.0
0.53
0.22
0.13
1.4
Lunge Vent.
133Xe (Gas)
400
Lunge
0.31
0.05
0.04
0.04
0.07
Myokard
201Tl
(Chlorid)
80
Gonaden
Mann 44.8
14.4
9.6
44.8
15.7
Nieren 123I
(Hippuran)
20
BlasenWand 4.0
0.05
0.15
0.09
0.26
Untersuchung
A/
MBq
Patienten
Faustregeln für Diagnostik
• Uterusdosis
erfahrungsgemäss < 5 mSv
• Grobe Abschätzung mit
Faktoren StSV Anhang 3
möglich (fallweise
tendenzielle leichte
Überschatzung (aber Fehler
von Faktor 5 möglich, je
nach chemischer Form!)
Patienten
Hilfsmittel
• Tabellen ICRP 80
• Computerprogramme (z.B.
MIRDOSE 3.0)
V
A=k
D
R Teff
Patienten
Marinelli – Formel für
Schiddrüsen-Dosis RadioJodtherapie
•
•
•
•
•
Dosis D
Volumen V
Max. Uptake R (%)
Effektive HWZ Teff
Konversionsfaktor k
Radio-Onkologie
Ein paar Bemerkungen
• Ausserhalb Bestrahlungsfeld
Dosis D < 1-3% der
Herddosis
• Tabellen zu Organdosen bei
Streustrahlung (GSF-Bericht
S-1054, 1987)
• Computerprogramme:
PeriDose, NICHT
Planungssystem verwenden
(optimiert für > 3%
Herddosis!
The END

Dosisabschätzungen

Transcrição

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