Dosimetrie einer Apparatur zur gleichzeitigen Bestrahlung von zwei

39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg
Dosimetrie einer Apparatur zur gleichzeitigen Bestrahlung
von zwei Mäusen in einer 137Cs-Gammabestrahlungsanlage
Buchgeister, Markus1, Hönes, Andreas1, Naumann, Ulrike2 und Christ, Gunter1
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Univ. Klinik für Radioonkologie, Medizinische Physik, Tübingen, Labor für Molekulare NeuroOnkologie, Allgemeine Neurologie, Hertie-Institut für Klinische Hirnforschung, Tübingen
Einleitung
Tierexperimente werden zunehmend mit genetisch modifizierten Mäusen durchgeführt, die je nach Versuchsziel
den gesicherten Laborbereich nicht verlassen dürfen. Daher wurde im Hertie-Institut für Klinische Hirnforschung,
Tübingen, zu diesem Zweck ein Gammabestrahlungsgerät
installiert, in dem neben Bestrahlung von Zellkulturen auch
Experimente an lebenden Mäusen durchgeführt werden
sollen. Ziel dieser Arbeit ist nun die Dosimetrie eines
speziell zu diesem Zweck konstruierten Einsatzes zur Bestrahlung des Maushirns in dem dort vorhandenen
Gammabestrahlungsgerät.
Material und Methoden
Für den Probenraum (∅ 323 mm, Höhe 100 mm) einer
137
Gammacell 40
Cs Bestrahlungsanlage (MDS-Nordion,
Ottawa, Kanada; Abb. 1) wurde eine Halterung aus PMMA
für zwei Mäuse konstruiert. Diese befindet sich zentral im
Probenraum und ist ober- und unterhalb von je 20 mm di2
cken Bleiplatten (163 x 163 mm , mittig zum Mauskörper
angeordnet) gegen die Gammastrahlung abgeschirmt. Zur
Bestrahlung der Gehirne der Mäuse sind jeweils zwei senkAbb. 1: MDS-Nordion Gammacell 40
rechte Bohrungen 21 mm seitlich versetzt vom Durch137
Cs Laborgammabestrahlungsmesser des Probensraums fluchtend mit einem Durchanlage mit geöffnetem Probenraum
messer von 10 mm eingebracht. In der 10 mm dicken
und eingesetzter Vorrichung zur BeBodenplatte aus PMMA, auf der die Bleiabschirmungen
strahlung von zwei Mäusen.
und die Maushalterung aufgesetzt wird, sind in Position der
Bestrahlungslöcher jeweils 9 mm tiefe Sackbohrungen eingebracht. Aus dem seitliche Versatz der
Bestrahlungslöcher ergibt sich ein ca. 3,5° verkipp ter Strahlenkegel von den 13,5 Inch (ca. 34 cm)
jeweils oberhalb und unterhalb der Mittelebene befindlichen Strahlenquellen (Außenabmessung: ∅ 38
mm, Höhe 43 mm). Dadurch wird der Zentralstrahl des Bestrahlungsfeldes um ca. 2.6 mm aus der
Senkrechten am Ort des Maushirns seitlich versetzt. Die Größe der Strahlenquelle bedingt bereits
einen großen Halbschatten des Strahlenfeldes, der durch den kurzen Abstand der Quelle zur Mittelebene ebenfalls vergrößert wird, daher ist auf eine Berücksichtigung der Divergenz für die Bohrung
verzichtet worden.
Abb. 2: Geöffnetes PMMA Mausphantom mit 9 TL-100-Rods positioniert im Unterteil der Mausphantoms. Im Hintergrund der TLDTräger aus eloxiertem Aluminium.
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Zur Messung der Dosisverteilung
am Ort des Maushirns und Körperstamms wurde ein Mausphantom
aus einem quaderförmigen Rumpf
(Länge 35,5 mm, Querschnitt
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25x25 mm ) und einem kegelförmigen Kopf (Länge 24,5 mm)
aus PMMA angefertigt (Abb. 2).
Das Phantom ist in der coronalen
Ebene in der Mitte geteilt. Entlang
der Mausachse befinden sich 9
Nuten zur Aufnahme von TL-100
Rods (∅ 1 mm, Länge 6 mm;
Thermo-Electron, Wermelskirchen).
Innerhalb des direkten Strahlenfeldes befinden sich 5 TLDs im
39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg
Abstand von 1,75 mm. Weitere 4 TLDs sind bis zu einem Abstand von 23,5 mm vom ersten TLD über
die Körperlängsachse verteilt. Zur Bestrahlung wurden die Positionen mit je einem TLD bestückt und
in der Apparatur für jeweils 5 Minuten bestrahlt. Zur Messung des Strahlungsuntergrundes aus Streuund Durchlassstrahlung konnten die vier Bestrahlungslöcher mit jeweils einem passenden Bleizylinder
verschlossen werden. Die Messungen mit nun vollständig geschlossenen Bleiabschirmungen wurden
in der gleichen Weise wie mit geöffneten Löchern durchgeführt.
Jede Messung wurde zweimal durchgeführt und der Messwert für die zugehörige Position aus dem
Mittelwert der beiden TLDs bestimmt. Der relative Fehler ist in Abb. 3 mit Fehlerbalken angegeben.
Als Referenzdosis für die TLDs wurde am Beschleuniger mit 6 MV Photonen eine Dosis von 3,994 Gy
auf unbenutzte TLDs der Charge verwendet, da eine Dosis von 3-5 Gy erwünscht war und eine Vorabmessung für eine 1 cm dicke Abschirmung eine maximale Dosis von 4.98 Gy für 5 Minuten Be137
strahlungszeit ergeben hatte. Der Unterschied in der Strahlenqualität zwischen Cs (Eγ= 660 KeV) zu
60
6 MV Photonen ist für LiF TL-100 TLDs vernachlässigbar gering (+2.5% für 6 MV bei Co
60
137
Dosiskalibrierung [1], zwischen Co und Cs ist der Faktor praktisch konstant [2]) im Vergleich zu
der hier gegebenen statistischen Genauigkeit einzelner Dosismesspunkte in Abb. 3 und wurde daher
nicht weiter berücksichtigt. Da die Kalibrierdosis nahe der maximalen Messdosis ist, wurde anbetracht
der Messgenauigkeit einzelner TLDs aus der Messung auf eine Korrektur der Supralinearität des TLMaterials verzichtet.
Ergebnisse und Diskussion
Relative Dosis / %
120
5 Minuten Bestrahlung
je 2 cm Bleiabschirmung
ober- und unterhalb
der Maus
100
80
60
40
20
0
0
Relative Dosis / %
120
100
5
10
15
20
25
TLD Position (Kopf -> Rumpf) / mm
5 Minuten Bestrahlung
Alle Öffungen geschlossen
80
60
40
Das Dosisprofil für die Bestrahlung des
Mausphantoms mit geöffneten Bestrahlungslöchern in den Bleiabschirmungen hat einen
annähernd symmetrischen Verlauf im Bereich
der vorderen vier TLDs im angenommenen
Maushirn (Abb. 3). Die Dosis des fünften TLD,
das zum Mauskörper hin liegt, fällt stärker ab,
da sich hier eine zusätzliche Klemmhalterung
aus PMMA zur Fixation der Maus hinter dem
Kopf befindet und diese Strahlung zusätzlich
abschirmt. Im Bereich dieser vorderen vier
TLDs beträgt die Dosis gemittelt 3,14 ± 0.16
Gy, was einer relativen Schwankung von ±5%
entspricht. Die Dosis sinkt auf einen nahezu
konstanten Wert von im Mittel 0,66 ± 0,13 Gy
für die hinteren vier TLDs im Rumpf der Maus.
Eine Mittelung der Dosiswerte nur über die
drei hinteren TLDs ergibt einen Wert von 0,60
± 0,03 Gy, wobei jedoch die relative Schwankung von ±20% auf ±5% sinkt. Der Mauskörper erhält eine relative Dosis von 21%
bezogen auf den mittleren Wert im Maushirn
bei Berücksichtigung aller vier hinteren TLDs.
20
Die
Kontrollmessung
mit
den
verschlossenen
Bestrahlungslöchern
ergab
eine
0
0
5
10
15
20
25 mittlere Dosis von 0,65 ± 0,09 Gy, was 21%
der Dosis im Maushirn entspricht und
TLD Position (Kopf -> Rumpf) / mm
praktisch identisch zum Wert mit geöffneten
Abb. 3: Relativer Dosisverlauf bei einer Bestrahlung des
Bestrahlungslöchern ist. Danach ist diese
Mausphantom mit geöffneten (oben) und geschlosDosis im Körperstamm der Maus der Durchsenen Bestrahlungslöchern (unten), sowie relativem
lassstrahlung durch die Bleiplatten sowie der
Fehler aus der Mittelung der Messwerte.
Streustrahlung von den Wänden der Probenhalterung zu zuordnen und praktisch unabhängig von der Streustrahlung aus dem Bestrahlungsfeld in der Maus.
Literatur
[1] DIN 6800-5, Abschnitt 4.4.5.5.
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39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg
[2] Horowitz, Thermoluminescence and Thermoluminescent Dosimetry, Vol. II, CRC Press, Boca Rato,
FL, USA, 1984, S. 46.
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