Dosimetrie einer Apparatur zur gleichzeitigen Bestrahlung von zwei
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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 1 2 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. Fußzeile TimesNewRoman 10 Zur Messung der Dosisverteilung am Ort des Maushirns und Körperstamms wurde ein Mausphantom aus einem quaderförmigen Rumpf (Länge 35,5 mm, Querschnitt 2 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. Fußzeile TimesNewRoman 10 39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg [2] Horowitz, Thermoluminescence and Thermoluminescent Dosimetry, Vol. II, CRC Press, Boca Rato, FL, USA, 1984, S. 46. Fußzeile TimesNewRoman 10