AJ2526_Straling_en_Veiligheid_H10_dosisbegrippen en dosimetrie (1).pdf

# Dosisbegrippen en hun berekening Dit onderwerp behandelt de fundamentele dosisbegrippen die essentieel zijn voor het kwantificeren van de biologische effecten van ioniserende straling. ### 1.1 Geabsorbeerde dosis D De geabsorbeerde dosis is de meest basale maat voor de energie die door ioniserende straling aan materie wordt overgedragen. Het is cruciaal omdat straling alleen schadelijk is als deze wordt opgenomen door het lichaam [9](#page=9). * **Definitie:** De geabsorbeerde dosis ($D$) is gedefinieerd als de geabsorbeerde stralingsenergie per eenheid van massa in een bepaald volume. De formule is [9](#page=9): $$D = \\frac{dE}{dm}$$ waarbij $dE$ de geabsorbeerde stralingsenergie is en $dm$ de massa is waar deze energie in wordt geabsorbeerd [9](#page=9). * **Eenheid:** De eenheid van geabsorbeerde dosis is de Gray (Gy) [9](#page=9). $$1 \\text{ Gy} = 1 \\frac{\\text{J}}{\\text{kg}}$$ * **Toepassing en schaal:** De Gray is een grote eenheid. Een typische dosis voor de bestraling van een tumor is ongeveer 60 Gy, verdeeld over meerdere fracties. Diagnostische onderzoeken leveren doses op in de orde van grootte van microGray (µGy) tot milliGray (mGy) [9](#page=9). * **Meetbaarheid:** De geabsorbeerde dosis is meetbaar en relevant voor alle soorten straling. De dosis in materiaal kan verschillen van de dosis in lucht, wat gerelateerd is aan de verhouding van de massieve energieabsorptiecoëfficiënten van het materiaal en de lucht [10](#page=10) [9](#page=9). ### 1.2 Kerma K Kerma is een dosisgrootheid die specifiek betrekking heeft op ongeladen deeltjes en fotonen, en meet de kinetische energie die door ionisatie wordt afgegeven [11](#page=11). * **Definitie:** Kerma ($K$) is de kinetische energie die door ioniserende straling wordt vrijgegeven per eenheid van massa. De formule is [11](#page=11): $$K = \\frac{dE\_{tr}}{dm}$$ waarbij $dE\_{tr}$ de kinetische energie is die door de interactie van ongeladen deeltjes of fotonen wordt vrijgegeven, en $dm$ de massa is waarin deze energie wordt afgegeven [11](#page=11). * **Eenheid:** De eenheid van Kerma is ook de Gray (Gy) [11](#page=11). * **Relatie met geabsorbeerde dosis:** De geabsorbeerde dosis is de energie die daadwerkelijk wordt afgegeven door geladen deeltjes, terwijl Kerma de energie is die aan deze geladen deeltjes wordt overgedragen. In kleine volumes of bij lagere energieën kunnen deze waarden sterk op elkaar lijken [11](#page=11). ### 1.3 Equivalente dosis H De equivalente dosis houdt rekening met de biologische effectiviteit van verschillende soorten straling. Niet alle straling met dezelfde geabsorbeerde dosis veroorzaakt dezelfde biologische schade [13](#page=13). * **Definitie:** Equivalente dosis ($H$) is de som van de geabsorbeerde doses in een weefsel of orgaan, vermenigvuldigd met de stralingsweegfactor ($w\_R$) die de biologische effectiviteit van het specifieke stralingstype weerspiegelt. De formule is [13](#page=13): $$H = \\sum\_{R} (w\_R \\times D\_R)$$ waarbij $D\_R$ de geabsorbeerde dosis is door stralingstype $R$ [13](#page=13). * **Eenheid:** De eenheid van equivalente dosis is de Sievert (Sv) [13](#page=13). * **Stralingsweegfactoren ($w\_R$):** * Fotonen (X, γ): $w\_R = 1$ * Elektronen (β): $w\_R = 1$ * Alfa-deeltjes (α): $w\_R = 20$ * Andere deeltjes hebben hun eigen weegfactoren [13](#page=13). * **Belang:** Equivalente dosis is belangrijk omdat stralingstypes die op korte afstanden veel energie afgeven (zoals alfa-deeltjes) een grotere kans op biologische schade met zich meebrengen dan stralingstypes die energie over langere afstanden verspreiden, zelfs bij dezelfde geabsorbeerde dosis [13](#page=13). ### 1.4 Effectieve dosis E De effectieve dosis is een maat voor de totale biologische impact van straling op het hele lichaam en houdt rekening met de gevoeligheid van verschillende weefsels en organen [14](#page=14). * **Definitie:** Effectieve dosis ($E$) is de som van de equivalente doses in de verschillende weefsels of organen, vermenigvuldigd met de weefselweegfactor ($w\_T$) die de gevoeligheid van dat specifieke weefsel voor stralingsgeïnduceerde schade weergeeft. De formule is [14](#page=14): $$E = \\sum\_{T} (w\_T \\times H\_T)$$ waarbij $H\_T$ de equivalente dosis is in weefsel of orgaan $T$ [14](#page=14). * **Eenheid:** De eenheid van effectieve dosis is ook de Sievert (Sv) [14](#page=14). * **Weefselweegfactoren ($w\_T$):** * Borst, rode beenmerg, dikke darm, longen, maag: $w\_T = 0.12$ * Gonaden: $w\_T = 0.08$ * Blaas, lever, slokdarm, schildklier: $w\_T = 0.04$ * Huid, bot-oppervlak, hersenen, speekselklieren: $w\_T = 0.01$ [14](#page=14). * **Toepassing:** De effectieve dosis is een maat voor de totale blootstelling van het lichaam en wordt gebruikt om verschillende soorten blootstellingen met elkaar te vergelijken. Het is een maat voor het biologische risico voor een persoon als gevolg van blootstelling aan ioniserende straling [14](#page=14) [17](#page=17). ### 1.5 Risico en gebruik van dosisgrootheden Het stralingsrisico, met name op stochastische effecten, is direct gerelateerd aan de effectieve dosis. Het gemiddelde risico wordt geschat op 5% per Sievert [17](#page=17). * **Voorbeeld berekening stralingsrisico:** Voor een RX-bekken met een effectieve dosis van 1 mSv (oftewel 0.001 Sv), is het extra stralingsrisico: $$0.001 \\text{ Sv} \\times 5%/\\text{Sv} = 0.005%$$ Dit betekent dat de patiënt een extra risico van 0.005% loopt op stochastische effecten door deze blootstelling [17](#page=17). * **Samenvatting van gebruik:** * **Geabsorbeerde dosis (Gy):** Geabsorbeerde energie op een specifieke plaats in organen, meetbaar [16](#page=16). * **Equivalente dosis (Sv):** Gebruikt voor blootstelling aan gemengde bundels, maar niet primair in de radiologie [16](#page=16). * **Effectieve dosis (Sv):** Totale lichaamsblootstelling, vergelijking van onderzoeken/blootstellingssituaties, risicoschatting [16](#page=16). > **Tip:** De weefselweegfactoren zijn samengestelde waarden en worden periodiek herzien door internationale commissies zoals de ICRP (International Commission on Radiological Protection). De hier genoemde waarden zijn een indicatie van de relatieve risico's. > **Tip:** Het onderscheid tussen geabsorbeerde dosis, Kerma, equivalente dosis en effectieve dosis is cruciaal voor het correct interpreteren van stralingsrisico's en de effecten van stralingsbeschermingsmaatregelen. Elke stap in de berekening voegt een laag van biologische relevantie toe. * * * # Detectietechnieken voor straling Dit onderdeel beschrijft de werking en toepassingen van diverse stralingsdetectoren, waaronder gasgevulde detectoren, Geiger-Müller telbuizen, scintillatietellers, thermoluminescente detectoren (TLD) en halfgeleider detectoren [19](#page=19). ### 2.1 Basisprincipes van dosimetrie en detectoren Dosimetrie is de wetenschap van het meten van stralingsdosis. Verschillende typen dosimeters maken gebruik van uiteenlopende principes om straling te detecteren [19](#page=19). * **Calorimeter:** Meet de temperatuurverandering van water als gevolg van geabsorbeerde stralingsenergie [19](#page=19). * **Ionisatiekamer:** Meet de elektrische stroom die ontstaat door ionisatie in een gas [19](#page=19). * **Geiger-Müller telbuis:** Detecteert elektrische pulsen die ontstaan door ionisatie in een gas [19](#page=19). * **Thermoluminescentie dosimeter (TLD):** Zendt licht uit bij opwarming, waarbij de hoeveelheid licht evenredig is met de opgevallen energie [19](#page=19) [30](#page=30). * **Film dosimetrie:** Kwantificeert straling door de zwarting van een fotografische emulsie te meten [19](#page=19). * **Halfgeleider detector:** Meet veranderingen in de elektrische weerstand van een halfgeleidend materiaal [19](#page=19) [33](#page=33). #### 2.1.1 Gasgevulde detectoren Gasgevulde detectoren maken gebruik van het principe dat straling de gasatomen in de detector ioniseert, wat leidt tot het vrijkomen van elektronen en positieve ionen. Afhankelijk van de aangelegde spanning kan er gasversterking optreden, waarbij een initieel ionisatie-evenement leidt tot de vorming van meerdere ionenparen [21](#page=21) [22](#page=22). De relatie tussen de aangelegde spanning en de geproduceerde respons wordt weergegeven in een curve die verschillende werkingsgebieden toont: recombinatie, ionisatiekamer gebied, proportionele telbuis gebied en Geiger-Müller gebied [23](#page=23). ##### 2.1.1.1 De ionisatiekamer In het ionisatiekamer gebied (gebied B) wordt de aangelegde spanning zodanig ingesteld dat alle geproduceerde ionenparen worden verzameld, zonder significante gasversterking. De gemeten lading op de elektroden is een maat voor de energie die op de kamer valt. Het signaal moet worden gecorrigeerd voor temperatuur en druk, omdat deze factoren de dichtheid en dus de gasmassa beïnvloeden [23](#page=23) [24](#page=24). Een veelvoorkomende toepassing van een ionisatiekamer is de DAP-meter (Dose Area Product meter). Deze wordt gemonteerd onder de collimator of geïntegreerd in het röntgenapparaat en is groter dan de röntgenbundel zelf [25](#page=25). > **Tip:** Bij ionisatiekamers is het cruciaal om de omgevingstemperatuur en luchtdruk te monitoren voor accurate metingen. ##### 2.1.1.2 De Geiger-Müller telbuis De Geiger-Müller telbuis opereert in een gebied van hogere ionisatiespanning dan de ionisatiekamer. In dit regime vindt er significante gasversterking plaats, waardoor het signaal niet langer proportioneel is met de opvallende energie. Ieder opvallend foton genereert een elektrische puls, waardoor de Geiger-Müller telbuis primair geschikt is voor het tellen van deeltjes of fotonen en het meten van activiteit [23](#page=23) [27](#page=27). > **Tip:** Een Geiger-Müller telbuis is uitstekend voor het detecteren van de aanwezigheid van straling, maar minder geschikt voor precieze energiedosimetrie. #### 2.1.2 Scintillatietellers Scintillatietellers maken gebruik van een kristal dat licht produceert wanneer het wordt geraakt door straling. Deze detectoren zijn zeer gevoelig en kunnen in verschillende groottes worden gemaakt. Toepassingen variëren van poortbewaking en metaalbedrijven tot afvalverwerking. De hoeveelheid geproduceerd licht is evenredig met de opgevallen energie [28](#page=28) [30](#page=30). #### 2.1.3 Thermoluminescentie dosimeters (TLD) Thermoluminescentie dosimeters (TLD) zijn een type passieve detector. Ze bevatten materiaal dat na blootstelling aan straling thermoluminescentie vertoont: bij opwarming zendt het materiaal licht uit. De intensiteit van het uitgezonden licht is evenredig met de geabsorbeerde stralingsenergie. TLD-materialen worden vaak gekozen om hun weefselequivalente eigenschappen, wat betekent dat ze vergelijkbaar reageren op straling als biologisch weefsel [29](#page=29) [30](#page=30). #### 2.1.4 Halfgeleider detectoren Halfgeleider detectoren, ook wel "solid state detectors" genoemd, zijn gebaseerd op kristallijne materialen, vaak in de vorm van een p-n diode. Straling die het materiaal binnendringt, beïnvloedt de elektrische weerstand ervan. Deze detectoren zijn betrouwbaar en robuust. De energie-afhankelijkheid van deze detectoren is een belangrijke factor bij hun toepassing [33](#page=33) [34](#page=34). > **Tip:** Halfgeleider detectoren bieden vaak een hogere gevoeligheid en betere energieresolutie dan gasgevulde detectoren. * * * # Patiëntendosimetrie in medische beeldvorming Dit onderwerp behandelt de principes en methoden van patiëntendosimetrie binnen specifieke medische beeldvormende technieken zoals röntgenradiografie, CT en mammografie, inclusief het gebruik van DAP-meters en de bepaling van effectieve dosis. ### 3.1 Dosisbegrippen en dosimetrie De dosimetrie bij medische beeldvorming richt zich op het kwantificeren van de stralingsdosis die de patiënt ontvangt tijdens diagnostische procedures. Dit omvat diverse beeldvormende technieken, waaronder conventionele röntgenfoto's (PR), computertomografie (CT) en mammografie (MG) [35](#page=35). #### 3.1.1 Dosis-oppervlakte Product (DAP) Het Dosis-oppervlakte Product (DAP) is een belangrijke maatstaf voor de stralingsdosis die de patiënt absorbeert. Het wordt uitgedrukt in eenheden zoals mGycm². Een DAP-meter, meestal geplaatst aan de röntgenbuis, biedt een indicatie van de totale stralingsenergie die aan de patiënt wordt afgegeven [36](#page=36) [37](#page=37). Er bestaat een lineair verband tussen het DAP en de effectieve dosis. Om de effectieve dosis te kunnen bepalen uit het gemeten DAP, worden conversiefactoren (E/DAP) gebruikt [37](#page=37). #### 3.1.2 Verschillende dosisdefinities binnen de patiënt De stralingsdosis kan op verschillende punten binnen de patiënt worden gedefinieerd (zie figuur op pagina 38) [38](#page=38): * **Intreedosis**: De dosis bij het binnendringen van de primaire bundel in de patiënt [38](#page=38). * **Huiddosis (a)**: De dosis aan het huidoppervlak waar de bundel de patiënt binnentreedt [38](#page=38). * **Dieptedosis (b)**: De dosis op een bepaalde diepte in het patiëntweefsel [38](#page=38). * **Uittreedosis (c)**: De dosis van de straling die de patiënt verlaat [38](#page=38). * **Orgaanosis (d)**: De dosis die een specifiek orgaan of weefsel ontvangt [38](#page=38). * **Detectordosis (e)**: De dosis gemeten op het niveau van de detector, die vaak correleert met de intreedosis aan de patiënt [38](#page=38). #### 3.1.3 Componenten van straling en detectiemethoden Bij het bepalen van de patiëntendosis wordt rekening gehouden met zowel de primaire bundel als verstrooide straling. Verstrooide straling kan de dosis binnen de patiënt significant beïnvloeden [39](#page=39) [40](#page=40). Diverse instrumenten en methoden kunnen worden gebruikt voor dosimetrie: * Ionisatiekamers [39](#page=39). * Thermoluminescentie detectoren (TLD's) [39](#page=39). * DAP-meters [39](#page=39). #### 3.1.4 Dosimetrie bij specifieke beeldvormende technieken * **Mammografie (MG)**: Hierbij is de gemiddelde klierdosis (mean glandular dose) een relevante parameter [42](#page=42). * **Interventieradiologie**: Voor interventieradiologie wordt vaak de luchtkerma in het interventiereferentiepunt (air kerma in the interventional reference point) gebruikt om de huiddosis te schatten [42](#page=42). #### 3.1.5 Bepaling van de effectieve dosis De effectieve dosis kan worden bepaald met behulp van: * Conversiefactoren die gebaseerd zijn op DAP of Dose-Length Product (DLP) [43](#page=43). * Computerprogramma's [43](#page=43). * Monte Carlo simulaties [43](#page=43). #### 3.1.6 Invloed van instelparameters op de dosis De ontvangen stralingsdosis door de patiënt is afhankelijk van verschillende instelparameters van het röntgenapparaat [44](#page=44): * **Buisspanning (kV)**: Hogere kV leidt tot een hogere penetratie van de straling [44](#page=44). * **Buisstroom (mA) en opnametijd (s)**: Het product van buisstroom en opnametijd (mA·s) bepaalt de totale hoeveelheid geproduceerde röntgenfotonen [44](#page=44). * **Afstand**: De afstand tussen de röntgenbuis en de patiënt is cruciaal, volgens de omgekeerde kwadratenwet [44](#page=44). * **Materiaal**: De absorptie-eigenschappen van het patiëntmateriaal beïnvloeden de dosis [44](#page=44). * **Veldgrootte**: Een groter bestraald veld resulteert in een hogere totale dosis [44](#page=44). > **Tip:** Het begrijpen van de relatie tussen deze instelparameters en de resulterende patiëntendosis is essentieel voor optimalisatie van beeldkwaliteit en het minimaliseren van stralingsbelasting. > **Voorbeeld:** Bij het uitvoeren van een thoraxfoto kan een hogere kV-waarde gebruikt worden om de penetratie door de borstkas te verhogen, wat mogelijk leidt tot een lagere mAs-waarde en dus een lagere totale stralingsenergie, mits de gewenste beeldcontrast behouden blijft. Dit vereist een zorgvuldige afweging en kennis van de specifieke conversiefactoren. * * * # Fundamenten van energie en intensiteit Dit gedeelte behandelt de basisprincipes van energie en intensiteit van stralingsbundels, inclusief hoe deze parameters worden bepaald en gemeten. ### 4.1 Energie van stralingsbundels De energie van een fotonenbundel wordt bepaald door het aantal fotonen, de energie per foton en het spectrum. Grafisch kan dit worden voorgesteld als de oppervlakte onder de curve van het spectrum. De energie van fotonenbundels wordt vaak uitgedrukt in Joules (J) of electronvolts (eV) [5](#page=5). Voor deeltjesbundels wordt de totale energie ($E$) beïnvloed door verschillende factoren: * De totale kinetische energie ($E\_{kin}$) van de deeltjes [6](#page=6). * Het aantal deeltjes in de bundel [6](#page=6). * De hoeveelheid radioactief materiaal [6](#page=6). * De halfwaardetijd van het materiaal [6](#page=6). * De blootstellingstijd [6](#page=6). * De energie van de individuele deeltjes [6](#page=6). Indien deze parameters van een radioactieve bron vastliggen, is ook de energie van de deeltjesbundel bepaald [6](#page=6). ### 4.2 Intensiteit van stralingsbundels Intensiteit ($I$) is gedefinieerd als de energie die per seconde door een oppervlak gaat. De eenheid van intensiteit is Joules per seconde per vierkante meter ($J s^{-1} m^{-2}$). De intensiteit van een bundel wordt bepaald door [7](#page=7): * Het aantal fotonen per seconde. Dit is gerelateerd aan de bundelspreiding ($B\_{Sp}$) en bundelverliezen ($B\_L$) [7](#page=7). * De oppervlakte ($A$) waarover de straling zich verspreidt [7](#page=7). * De energie van de fotonen. Dit is gerelateerd aan de bundelspreiding ($B\_{Sp}$) [7](#page=7). * De energie van de deeltjes of gammafotonen [7](#page=7). De intensiteit volgt de inverse kwadratenwet [7](#page=7). > **Tip:** Begrijpen hoe de energie van fotonen- en deeltjesbundels wordt bepaald, is cruciaal voor het berekenen van stralingsdoses. Houd rekening met alle genoemde factoren, vooral bij complexe bronnen. > **Tip:** De intensiteit is een maat voor de "kracht" van de stralingsbundel op een bepaald punt. De inverse kwadratenwet is hierbij essentieel: de intensiteit neemt af met het kwadraat van de afstand tot de bron.

| Term | Definition | |------|------------| | Geabsorbeerde dosis | De hoeveelheid stralingsenergie die per massa-eenheid in een weefsel of materiaal wordt opgenomen. De eenheid is Gray (Gy), waarbij 1 Gy gelijk is aan 1 Joule per kilogram (J/kg). | | Kerma | Kinetic Energy Released per unit of Mass. Dit is de kinetische energie die vrijkomt per massa-eenheid door secundaire geladen deeltjes die ontstaan door interactie van ongeladen deeltjes of fotonen met materie. De eenheid is ook Gray (Gy). | | Equivalente dosis | Een maat voor de biologische effecten van straling, rekening houdend met het type straling. Het wordt berekend door de geabsorbeerde dosis te vermenigvuldigen met een stralingsweegfactor ($w_R$). De eenheid is Sievert (Sv). | | Effectieve dosis | Een maat voor de totale risico op stralingsgerelateerde gezondheidseffecten voor een persoon, rekening houdend met de gevoeligheid van verschillende weefsels en organen. Het is de som van de equivalente doses in alle organen, vermenigvuldigd met weefselweegfactoren ($w_T$). De eenheid is ook Sievert (Sv). | | Dosistempo | De dosis die per tijdseenheid wordt afgegeven. Dit kan worden uitgedrukt in bijvoorbeeld Gy/s of Sv/s, en geeft een indicatie van de snelheid waarmee stralingsblootstelling optreedt. | | Stralingsweegfactor ($w_R$) | Een factor die wordt gebruikt om de biologische effectiviteit van verschillende soorten straling te vergelijken. Hogere waarden geven aan dat een bepaald type straling meer biologische schade veroorzaakt dan een ander type bij dezelfde geabsorbeerde dosis. | | Weefselweegfactor ($w_T$) | Een factor die de gevoeligheid van verschillende weefsels en organen voor stralingsgeïnduceerde schade aangeeft. Sommige weefsels zijn gevoeliger voor straling dan andere, wat wordt weerspiegeld in hun $w_T$-waarde. | | DAP-meter | Dose Area Product meter. Een apparaat dat het product van de dosis en het bestraalde oppervlak meet, vaak uitgedrukt in mGycm². Dit geeft een indicatie van de totale energie die aan de patiënt is geleverd. | | Geiger-Müller telbuis | Een gasgevulde detector die gebruikt wordt om ioniserende straling te detecteren. Bij detectie genereert het een elektrische puls, onafhankelijk van de energie van het invallende deeltje. | | Scintillatie teller | Een detector die gebruik maakt van een materiaal dat licht produceert wanneer het wordt geraakt door ioniserende straling. De hoeveelheid geproduceerd licht is gerelateerd aan de energie van de straling. | | Thermoluminescentiedosimeter (TLD) | Een dosimeter die stralingsenergie opslaat in een kristallijn materiaal. Bij opwarming komt deze energie vrij als licht, waarvan de intensiteit evenredig is met de geabsorbeerde dosis. | | Halfgeleider detector | Een detector gebaseerd op een kristallijn materiaal, vaak een p-n diode. Straling beïnvloedt de elektrische weerstand van het materiaal, wat wordt gebruikt om de straling te meten. |