526
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
Fottschr. Röntgenstr. 124,6 (1976) 526-530 © Georg Thieme Verlag, Stuttgart
Von H. W. Nemec und J. Roth 5 Abbildungen Abteilung f Ir Radiologische Physik (Leiter: Prof. Dr. H. Liithy) des Universitätsinstituts für Medizinische Radiologie (Direktor: Prof. Dr. H. Hartweg), Kantonsspital, Basel
Mit Hilfe der Thermolumineszenz- und Filmdosimetrie wurden Untersuchungen zur Strahienbelastung der Augenlinsen bei der computerisierten axialen Schädeltomographie mit dem EMI-Scanner an Patienten und an verschiedenen Schädelphantomen durchgeführt. Die Expositionsdosis nimmt vom lateralen Rand des rechten Auges bis zum lateralen Rand des linken Auges ab. Bei einer üblichen 3-Schicht-Tomographie beträgt die maximale Expositionsdosis der Augen ca. 0,6 R (1,55 . 10 C . kg-1); sie entsteht ausschließlich durch Streustrahlung. Dagegen kann bei direkter Durchstrahlung der Orbitalebene die maximale Expositionsdosis am Auge bis zu 3 R (7,7. 10 C . kg-1) betragen. Die maximale Expositionsdosis des Kopfes hängt von der Schädelgröße ab und liegt bei etwa 4 R (ca. 10 C . kg-1). Die Ortsabhängigkeit der Expositionsdosis im Bereich der Augen wird durch Berechnungen mit Hilfe eines Computerprogramms theoretisch bestätigt und auf die Funktionsweise des EMI-Scanners zurückgeführt. Einleitung Bei der computerisierten axialen Schädeltomographie zur Auffindung von Strukturänderungen im Gehirn (Ambrose, 1973; Davis u. Pressman, 1974) stellt sich die Frage nach der
Strahienbelastung des Patienten während einer Untersuchung. Erste diesbezügliche Messungen am EMI-Scanner wurden mit Phantomen durchgeführt (Perry u. Bridges, 1973; McCullough u. Mitarb., 1974). Unseres Wissens liegen jedoch
noch keine Daten über die Expositionsdosis der nahe der durchstrahlten Schicht gelegenen Augenlinsen vor. Derartige
Untersuchungen sind auch deshalb von Bedeutung, da bei der Tomographie der Orbita die Augen in der durchstrahlten
Schicht liegen (Ambrose u. Mitarb., 1974; Lampert u. Mitarb., 1974). Durch thermolumineszenz- und filmdosimetrische Messungen am Patienten und am Phantom soll in der folgenden Arbeit die Strahienbelastung der Augenlinsen während einer Schädeltomographie mit dem EMI-Scanner untersucht werden.
Methode A. EMI-Scanner. Die Untersuchungen wurden an einem EMI-Scanner (Fa. EMI Ltd., Hayes, England) durchgeführt°.
Aufbau und Wirkungsweise des Gerätes sind an anderer Stelle ausführlich beschrieben (Houns field, 1973; McCullough u. Mitarb., 1974). * Den Mitarbeitern der EMI-Gruppe am Kantonsspital Basel danken wir für ihre Unterstützung.
Radiation dose to the head, and particularly to the lens of the eye, during axial tomography with the EM! scanner Radiation dose to the lens of the eye was estimated using thermoluminescence and film dosimetry on patients undergoing computerised axial skull tomography with the EMI scanner, and also on various phantoms. The dose decreases from the lateral margin of the right eye to the lateral margin of the left eye. During conventional three layer tomography, maximal exposure to the eye is about 0.6 R (1.55 >< 1O
C.kg'), produced
entirely by scatter. Direct irradiation of the plane of the orbits produces maximal exposure rate of 3 R (7.7 x 1O C.kg'). Maximal dose to the head depends on skull size and is about 4 R (approximately 1O
C.kg'). The local dose
dependence of the eyes was confirmed theoretically by drawing up a computer programme, and was related to the method used by the EM! scanner. (F. St.)
Dosimetrie. Die Dosismessung erfolgte in erster Linie mit Hilfe der Thermolumineszenzdosimetrie (TLD). Als Thermolumineszenzdosimeter wurden LiF-Stäbchen (TLD-100 der Harshaw Chemicals Ltd.) der Abmessungen 1 X 1 X 6 mm3 verwendet. Zur Auswertung diente ein Thermoluminescent-Reader Model TLR-S der Eberline Instrument Corp. Die Kalibrierung der Thermolumineszenzdosimeter erfolgte, entsprechend den Daten des EMI-Scanners, bei einer Röntgenbestrahlung von 120 kv bei 4,5 mm Al Gesamtfilterung. Vor der Besfrahlung wurden die LiF-Stäbchen während einer Stunde bei 673 K und vor der Auswertung 10 Minuten lang bei 373 K ausgeheizt. Für die Dosisbestimmung innerhalb des Phantoms wurden auch filmdensitometrische Messungen durchgeführt. Es wurde der Röntgenfilm N 33 von Agfa-Gevaert verwendet,
für den bei den entsprechenden Bestrahlungsdaten die Schwärzungskurve aufgenommen wurde. Die Auswertung erfolgte mit einem Transmissions-Densitometer (Macbeth Quantalog Densitometer Model TD-100). Untersuchungen am Patienten. Die Dosismessung wurde an fünf Patienten während der Aufnahme von drei Schichten im Abstand von 25 mm voneinander (ganzer Status) durchgeführt. Zur Erzielung möglichst gleichbleibender Bedingungen wurde der Kopf der Patienten aufgrund eines standardisierten Verfahrens (Müller u. Mitarb., 1974) stets in der gleichen Lage fixiert. Vier LiF-Stäbchen wurden in entsprechenden Bohrungen von Plexiglaszylindern (Durchmesser 6 mm, Höhe 25 mm), welche auch in die Offnungen des Alderson-Phantoms paßten, eingeführt und beidseitig der Augen befestigt.
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
Ober die Strahienbelastung des Kopfes, insbesondere der Augenlinsen, bei der axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner
527
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
Über die Strahienbelastung des Kopfes, insbesondere der Augenlinsen
Y
Untersuchungen am Phantom. Der Kopf eines RandoAlderson-Phantoms wurde so in den EMI-Scanner gelegt, daß die Lage der Augen mit jener am Patienten überein-
Zur Ermittlung der Dosisverteilung in der Frontalebene durch die Zentralachse wurde eine annähernd kugelförmige Wassermelone (citrollus vulgaris) mit einem mittleren Durchmesser von 16,5 cm in der Mitte aufgeschnitten und zwischen die beiden Hälften ein Röntgenfilm gelegt.
Berechnung. Für die Berechnung der Dosisverteilung innerhalb der durchstrahlten Schicht stand uns ein Elektronenrechner IBM 370/155 zur Verfügung. Das Programm
wurde in FORTRAN IV geschrieben und aufgrund der Funktionsweise des EMI-Scanners nach den folgenden Gesichtspunkten erstellt (vgl. Abb. 1). Dabei bezeichnet den
Winkel im Gegenuhrzeigersinn zwischen der negativen x-Achse und der Strahlrichtung. Bei jedem Grad der kreisförmigen Bewegung (Radius R = 52,5 cm) führt die Röntgenröhre eine tangentiale Abtastung durch. Von jeder dieser linearen Bewegungen wurde für unsere Berechnung nur diejenige Stellung berücksichtigt, bei welcher der Röntgenstrahl den betrachteten Punkt P (x, y) trifft. Die Koordinaten des Röntgenröhren-Fokus lassen sich mathematisch bestimmen als Schnittpunkt P1 (x1, y) der Tangente in P0 (x0, y) mit der Normalen dazu durch den Punkt P (x, y). Die erste Abtastung bei a = 89° wird zweimal durchgeführt. Die Schrittlänge beträgt dann je 1° im Gegenuhrzeigersinn bis zum Winkel a = 272°. Mit Hilfe des berechneten Abstandes zwischen P (x, y) und P1 (x1, Yi) kann
Schematische Darstellung des Aufnahmemechanismus einer axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner zur Berechnung der Dosisverteilung innerhalb einer homogenen Wasserschicht. a. . . Winkel zwischen negativer x-Achse und Strahlrichtung, R. .. Radius der kreisförmigen Bewegung. Abb. 1.
der relative Dosisanteil für jeden Schritt bestimmt werden. Diese Werte werden addiert. Das gesamte Medium wurde homogen als Wasser angenommen. Bei einer Energie von 73 keV wurde mit einem linearen
Absorptionskoeffizienten von p = 0,190 cm' gerechnet. Zur Angabe der Dosiswerte wurde dem als Bezugspunkt gewählten Ort P (3, 0) aufgrund von Meßwerten die Exposi-
2,0 0.7
1,8
1,6
- - 0o -.
o
0,6
0A0 1,4
A
A
0,5
Ad
-
1,2
co
cA
0,4
1.0
Abb. 2.
Abhängigkeit der Expositionsdosis der
Augenlinsen vom Abstand von der frontalen Medianlinie bei einer axialen Tomographie (ganzer Status) mit dem EMI-Scanner. Die Punkte
0,8
00 %.s%A
0,3 A
0,6
bedeuten die gemessenen Werte am Patienten (o) und am Phantom (Ls). Die gestrichelte Linie
0,2 0,4
(- - -) zeigt den berechneten Dosisverlauf am Umriß der Orbitalebene des Alderson-Phantoms für eine einzige Durchstrahlung einer homogenen Wasserschicht. Der Dosisvetlauf im Bereich der Nasenwurzel ist punktiert ( . . . ) dargestellt. Das
schraffierte Gebiet auf der Abszisse gibt den Bereich der Augen wieder.
0,1
0,2
'rechts
links
o
-8
-6
-4
-2
o 0
2
Abstand von Medianlinie (cm)
4
0
8
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
stimmte. Das Phantom wurde derart gelagert, daß die durchstrahlten Schichten parallel zu den Schnittebenen des Phantoms verliefen. Am Ort der Augenlinsen und seitlich davon wurden mehrere LiF-Stäbchen befestigt. Außerdem wurden in der Orbitalebene sowie in der um 25 mm nach oben parallelverschobenen Ebene je ein Röntgenfilm und einige LiF-Stäbchen angebracht. Daneben stand uns ein wassergefülltes Kopfphantom mit einem natürlichen Schädel zur Verfügung. Damit konnte die Kopflagerung der Patienten sowie der Ort der Thermolumineszenzdosimeter in Augennähe weitgehend imitiert werden.
528
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
H. W. Nemec und J. Roth
stelle eines ganzen Status nur die erste (unterste) Schicht bestrahlt, so erhält man in der Orbitalebene eine ähnliche Dosisverteilung und die gleiche maximale Expositionsdosis.
Ebene untersucht, welche 25 mm oberhalb der Orbitalebene gelegen ist. Abb. 4a gibt die Röntgenaufnahme der dargestellten Schicht des Alderson-Phantoms wieder. Das vom EMI-Scanner gelieferte Bild zeigt Abb. 4b. Die durch die beiden verschiedenen Aufnahmetechniken gewonnenen Bilder stellen also die gleiche Schicht dar. In Abb. 4c ist die Dosisverteilung dieser einmal durchstrahlten Schicht dargestellt. Die maximale Expositionsdosis innerhalb dieser durchstrahlten Schicht hängt von der Kopfgröße ab und beträgt etwa 4 R (ca. i0 C kg'). Im Vergleich dazu ist in Abb. 4d die berechnete Dosisverteilung innerhalb einer einmal durchstrahlten homogenen Wasserschicht des gleichen Quer-
schnitts dargestellt. Die Isodosen zeigen in beiden Fällen
Dosisverteilung innerhalb der Orbitalebene des Alderson-Phantoms nach einer axialen Tomographie (ganzer Status) mit dem EMI-Scanner. Die Zahlenwerte innerhalb des QuerAbb. 3.
schnittes bedeuten die Expositionsdosen in R, außerhalb die entsprechenden Expositionsdosen in 10 knochen ist punktiert gekennzeichnet.
C
kg-1. Der Schädel-
tionsdosis von 1,5 R (3,87 10 C kg-1) zugeschrieben. Die Berechnungen erfolgten für Punkte P (x, y), die auf verschiedenen eingegebenen Umrissen lagen.
Ergebnisse Die mit Hilfe der Thermolumineszenzdosimetrie beidseitig der Augen der Patienten gemessenen Expositionsdosen zeigen Werte zwischen 0,2 R (5,2 i0 C kg') und 0,65 R (1,68 iO C kg-'). Trägt man die Expositionsdosis in Abhängigkeit vom Meßort auf, so erhält man eine Abnahme mit zunehmender Entfernung vom lateralen Rand des rechten Auges in Richtung zum linken Auge. Bei der Darstellung der Abb. 2 (kreisförmige Punkte) wurde als Bezugspunkt für die
Ortsabhängigkeit die frontale Medianlinie gewählt. Die Streuung der Meßpunkte ist wahrscheinlich in erster Linie auf die unterschiedliche Physiognomie der einzelnen Patienten zurückzuführen. Außerdem können in der Patientenlagerung trotz des standardisierten Verfahrens von Müller u. Mitarb. (1974) geringfügige Unterschiede auftreten, die sich deutlich auf die gemessene Dosis auswirken. Vergleichsmessungen am Schädel-Wasser-Phantom sowie am AldersonPhantom (Abb. 2, dreieckförmige Punkte) liefern ähnliche Ergebnisse wie am Patienten. Anschließend wurde die Dosisverteilung in zwei verschiedenen Ebenen des Alderson-Phantoms mit Hilfe von TLD und Filmen gemessen. In Abb. 3 ist der Verlauf der filmdensitometrisch gemessenen Isodosen innerhalb der Orbitalebene nach einem ganzen Status dargestellt. Die Dosisverteilung zeigt im wesentlichen Werte zwischen 0,3 R (7,7 . 10' C kg-') und 0,9 R (2,32 iO C kg-1). In den Bereich der Augenlinsen gelangen, in Übereinstimmung mit den TLDMessungen, von rechts nach links abnehmend etwa 0,6 R (1,55V iO C kg-') bis 0,3 R (7,7 10' C kg-'). Wird an-
einen ähnlichen Verlauf. Der Abb. 4d kann man die berechnete Dosisverteilung auf der Kontur des Querschnittes der Orbitalebene entnehmen und in Abhängigkeit von der Entfernung von der frontalen Medianlinie auftragen. Wie Abb. 2 zeigt, läßt sich durch geeignete Wahl des Bezugspunktes der relativen auf die absolute Expositionsdosis die theoretische Kurve (strichliert) gut an die experimentellen Werte anpassen. Der Dosisverlauf im Bereich der Nasenwurzel, wo besonders starke individuelle Unterschiede in der Physiognomie
auftreten können, wurde für den gewählten Querschnitt punktiert gezeichnet. Um die Strahlenbelastung der Orbita im Vergleich zur maximalen Expositionsdosis des Kopfes zu bestimmen, wurde eine
Wassermelone als vereinfachtes Kopfphantom verwendet. Die Isodosen innerhalb der Frontalebene durch die Mitte des Phantoms wurden nach einem ganzen Status fllmdensitometrisch gemessen (Abb. 5). Die besondere Form der Isodosen im zentralen Bereich ist auf eine teilweise Uberlappung der durchstrahlten Schichten zurückzuführen. Die maximale Expositionsdosis beträgt etwa 4 R (ca. 10' C kg').
Diskussion Wie die Ergebnisse in Abb. 2 zeigen, sind die beiden Augen bei der axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner einer unterschiedlichen Strahienbelastung ausgesetzt. Um die Ortsabhängigkeit der Expositionsdosis im Bereich der Orbita zu erklären, wurde mittels eines Computerprogramms die theo-
retische Dosisverteilung im Bereich der Augen ermittelt, Trotz der hierfür gemachten Vereinfachungen, vor allem der Durchstrahlung einer homogenen Wasserschicht, läßt sich die berechnete Kurve gut mit den experimentell gefunde-
nen Dosiswerten in Ubereinstimmung bringen. Aufgrund dieser Ergebnisse kann man die Abnahme der Expositionsdosis mit zunehmender Entfernung vom lateralen Rand des rechten Auges mit der Funktionsweise des EMI-Scanners erklären. Gemäß der schematischen Darstellung des Aufnahmemechanismus einer Schicht (Abb. 1) erhalten nur in der Ausgangsstellung (c = 90°, Strahlrichtung senkrecht von unten nach oben) und in der Endstellung = 270°, Strahlrichtung senkrecht von oben nach unten) beide Augen aus Symmetriegründen die gleiche Dosis. In allen Zwischenstellungen ist die Weglänge des Strahls innerhalb des Kopfes bis zum linken
(
Auge größer als bis zum rechten, was zu einer geringeren Strahlenbelastung des linken Auges führt. Im Vergleich zur Orbitalebene ist die maximale Expositionsdosis in der um 25 mm nach oben verschobenen Ebene etwa viermal größer. Die Ursache für diese unterschiedliche Strahlenbelastung in den beiden Ebenen läßt sich aus der Dosisver-
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
Im folgenden wurde die Dosisverteilung innerhalb einer
Abb. 4a
529
Abb. 4b 3.87
5,16
6,45
7,74
9,03
Abb.4c
Abb.4d
Abb. 4 ad. Untersuchung der ersten durchstrahlten Schicht am Alderson-Phantom (Schicht Nr. 2) bei der axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner. a) Röntgenaufnahme, b) EMI-Scan, e) flimdosimetrisch gemessene Isodosen, d) berechnete Isodosen einer homogenen Wasserschichr des gleichen Querschnitts. Die Zahlenwerte innerhalb des Querschnitts bedeuten die Expositionsdosen in R, außerhalb die entsprechenden Expositionsdosen in 1O C kg'. Der Schädelknochen ist punktiert gekennzeichnet.
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
Über die Strahienbelastung des Kopfes, insbesondere der Augenlinsen
530
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
H. W. Nemec und J. Roth: Strahienbelastung des Kopfes, insbesondere der Augenlinsen
vorn
halb der Orbitalebene weicht sehr viel stärker von den für die Durchstrahlung einer homogenen Wasserschicht berechneten
0E
6
links
4,25 3.87 3,23
rechts
2.58
hinten
Abb. S.
Dosisverteilung innerhalb der Frontalebene durch die
Schicht gemessene Dosisverteilung. Diese Tatsache läßt sich mit dem starken Einfluß des Schädelknochens auf die Dosisverteilung der Streustrahlung erklären. Die maximale Expositionsdosis des Kopfes liegt aufgrund der vorliegenden Untersuchungen höher als der von Perry und Bridges (1973) angegebene Wert von 2,5 R (6,45 i0 C kg-1), da sich aufgrund der Dosisverteilung im Frontalschnitt (Abb. 5) infolge der Uberlagerung der ersten mit der zweiten durchstrahlten Schicht eine erhöhte Expositionsdosis ergibt. Im Vergleich zu einer konventionellen Schädelradiographie ist die Strahienbelastung der Augenlinsen bei einer
üblichen axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner um mehr als eine Größenordnung geringer. So ergaben Messungen bei konventionellen Röntgenmethoden eine maximale Hautbelastung von mindestens 7,5 R (1,94 i0 C kg-') und bei der Angiographie von weit über 10 R (2,58 10 C kg1) (Perry u. Bridges, 1973). Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse muß jedoch beachtet werden, daß bei speziellen Untersuchungen der Orbita mit dem EMI-Scanner (Ambrose u. Mitarb., 1974; Lampert u. Mitarb., 1974) die Expositionsdosis der Augenlinsen bis zu 3 R (7,74 iO C kg') betragen kann.
Mitte eines vereinfachten Kopfphantoms (Wassermelone, citrollus
vulgaris) nach einer axialen Tomographie (ganzer Status) mit dem EMI-Scanner. Die Zahlenwerte innerhalb des Querschnitts bedeuten die Expositionsdosen in R, außerhalb die entsprechenden Expositionsdosen in 1O
C . kg-1. Am rechten Biidrand ist
die Lage der Orbitalebene (0E) sowie der drei durchstrahlten Schichten (schraffiert) eingezeichnet.
Literatur
Lampert, V. L., J. V. Zelch, D. N. Cohen: Computed tomography of the
Ambrose, J.: Computerized transverse
orbits. Radiology 113 (1974) 351 McCullough, E. C., H. L. Baker, O. W. Houser, D. F. Reese: An evaluation of the quantitative and radiation features
axial scanning (tomography): Part 2. Clinical application. Brit. J. Radiol. 46 (1973) 1023
Ambrose, J. A. E., G. A. S. Lloyd, J. E.
Wright: A preliminary evaluation of fine matrix computerized axial tomography (Emiscan) in the diagnosis of
teilung im Frontaischnitt deutlich erkennen. Nach Abb. 5 liegt bei einer üblichen axialen Tomographie die Orbitalebene (0E) außerhalb des direkt durchstrahlten Gebietes (schraffiert gekennzeichnet), und die Strahienbelastung der Augenlinsen ist ausschließlich auf Streustrahlung zurückzuführen. Diese Tatsache wird auch durch die vom EMIScanner gelieferten Bilder nach Untersuchungen am Alder-
orbital space-occupying lesions. Brit. J. Radiol. 47 (1974) 747 Davis, D. O., B. D. Pressman: Computerized tomography of the brain. Radio!. Clin. North America 12 (1974)
of a scanning X-ray transverse axial tomograph. The EM! scanner. Radiology 111 (1974) 709 Müller, H.
R.,
R.
ganzen Status und der untersten Schicht folgt, trägt nur die Streustrahlung der ersten durchstrahlten Schicht zur Strahlenbelastung der Orbitalebene bei. Die Dosisverteilung inner-
R.
computerized axial X-ray tomography
(EM! scanning). Europ. Neurol.
11
(1974) 197
Hounsfield, G. N.: Computerized transverse axial scanning (tomography).
Perry, B. J., C. Bridges: Computerized transverse axial scanning (tomography). Part 3. Radiation dose considerations.
Part 1. Description of system. Brit. J.
Brit. J. Radio!. 46 (1973) 1048
297
Radio!. 46 (1973) 1016
son-Phantom bestätigt. Das Bild der untersten durchstrahlten Schicht (Abb. 4b) zeigt einen Schnitt, welcher 26 mm ober-
halb der Orbitalebene gelegen ist. Wie aus den gleichen Dosiswerten in der Orbitalebene bei der Aufnahme eines
Wüthrich,
Hünig, M. Elke, A. y. Hochstetter: A graphical reporting system for
Dr. rer. nat. H. W. Nemec, Dr. phil. nat. J. Roth, Universitätsinstitut für Medizinische Radiologie, Abteilung für Radiologische Physik, Kantonsspital, CH-4004 Basel
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
Isodosen ab als die innerhalb der ersten durchstrahlten
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
Fottschr. Röntgenstr. 124,6 (1976) 526-530 © Georg Thieme Verlag, Stuttgart
Von H. W. Nemec und J. Roth 5 Abbildungen Abteilung f Ir Radiologische Physik (Leiter: Prof. Dr. H. Liithy) des Universitätsinstituts für Medizinische Radiologie (Direktor: Prof. Dr. H. Hartweg), Kantonsspital, Basel
Mit Hilfe der Thermolumineszenz- und Filmdosimetrie wurden Untersuchungen zur Strahienbelastung der Augenlinsen bei der computerisierten axialen Schädeltomographie mit dem EMI-Scanner an Patienten und an verschiedenen Schädelphantomen durchgeführt. Die Expositionsdosis nimmt vom lateralen Rand des rechten Auges bis zum lateralen Rand des linken Auges ab. Bei einer üblichen 3-Schicht-Tomographie beträgt die maximale Expositionsdosis der Augen ca. 0,6 R (1,55 . 10 C . kg-1); sie entsteht ausschließlich durch Streustrahlung. Dagegen kann bei direkter Durchstrahlung der Orbitalebene die maximale Expositionsdosis am Auge bis zu 3 R (7,7. 10 C . kg-1) betragen. Die maximale Expositionsdosis des Kopfes hängt von der Schädelgröße ab und liegt bei etwa 4 R (ca. 10 C . kg-1). Die Ortsabhängigkeit der Expositionsdosis im Bereich der Augen wird durch Berechnungen mit Hilfe eines Computerprogramms theoretisch bestätigt und auf die Funktionsweise des EMI-Scanners zurückgeführt. Einleitung Bei der computerisierten axialen Schädeltomographie zur Auffindung von Strukturänderungen im Gehirn (Ambrose, 1973; Davis u. Pressman, 1974) stellt sich die Frage nach der
Strahienbelastung des Patienten während einer Untersuchung. Erste diesbezügliche Messungen am EMI-Scanner wurden mit Phantomen durchgeführt (Perry u. Bridges, 1973; McCullough u. Mitarb., 1974). Unseres Wissens liegen jedoch
noch keine Daten über die Expositionsdosis der nahe der durchstrahlten Schicht gelegenen Augenlinsen vor. Derartige
Untersuchungen sind auch deshalb von Bedeutung, da bei der Tomographie der Orbita die Augen in der durchstrahlten
Schicht liegen (Ambrose u. Mitarb., 1974; Lampert u. Mitarb., 1974). Durch thermolumineszenz- und filmdosimetrische Messungen am Patienten und am Phantom soll in der folgenden Arbeit die Strahienbelastung der Augenlinsen während einer Schädeltomographie mit dem EMI-Scanner untersucht werden.
Methode A. EMI-Scanner. Die Untersuchungen wurden an einem EMI-Scanner (Fa. EMI Ltd., Hayes, England) durchgeführt°.
Aufbau und Wirkungsweise des Gerätes sind an anderer Stelle ausführlich beschrieben (Houns field, 1973; McCullough u. Mitarb., 1974). * Den Mitarbeitern der EMI-Gruppe am Kantonsspital Basel danken wir für ihre Unterstützung.
Radiation dose to the head, and particularly to the lens of the eye, during axial tomography with the EM! scanner Radiation dose to the lens of the eye was estimated using thermoluminescence and film dosimetry on patients undergoing computerised axial skull tomography with the EMI scanner, and also on various phantoms. The dose decreases from the lateral margin of the right eye to the lateral margin of the left eye. During conventional three layer tomography, maximal exposure to the eye is about 0.6 R (1.55 >< 1O
C.kg'), produced
entirely by scatter. Direct irradiation of the plane of the orbits produces maximal exposure rate of 3 R (7.7 x 1O C.kg'). Maximal dose to the head depends on skull size and is about 4 R (approximately 1O
C.kg'). The local dose
dependence of the eyes was confirmed theoretically by drawing up a computer programme, and was related to the method used by the EM! scanner. (F. St.)
Dosimetrie. Die Dosismessung erfolgte in erster Linie mit Hilfe der Thermolumineszenzdosimetrie (TLD). Als Thermolumineszenzdosimeter wurden LiF-Stäbchen (TLD-100 der Harshaw Chemicals Ltd.) der Abmessungen 1 X 1 X 6 mm3 verwendet. Zur Auswertung diente ein Thermoluminescent-Reader Model TLR-S der Eberline Instrument Corp. Die Kalibrierung der Thermolumineszenzdosimeter erfolgte, entsprechend den Daten des EMI-Scanners, bei einer Röntgenbestrahlung von 120 kv bei 4,5 mm Al Gesamtfilterung. Vor der Besfrahlung wurden die LiF-Stäbchen während einer Stunde bei 673 K und vor der Auswertung 10 Minuten lang bei 373 K ausgeheizt. Für die Dosisbestimmung innerhalb des Phantoms wurden auch filmdensitometrische Messungen durchgeführt. Es wurde der Röntgenfilm N 33 von Agfa-Gevaert verwendet,
für den bei den entsprechenden Bestrahlungsdaten die Schwärzungskurve aufgenommen wurde. Die Auswertung erfolgte mit einem Transmissions-Densitometer (Macbeth Quantalog Densitometer Model TD-100). Untersuchungen am Patienten. Die Dosismessung wurde an fünf Patienten während der Aufnahme von drei Schichten im Abstand von 25 mm voneinander (ganzer Status) durchgeführt. Zur Erzielung möglichst gleichbleibender Bedingungen wurde der Kopf der Patienten aufgrund eines standardisierten Verfahrens (Müller u. Mitarb., 1974) stets in der gleichen Lage fixiert. Vier LiF-Stäbchen wurden in entsprechenden Bohrungen von Plexiglaszylindern (Durchmesser 6 mm, Höhe 25 mm), welche auch in die Offnungen des Alderson-Phantoms paßten, eingeführt und beidseitig der Augen befestigt.
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
Ober die Strahienbelastung des Kopfes, insbesondere der Augenlinsen, bei der axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner
527
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
Über die Strahienbelastung des Kopfes, insbesondere der Augenlinsen
Y
Untersuchungen am Phantom. Der Kopf eines RandoAlderson-Phantoms wurde so in den EMI-Scanner gelegt, daß die Lage der Augen mit jener am Patienten überein-
Zur Ermittlung der Dosisverteilung in der Frontalebene durch die Zentralachse wurde eine annähernd kugelförmige Wassermelone (citrollus vulgaris) mit einem mittleren Durchmesser von 16,5 cm in der Mitte aufgeschnitten und zwischen die beiden Hälften ein Röntgenfilm gelegt.
Berechnung. Für die Berechnung der Dosisverteilung innerhalb der durchstrahlten Schicht stand uns ein Elektronenrechner IBM 370/155 zur Verfügung. Das Programm
wurde in FORTRAN IV geschrieben und aufgrund der Funktionsweise des EMI-Scanners nach den folgenden Gesichtspunkten erstellt (vgl. Abb. 1). Dabei bezeichnet den
Winkel im Gegenuhrzeigersinn zwischen der negativen x-Achse und der Strahlrichtung. Bei jedem Grad der kreisförmigen Bewegung (Radius R = 52,5 cm) führt die Röntgenröhre eine tangentiale Abtastung durch. Von jeder dieser linearen Bewegungen wurde für unsere Berechnung nur diejenige Stellung berücksichtigt, bei welcher der Röntgenstrahl den betrachteten Punkt P (x, y) trifft. Die Koordinaten des Röntgenröhren-Fokus lassen sich mathematisch bestimmen als Schnittpunkt P1 (x1, y) der Tangente in P0 (x0, y) mit der Normalen dazu durch den Punkt P (x, y). Die erste Abtastung bei a = 89° wird zweimal durchgeführt. Die Schrittlänge beträgt dann je 1° im Gegenuhrzeigersinn bis zum Winkel a = 272°. Mit Hilfe des berechneten Abstandes zwischen P (x, y) und P1 (x1, Yi) kann
Schematische Darstellung des Aufnahmemechanismus einer axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner zur Berechnung der Dosisverteilung innerhalb einer homogenen Wasserschicht. a. . . Winkel zwischen negativer x-Achse und Strahlrichtung, R. .. Radius der kreisförmigen Bewegung. Abb. 1.
der relative Dosisanteil für jeden Schritt bestimmt werden. Diese Werte werden addiert. Das gesamte Medium wurde homogen als Wasser angenommen. Bei einer Energie von 73 keV wurde mit einem linearen
Absorptionskoeffizienten von p = 0,190 cm' gerechnet. Zur Angabe der Dosiswerte wurde dem als Bezugspunkt gewählten Ort P (3, 0) aufgrund von Meßwerten die Exposi-
2,0 0.7
1,8
1,6
- - 0o -.
o
0,6
0A0 1,4
A
A
0,5
Ad
-
1,2
co
cA
0,4
1.0
Abb. 2.
Abhängigkeit der Expositionsdosis der
Augenlinsen vom Abstand von der frontalen Medianlinie bei einer axialen Tomographie (ganzer Status) mit dem EMI-Scanner. Die Punkte
0,8
00 %.s%A
0,3 A
0,6
bedeuten die gemessenen Werte am Patienten (o) und am Phantom (Ls). Die gestrichelte Linie
0,2 0,4
(- - -) zeigt den berechneten Dosisverlauf am Umriß der Orbitalebene des Alderson-Phantoms für eine einzige Durchstrahlung einer homogenen Wasserschicht. Der Dosisvetlauf im Bereich der Nasenwurzel ist punktiert ( . . . ) dargestellt. Das
schraffierte Gebiet auf der Abszisse gibt den Bereich der Augen wieder.
0,1
0,2
'rechts
links
o
-8
-6
-4
-2
o 0
2
Abstand von Medianlinie (cm)
4
0
8
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
stimmte. Das Phantom wurde derart gelagert, daß die durchstrahlten Schichten parallel zu den Schnittebenen des Phantoms verliefen. Am Ort der Augenlinsen und seitlich davon wurden mehrere LiF-Stäbchen befestigt. Außerdem wurden in der Orbitalebene sowie in der um 25 mm nach oben parallelverschobenen Ebene je ein Röntgenfilm und einige LiF-Stäbchen angebracht. Daneben stand uns ein wassergefülltes Kopfphantom mit einem natürlichen Schädel zur Verfügung. Damit konnte die Kopflagerung der Patienten sowie der Ort der Thermolumineszenzdosimeter in Augennähe weitgehend imitiert werden.
528
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
H. W. Nemec und J. Roth
stelle eines ganzen Status nur die erste (unterste) Schicht bestrahlt, so erhält man in der Orbitalebene eine ähnliche Dosisverteilung und die gleiche maximale Expositionsdosis.
Ebene untersucht, welche 25 mm oberhalb der Orbitalebene gelegen ist. Abb. 4a gibt die Röntgenaufnahme der dargestellten Schicht des Alderson-Phantoms wieder. Das vom EMI-Scanner gelieferte Bild zeigt Abb. 4b. Die durch die beiden verschiedenen Aufnahmetechniken gewonnenen Bilder stellen also die gleiche Schicht dar. In Abb. 4c ist die Dosisverteilung dieser einmal durchstrahlten Schicht dargestellt. Die maximale Expositionsdosis innerhalb dieser durchstrahlten Schicht hängt von der Kopfgröße ab und beträgt etwa 4 R (ca. i0 C kg'). Im Vergleich dazu ist in Abb. 4d die berechnete Dosisverteilung innerhalb einer einmal durchstrahlten homogenen Wasserschicht des gleichen Quer-
schnitts dargestellt. Die Isodosen zeigen in beiden Fällen
Dosisverteilung innerhalb der Orbitalebene des Alderson-Phantoms nach einer axialen Tomographie (ganzer Status) mit dem EMI-Scanner. Die Zahlenwerte innerhalb des QuerAbb. 3.
schnittes bedeuten die Expositionsdosen in R, außerhalb die entsprechenden Expositionsdosen in 10 knochen ist punktiert gekennzeichnet.
C
kg-1. Der Schädel-
tionsdosis von 1,5 R (3,87 10 C kg-1) zugeschrieben. Die Berechnungen erfolgten für Punkte P (x, y), die auf verschiedenen eingegebenen Umrissen lagen.
Ergebnisse Die mit Hilfe der Thermolumineszenzdosimetrie beidseitig der Augen der Patienten gemessenen Expositionsdosen zeigen Werte zwischen 0,2 R (5,2 i0 C kg') und 0,65 R (1,68 iO C kg-'). Trägt man die Expositionsdosis in Abhängigkeit vom Meßort auf, so erhält man eine Abnahme mit zunehmender Entfernung vom lateralen Rand des rechten Auges in Richtung zum linken Auge. Bei der Darstellung der Abb. 2 (kreisförmige Punkte) wurde als Bezugspunkt für die
Ortsabhängigkeit die frontale Medianlinie gewählt. Die Streuung der Meßpunkte ist wahrscheinlich in erster Linie auf die unterschiedliche Physiognomie der einzelnen Patienten zurückzuführen. Außerdem können in der Patientenlagerung trotz des standardisierten Verfahrens von Müller u. Mitarb. (1974) geringfügige Unterschiede auftreten, die sich deutlich auf die gemessene Dosis auswirken. Vergleichsmessungen am Schädel-Wasser-Phantom sowie am AldersonPhantom (Abb. 2, dreieckförmige Punkte) liefern ähnliche Ergebnisse wie am Patienten. Anschließend wurde die Dosisverteilung in zwei verschiedenen Ebenen des Alderson-Phantoms mit Hilfe von TLD und Filmen gemessen. In Abb. 3 ist der Verlauf der filmdensitometrisch gemessenen Isodosen innerhalb der Orbitalebene nach einem ganzen Status dargestellt. Die Dosisverteilung zeigt im wesentlichen Werte zwischen 0,3 R (7,7 . 10' C kg-') und 0,9 R (2,32 iO C kg-1). In den Bereich der Augenlinsen gelangen, in Übereinstimmung mit den TLDMessungen, von rechts nach links abnehmend etwa 0,6 R (1,55V iO C kg-') bis 0,3 R (7,7 10' C kg-'). Wird an-
einen ähnlichen Verlauf. Der Abb. 4d kann man die berechnete Dosisverteilung auf der Kontur des Querschnittes der Orbitalebene entnehmen und in Abhängigkeit von der Entfernung von der frontalen Medianlinie auftragen. Wie Abb. 2 zeigt, läßt sich durch geeignete Wahl des Bezugspunktes der relativen auf die absolute Expositionsdosis die theoretische Kurve (strichliert) gut an die experimentellen Werte anpassen. Der Dosisverlauf im Bereich der Nasenwurzel, wo besonders starke individuelle Unterschiede in der Physiognomie
auftreten können, wurde für den gewählten Querschnitt punktiert gezeichnet. Um die Strahlenbelastung der Orbita im Vergleich zur maximalen Expositionsdosis des Kopfes zu bestimmen, wurde eine
Wassermelone als vereinfachtes Kopfphantom verwendet. Die Isodosen innerhalb der Frontalebene durch die Mitte des Phantoms wurden nach einem ganzen Status fllmdensitometrisch gemessen (Abb. 5). Die besondere Form der Isodosen im zentralen Bereich ist auf eine teilweise Uberlappung der durchstrahlten Schichten zurückzuführen. Die maximale Expositionsdosis beträgt etwa 4 R (ca. 10' C kg').
Diskussion Wie die Ergebnisse in Abb. 2 zeigen, sind die beiden Augen bei der axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner einer unterschiedlichen Strahienbelastung ausgesetzt. Um die Ortsabhängigkeit der Expositionsdosis im Bereich der Orbita zu erklären, wurde mittels eines Computerprogramms die theo-
retische Dosisverteilung im Bereich der Augen ermittelt, Trotz der hierfür gemachten Vereinfachungen, vor allem der Durchstrahlung einer homogenen Wasserschicht, läßt sich die berechnete Kurve gut mit den experimentell gefunde-
nen Dosiswerten in Ubereinstimmung bringen. Aufgrund dieser Ergebnisse kann man die Abnahme der Expositionsdosis mit zunehmender Entfernung vom lateralen Rand des rechten Auges mit der Funktionsweise des EMI-Scanners erklären. Gemäß der schematischen Darstellung des Aufnahmemechanismus einer Schicht (Abb. 1) erhalten nur in der Ausgangsstellung (c = 90°, Strahlrichtung senkrecht von unten nach oben) und in der Endstellung = 270°, Strahlrichtung senkrecht von oben nach unten) beide Augen aus Symmetriegründen die gleiche Dosis. In allen Zwischenstellungen ist die Weglänge des Strahls innerhalb des Kopfes bis zum linken
(
Auge größer als bis zum rechten, was zu einer geringeren Strahlenbelastung des linken Auges führt. Im Vergleich zur Orbitalebene ist die maximale Expositionsdosis in der um 25 mm nach oben verschobenen Ebene etwa viermal größer. Die Ursache für diese unterschiedliche Strahlenbelastung in den beiden Ebenen läßt sich aus der Dosisver-
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
Im folgenden wurde die Dosisverteilung innerhalb einer
Abb. 4a
529
Abb. 4b 3.87
5,16
6,45
7,74
9,03
Abb.4c
Abb.4d
Abb. 4 ad. Untersuchung der ersten durchstrahlten Schicht am Alderson-Phantom (Schicht Nr. 2) bei der axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner. a) Röntgenaufnahme, b) EMI-Scan, e) flimdosimetrisch gemessene Isodosen, d) berechnete Isodosen einer homogenen Wasserschichr des gleichen Querschnitts. Die Zahlenwerte innerhalb des Querschnitts bedeuten die Expositionsdosen in R, außerhalb die entsprechenden Expositionsdosen in 1O C kg'. Der Schädelknochen ist punktiert gekennzeichnet.
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
Über die Strahienbelastung des Kopfes, insbesondere der Augenlinsen
530
Fortschr. Röntgenstr. 124, 6
H. W. Nemec und J. Roth: Strahienbelastung des Kopfes, insbesondere der Augenlinsen
vorn
halb der Orbitalebene weicht sehr viel stärker von den für die Durchstrahlung einer homogenen Wasserschicht berechneten
0E
6
links
4,25 3.87 3,23
rechts
2.58
hinten
Abb. S.
Dosisverteilung innerhalb der Frontalebene durch die
Schicht gemessene Dosisverteilung. Diese Tatsache läßt sich mit dem starken Einfluß des Schädelknochens auf die Dosisverteilung der Streustrahlung erklären. Die maximale Expositionsdosis des Kopfes liegt aufgrund der vorliegenden Untersuchungen höher als der von Perry und Bridges (1973) angegebene Wert von 2,5 R (6,45 i0 C kg-1), da sich aufgrund der Dosisverteilung im Frontalschnitt (Abb. 5) infolge der Uberlagerung der ersten mit der zweiten durchstrahlten Schicht eine erhöhte Expositionsdosis ergibt. Im Vergleich zu einer konventionellen Schädelradiographie ist die Strahienbelastung der Augenlinsen bei einer
üblichen axialen Tomographie mit dem EMI-Scanner um mehr als eine Größenordnung geringer. So ergaben Messungen bei konventionellen Röntgenmethoden eine maximale Hautbelastung von mindestens 7,5 R (1,94 i0 C kg-') und bei der Angiographie von weit über 10 R (2,58 10 C kg1) (Perry u. Bridges, 1973). Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse muß jedoch beachtet werden, daß bei speziellen Untersuchungen der Orbita mit dem EMI-Scanner (Ambrose u. Mitarb., 1974; Lampert u. Mitarb., 1974) die Expositionsdosis der Augenlinsen bis zu 3 R (7,74 iO C kg') betragen kann.
Mitte eines vereinfachten Kopfphantoms (Wassermelone, citrollus
vulgaris) nach einer axialen Tomographie (ganzer Status) mit dem EMI-Scanner. Die Zahlenwerte innerhalb des Querschnitts bedeuten die Expositionsdosen in R, außerhalb die entsprechenden Expositionsdosen in 1O
C . kg-1. Am rechten Biidrand ist
die Lage der Orbitalebene (0E) sowie der drei durchstrahlten Schichten (schraffiert) eingezeichnet.
Literatur
Lampert, V. L., J. V. Zelch, D. N. Cohen: Computed tomography of the
Ambrose, J.: Computerized transverse
orbits. Radiology 113 (1974) 351 McCullough, E. C., H. L. Baker, O. W. Houser, D. F. Reese: An evaluation of the quantitative and radiation features
axial scanning (tomography): Part 2. Clinical application. Brit. J. Radiol. 46 (1973) 1023
Ambrose, J. A. E., G. A. S. Lloyd, J. E.
Wright: A preliminary evaluation of fine matrix computerized axial tomography (Emiscan) in the diagnosis of
teilung im Frontaischnitt deutlich erkennen. Nach Abb. 5 liegt bei einer üblichen axialen Tomographie die Orbitalebene (0E) außerhalb des direkt durchstrahlten Gebietes (schraffiert gekennzeichnet), und die Strahienbelastung der Augenlinsen ist ausschließlich auf Streustrahlung zurückzuführen. Diese Tatsache wird auch durch die vom EMIScanner gelieferten Bilder nach Untersuchungen am Alder-
orbital space-occupying lesions. Brit. J. Radiol. 47 (1974) 747 Davis, D. O., B. D. Pressman: Computerized tomography of the brain. Radio!. Clin. North America 12 (1974)
of a scanning X-ray transverse axial tomograph. The EM! scanner. Radiology 111 (1974) 709 Müller, H.
R.,
R.
ganzen Status und der untersten Schicht folgt, trägt nur die Streustrahlung der ersten durchstrahlten Schicht zur Strahlenbelastung der Orbitalebene bei. Die Dosisverteilung inner-
R.
computerized axial X-ray tomography
(EM! scanning). Europ. Neurol.
11
(1974) 197
Hounsfield, G. N.: Computerized transverse axial scanning (tomography).
Perry, B. J., C. Bridges: Computerized transverse axial scanning (tomography). Part 3. Radiation dose considerations.
Part 1. Description of system. Brit. J.
Brit. J. Radio!. 46 (1973) 1048
297
Radio!. 46 (1973) 1016
son-Phantom bestätigt. Das Bild der untersten durchstrahlten Schicht (Abb. 4b) zeigt einen Schnitt, welcher 26 mm ober-
halb der Orbitalebene gelegen ist. Wie aus den gleichen Dosiswerten in der Orbitalebene bei der Aufnahme eines
Wüthrich,
Hünig, M. Elke, A. y. Hochstetter: A graphical reporting system for
Dr. rer. nat. H. W. Nemec, Dr. phil. nat. J. Roth, Universitätsinstitut für Medizinische Radiologie, Abteilung für Radiologische Physik, Kantonsspital, CH-4004 Basel
Dieses Dokument wurde zum persönlichen Gebrauch heruntergeladen. Vervielfältigung nur mit Zustimmung des Verlages.
Isodosen ab als die innerhalb der ersten durchstrahlten
