Radiation Biology / Medical Radiation Physics - Interactive curriculae of TU Ilmenau

apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Keller, Andreas

Physik 1, Physik 2, Anatomie und Physiologie 1, Anatomie und Physiologie 2, Klinische Verfahren 1

Die Kerninhalte konzentrieren sich auf begriffliches Wissen und Fakten zu den Energieübertragungsprozessen bei der Erzeugung ionisierender Strahlen und deren Wechselwirkungen mit Stoff, vor allem menschlichen Körpergewebe. Dabei werden die Zusammenhänge von den mikroskopischen Prozessen am Anfang der Wechselwirkungskaskade zu den makroskopischen Prozessen an deren Ende herausgearbeitet. Die Studierenden sind in der Lage, dieses strahlenphysikalische und strahlenbiologische Grundlagenverständnis prozess- und methodenorientiert anzuwenden in allen darauf aufbauenden Fächern. Sie erwerben die Fähigkeiten, um Möglichkeiten und Grenzen der genutzten physikalischen Wechselwirkungseffekte zu analysieren und konstruktiv umzusetzen, welche von der Klinischen Radiologie und der medizinischen Bildgebung zum Erkennen und Heilen von Krankheiten genutzt werden. Sie sind außerdem in der Lage, aus den physikalischen Energieübertragungsprozessen heraus die strahlenbiologische Wirkungskette und deren Einflussfaktoren auf allen Wirkungsebenen unterschiedlicher Komplexität zu verstehen und als Ursache eines resultierenden Strahlenrisikos zu erkennen. Die Studierenden werden befähigt, aus den physikalischen und biologischen Grundlagen heraus das Strahlenrisiko abzuleiten, zu bewerten und den methodischen Zusammenhang zu Zielen und Grundsätzen des Strahlenschutzes zu begründen. Sie werden vorbereitet, medizinische Strahlenanwendungen hinsichtlich der Rechtfertigung und Minimierung ihres Strahlenrisikos zu analysieren. Das Fach ist eine der notwendigen Eingangsvoraussetzungen zur Anerkennung des Studienganges BMT zur postgradualen Qualifizierung als Medizinphysik-Experte.

Einordnung des Faches im Studiengang, inhaltliche Beziehungen;

Medizinische Strahlenphysik:

-     Ionisierende Strahlung: Arten, Überblick, Strahlenquellen in der Medizin;

-    Entstehung von Röntgenstrahlen: Modellansatz, Prinzip der Erzeugung, Beschleunigung von Elektronen, Abbremsung von Elektronen in Hülle und Kernnahfeld, Bremsspektrum der dünnen und dicken Anode, Einflussfaktoren, Wirkungsgrad;

-    Erzeugung von Elektronenstrahlung: Elektronen im elektrischen Feld, Relativistische Effekte, Elektronen im magnetischen Feld;

-    Radioaktivität: Ursache und Arten der spontanen Kernumwandlung, Zerfallsgesetz;

-    Kernspaltung: Massendefekt, Bindungsenergie, Spaltung schwerer Kerne, Entstehung ionisierender Strahlen;

-    Mikroskopische Wechselwirkungseffekte Quanten: Welle-Teilchen-Dualismus, Klassische Streuung, Photoeffekt, Comptoneffekt, Paarbildungs-effekt, Kernphotoeffekt;

-    Makroskopische Wechselwirkungseffekte Quanten: Energiedegradation und Energiedissipation, Schwächungsgesetz, Wechselwirkungskoeffizienten, Massenschwächungskoeffizient, Massenenergieübertragungskoeffizient, Massenenergieabsorptionskoeffizient, Anteile, Einflussparameter;

-    Mikroskopische Wechselwirkungseffekte Elektronen: Arten, Energieübertragung, Ionisationsbremsung, Strahlungsbremsung, Cerenkov-Effekt, Annihilation;

-    Makroskopische Wechselwirkungseffekte Elektronen: Transmission, Absorption, Rückdiffusion, Elektronenreichweite, Wechselwirkungskoeffizienten, Bremsvermögen, Massenbremsvermögen, Einflussparameter.

Strahlenbiologie:

-    Physikalische Strahlenwirkungen: Wirkungskette, LET, Energiedosis;

-    Biologische Strahlenwirkungen: Expositionswege, direkte und indirekte, deterministische und stochastische Wirkungen, Früh- und Spätwirkungen, Relative biologische Wirksamkeit;

-    Radiolyse des Wassers;

-    Biologie der Säugerzelle: Aufbau, Zellzyklus, Zelltod;

-    Strahlenwirkungen auf die DNA: Intrazelluläres Target, Wirkungsarten, Reparatur;

-    Strahlenwirkungen auf die Zelle: Arten, Zellzyklusverlängerung, Zelltod, Zellüberlebenskurven;

-    Einflussfaktoren auf das Zellüberleben: Strahlensensibilität, Zellzyklusphase, Fraktionierung, LET, Adaptive Response, Bystander-Effekt;

-    Deterministische Strahlenwirkungen auf Gewebe, Organe und den ganzen Organismus: Dosis-Effekt-Kurven, Teilkörperexpositionen, Strahlenkrankheit;

-    Stochastische Strahlenwirkungen: Strahlenkrebs, Dosis-Effekt-Kurven, Risikomodelle und -faktoren;

Strahlenwirkungen auf ungeborenes Leben.

Vorlesung

Medienform: PowerPoint-Präsentationen, Mitschriften, Arbeitsblätter

Strahlenphysik, Strahlenbiologie, Strahlenschutz Handbuch diagnostische Radiologie XIV, Hrsg.: Schmidt, T. Berlin: Springer 2003. 319 S

Krieger. H.: Grundlagen der Strahlenphysik und des Strahlenschutzes, 4. Aufl. Berlin: Springer 2012. 797 S.

Stolz, W.: Radioaktivität: Grundlagen - Messung - Anwendung 5., überarb. u. erw. Aufl. Wiesbaden: Teubner 2005. 215 S.

Podgoršak, E. B.: Radiation Physics for Medical Physicists Sec., enl. Ed. Berlin: Springer 2010. 745 S.

Betz, E.; Reutter, K.; Mecke, D.; Ritter, H.: Biologie des Menschen 15. Aufl. Wiebelsheim: Quelle & Meyer 2001. 898 S.

Herrmann, Th.; Baumann, M.; Dörr, W.: Klinische Strahlenbiologie - kurz und bündig 4., völlig überarb. Aufl. München: Urban & Fischer 2006. 219 S.

The 2007 Recommendations of the ICRP (3. Biological aspects of radiological protection, Annex A: Biological and epidemiological information on health risks attributable to ionising radiation) Annals of the ICRP 37(2007)Nos. 2-4, 332 S.

Umweltradioaktivität und Strahlenbelastung: Jahresbericht 2012 Bonn: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau- und Reaktorsicherheit 2014. 345 S