BLUTBESTRAHLUNG MIT DEM LINEARBESCHLEUINIGER
Wolfhart W. Seelentag, PhD, Markus Fopp, MD
Klinik für Radio-Onkologie, Abt. Medizinische Physik, Kantonsspital, CH-9007 St. Gallen
und
Regionales Blutspendezentrum SRK, CH-9007St. Gallen
(= Regional Blood Centre, Swiss Red Cross)

Vortrag gehalten auf der Jahrestagung der Schweizerischen Gesellschaft für Strahlenbiologie und Medizinische Physik (SGSMP), Luzern, 26./27.11.1998

Paper presented at the Annual Meeting of the Swiss Society of Radiobiology and Medical Physics (SGSMP), Lucerne, Nov 26/27, 1998

Hier sind im wesentlichen nur die Overhead-Folien mit kurzen Erklärungen wiedergegeben. Reproduced here are just the overhead transparencies, with some short explanations.
Bestrahlung von Blutprodukten mit dem Linearbeschleuiniger

Indikation
Vermeidung von Graft-vs-Host-Reaktionen bei klinischen Situationen, in denen die zelluläre Immunabwehr schwerst kompromittiert ist, insbesondere bei homologen Knochenmark- und Stammzellentransplantationen.
Weitere Indikationen sind evtl. möglich, derzeit aber in St.Gallen nicht vorgesehen.

Dosis
In der Literatur werden Werte zwischen 15 und 50 Gy genannt, am häufigsten 25 - 30 Gy; in St.Gallen wurde eine Minimaldosis von 30 Gy festgelegt.

Strahlenqualität
In der Literatur werden nur Gamma- und Röntgenstrahlung genannt, keine praktischen Anwendungen von Elektronen; in Deutschland ist die Photonenenergie auf maximal 5 MV beschränkt - vmtl. um eine Aktivierung der bestrahlten Blutprodukte zu vermeiden, aber ohne Angabe, warum die Grenze auf 5 MV (und nicht z.B. die in der Radio-Onkologie üblichen 6 MV) festgelegt wurde (Aktivierung tritt erst bei Energien über 7 MeV auf).

Irradiation of Blood Products with a Linear Accelerator

Indications
Prevention of graft-versus-host-disease in patients with severe cellular immunodeficiency, mostly in patiens with homologous hematopoietic cell transfusions (bone marrow and/or peripheral blood progenitor cells).
Additional indications may be possible, but are not considered for the time being in St.Gallen.

Dose
In the literature values in the range 15 to 50 Gy are mentioned, mostly 25 - 30 Gy; for St.Gallen it was decided to prescribe to 30 Gy as minimal dose.

Beam Quality
In the literature only Gamma and X-Rays are mentioned, no practical reports using electrons; in Germany the photon energy is limted to a maximum of 5 MV - likely to avoid activation of the irradiated blood components, but without any explanation why the limit is 5 MV (instead of the 6 MV frequently used in accelerators for external beam radiation therapy; activation occurs only at photon energies exceeding 7 MeV).

Bestrahlungsgeräte

Bauweise :
- Geschlossene Anlage, meistens Cs-137, 20...200 TBq
- Meistens Stabquellen und rotierender Zylinder für das Bestrahlungsgut
- Bestrahlungszeit für 30 Gy zwischen 2 und 10 Minuten (neue Quelle)
Vorteile :
- Installation im Blutspendezentrum oder der anwendenden Klinik
- Ohne Zeiteinschränkung verfügbar
Nachteile :
- Hohe Anschaffungskosten
- Dosisinhomogenität

Blood Irradiators

Further English translation to follow

Typische Dosisverteilung mit einem Bestrahlungsgerät

Zur Vermeidung von Unterdosierungen werden häufig die unteren bzw. oberen Teile des Bestrahlungsvolumens durch Abstandshalter (z.B. Styropor) ausgefüllt.

 
Bestrahlung mit dem Linearbeschleuniger

Vorteile :
- Preisgünstiger bei kleinem Umsatz (keine Geräteinvestition, sofern am existierenden Beschleuniger Kapazität frei ist)
- Homogenere Dosisverteilung
Nachteile :
- Räumliche Entfernung von Blutspendedienst bzw. anwendender Klinik
- Abstimmung der Organisation mit normalem Bestrahlungsbetrieb
Indikation für St.Gallen :
- Kleiner Umsatz (ca. 40 Beutel/Woche)
- Räumliche Nähe (etwa 2 Minuten zu Fuss)
- Bestrahlung zu fixen Zeiten an 2 Tagen in der Woche (nur wenige "Notfälle")

 
Bestrahlungsanordnung beim Linearbeschleuniger

Anforderungen :
- Reproduzierbar und sicher
- Bestrahlungszeit unter 10 Minuten (für 30 Gy)
- Dosishomogenitaet besser als ± 20 %
Lösung :
- "Kästchen" : reproduzierbar, Sekundärelektronengleichgewicht
- Direkt auf Strahlerkopf (weniger als 5 Minuten für 30 Gy)
- Bestrahlung mit Verifikationssystem (korrekte Bestrahlung des Kästchens sichergestellt)
- Detektor-Streifen auf jedem Beutel (ja/nein-Aussage, dass der Beutel bestrahlt wurde)
Strahlenqualität :
6-MV-Photonen, da
- keine Aktivierung der bestrahlten Produkte
(Schwellenergien für Kernphotoeffekt über 7 MeV)
- an beiden Beschleunigern im Haus zur Verfügung

 
Das "Bestrahlungskästchen"

Material :
18 mm Tischlerplatte, laminiert
Hohlmass :
15 x 15 x 15 cm³
Fassungsvermögen :
3.4 Liter

Das Kästchen wird von zwei Seiten bestrahlt (umgedreht) und ist deswegen auf zwei Seiten mit den Buchstaben A und B markiert.

 
- Bei einem Fassungsvermögen von 3.4 Litern finden (je nach Beutelgrösse) in der Regel zwischen 7 und 12 Blutbeutel im Kästchen Platz.
- Ist eine geringere Anzahl von Beuteln zu bestrahlen, wird mit Wasserbeuteln aufgefüllt.
- Je nach Beutelgrösse bzw. Packungsart liegt die gemittelte Dichte des Bestrahlungsgutes zwischen 0.6 und 0.75 (mit Wägung bestimmt).
- Der Schlitz dient u.a. auch als Zugang für eine Ionisationskammer.
 
Für die Absolut-Dosis-Messung wurde darauf geachtet, auf dem Zentralstrahl möglichst wenig Luftblasen zu haben.

Die gemessene Dosis lag um 3% über der mit dem Planungssystem (Theraplan 400) berechneten Dosis.

 
Aufbau am Beschleuniger

- Gantrywinkel : 180°
- Kollimatoreinstellung : 40x40 cm²
- Fokus-Kästchen-Abstand : 49 cm
- Das Kästchen wird in einer modifizierten Keilfilterhalterung (Grundplatte 10 mm Plexiglas, Aufbaueffekt) positioniert.
- Winkelschienen garantieren gute Reproduzierbarkeit.

 
Dosisverteilung homogen
unter Annahme einer Dichte von 1.0 : Dosismaximum bei etwa 118 %.

Bei einer niedrigeren homogenen Dichte wird die relative Dosisverteilung kaum beeinflusst, aber die Absolutdosen steigen an :

rel. Dichte zentral maximal
0.75 105 % 123 %
0.60 108 % 126 %
 
Dosisverteilung inhomogen

Mittlere Dichte 0.75, bedingt durch waagerechten Lufteinschluss (grau unterlegt) mit Spitze zentral :
Dosisminimum : 105 %
Dosismaximum : 118 %

 
Dosisverteilung inhomogen

Mittlere Dichte 0.75, bedingt durch senkrechten Lufteinschluss (grau unterlegt) mit Spitze seitlich :
Dosisminimum : 102 %
Dosismaximum : 122 %

 
Dosisverteilung inhomogen

Mittlere Dichte 0.75, bedingt durch senkrechten Lufteinschluss (grau unterlegt) mit Spitze zentral :
Dosisminimum : 100 %
Dosismaximum : 129 %

(schlechtester Fall)

 
Dosisverteilung inhomogen

Dosisverteilung am CT-Schnitt: relatives Dosismaximum 122%

Zur Verringerung der Dosisspitzen in den Ecken wäre der Einbau von Kompensatoren möglich.

 
Dosismessungen

Messung mit Ionisationskammer :
zentral 3% über der berechneten Dosis (Lufteinschlüsse).
Messungen mit TLD :
in einem "Frontalschnitt" durch das Zentrum; TLD auf Karton fixiert (schraffiert = Styroporhalterung des Kartons).
Dosisminimum : 99 %
Dosismaximum : 111 %
(gemäss Berechnung in diesem Schnitt 110-115% erwartet).

 
Zusammenfassung von 2½ Jahren Erfahrung
  1. Die Methode ist im Rahmen der SRK-Zertifizierung des Blutspendezentrums St.Gallen anerkannt.
  2. Die Organisation klappt : nur etwa 1x/Quartal wird eine "notfallmässige" Bestrahlung am Samstag benötigt.
  3. Strahlzeit : die Blutproduktbestrahlungen machen etwa 3% unserer gesamten Beam-On-Time aus - der "Verschleiss" ist also minimal.
  4. Mit vergleichsweise geringem Zeitaufwand für die MTRA kann ca.¼ Stelle finanziert werden (Zeitaufwand für die Etablierung der Methode und Geräteinvestition nicht gerechnet).
  5. Die Kosten für den Blutspendedienst entsprechen etwa 1/15 der Amortisationskosten (Bestrahlungsgerät über 30 Jahre), beinhaltet alle Wartungs-/Qualitätssicherungsmassnahmen - und schliesst das Risiko einer Fehlinvestition aus, falls die Bestrahlung vor Ablauf der 30 Jahre nicht mehr Methode der Wahl sein sollte.
 

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