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Introduction: Increasing the imaging demand in the dental field has lead to a dramatic increase in the number of CBCT machines in the U.S. market with a variety of new models and features, as well as different radiation exposures. These differences in exposure among the different CBCT machines and the potential for radiation accumulation over a life time are major concerns for aiming for a reduction in patients’ radiation exposure. Most of the studies have aimed to measure the radiation dose in different CBCT units with different field of views. Up to date, few studies have aimed to measure the radiation dose in different CBCT devices with similar fields of view. The aim of the study was to compare the dosimetry levels with relatively small FOV in different scan protocols in two CBCT units. Materials and methods: A 16-cm diameter PMMA phantom with 10-cm pencil ionization chamber were used to measure the radiation exposure from two CBCT devices: i-CAT FLX and CS9000. A smallest FOV in both CBCT (8 x 8 cm in the i-CAT FLX and 5 x 3.7 cm in the CS9000) was selected at different scan protocols. The scan settings included in the i-CAT FLX HD (120 kVp; 5 mA; 7.4 sec; 0.125, 0.250, 0.200 mm voxel sizes; 360° rotation) Quick HD (120 kVp; 5 mA; 4.1 sec; 0.200, 0.250 mm voxel sizes; 180° rotation), Quick+ (90 kVp; 3 mA; 2 sec; 0.300, 0.400 mm voxel sizes; 180° rotation) , Quick (120 kVp; 5 mA; 2 sec; 0.300, 0.400 mm voxel sizes; 180° rotation), and standard scans (120 kVp; 5 mA; 3.7 sec; 0.300, 0.400 mm voxel sizes; 360° rotation). In the CS9000 scan settings included voxel sizes (CS9000: 0.076 mm, 0.100 mm, and 0.200 mm), 80 kVp, 10 mA, 10.8 sec, and 360° rotation. The phantom was exposed three times at the same position to calculate the average measurement of dose by the ionization chamber. All the radiation exposure doses were read by one examiner. Results: The radiation exposure of the phantom slots in different resolutions and scan protocols in the both CBCT units ranged from 4.31 to 60.73 mR. There were statistically significant differences in radiation value between i-CAT FLX and CS9000 due to voxel size (P < 0.001). Each voxel size was significantly different from the other in both scanners, except between CS9000 0.076 and HD 0.125; CS9000 0.200 and HD 0.125; and CS9000 0.100 and HD 0.200. Also, there were no statistically significant differences between the voxel size within the same scan protocols in the i-CAT FLX, especially the Quick HD, Quick+, Quick, and Standard scans. Conclusion: The selection of x-ray parameters (mainly scan time), voxel size, and rotation angle have a significant radiation expsoure reduction in both the i-CAT FLX and CS9000 units and hence should be appropriately selected to minimize the radiation dose.

Lack of accurate data for epidemiological studies of low dose radiation effects necessitates development of dosimetric models allowing prediction of cancer risks for different organs. The objective of this work is to develop a model of the radiation response of human bronchiolar tissue with single cell resolution. The computer model describes epithelial tissue as an ensemble of individual cells, with the geometry of a human bronchiole and the properties of different cell types are taken into account. The model simulates the tissue kinetics and radiation exposure in four dimensions: three spatial dimensions and a temporal dimension. The bronchiole is modeled as a regular hollow cylinder with the epithelial cells of three different types (basal, secretory, and ciliated) lining its interior. For the purposes of assessment of radiation damage to the cells only the nuclei of the cells have been modeled. Subroutines describing cellular kinetics have been developed to simulate cell turnover in a normal epithelial tissue. Monte Carlo subroutines have been developed to simulate exposure to alpha particles; the GEANT4 toolkit has been used to simulate exposure to low LET radiation. Each hit cell is provided with a record of energy deposition, and this record is passed to the progeny if the cell survives. The model output provides data on the number of basal progenitor cells in different phases of a cell life-cycle and secretory to ciliated cell ratio after several generations of cell proliferation. The model calculates labeling and mitotic indices and estimates the average cell turnover time for the bronchiolar tissue. Microdosimetric calculations are performed for cells traversed by ionizing particles. The model will be used to assess the accumulation of damage in cells due to protracted low level radiation exposure. The model output may provide directions for the future experimental design.

Die verbesserte Prognose der Patienten mit akutem Herzinfarkt durch den Einsatz des Herzkatheters (HK) und den damit verbundenen Möglichkeiten der schnellen Revaskularisierung gilt heute als unumstritten. Nicht nur in der Notfallmedizin, sondern ganz besonders in der Diagnostik der koronaren Herzkrankheit (KHK) gilt die Herzkatheteruntersuchung (HKU) als Goldstandard. Bei steigenden Untersuchungszahlen dürfen die Risiken der effektiven Strahlenbelastung dieser apparativen radiologischen Untersuchungsform für den Patienten nicht vernachlässigt werden. Aufgrund der bisher mangelnden Angaben zur Strahlenbelastung bei Herzkatheteruntersuchungen war das Ziel der Studie die prospektive Erfassung der Durchleuchtungszeit, des Flächendosisproduktes und der effektiven Strahlendosis an einer großen Kohorte von Patienten, welche sich zwischen 01/2006 und 01/2009 einer Herzkatheteruntersuchung unterzogen hat. Zusätzliche Aufgabe war es mögliche Einflussfaktoren herauszuarbeiten und ihre Auswirkung auf die Strahlenbelastung mit einzubeziehen und zu diskutieren. Es wurden im Zeitraum von 1/2006 bis 1/2009 n = 32.153 durchgeführte Herzkatheteruntersuchungen erfasst und die Fluoroskopiezeiten und Strahlenbelastungen ermittelt. Die Herzkatheteruntersuchungen wurden in Abhängigkeit des Ziels der Untersuchung in diagnostische, therapeutische und kombinierte Untersuchungen unterteilt. Erfasst wurden die Patienten, die sich in diesem Zeitraum einer Herzkatheteruntersuchung unterzogen haben. Weitere patientenbezogene Daten wie das Geschlecht, Alter, Körpergröße und das Gewicht wurden in die Studie mit eingeschlossen. Des Weiteren wurden die durchgeführte Herzkatheteruntersuchung oder Intervention, das jeweilige Herzkatheterlabor sowie der Untersucher selbst erfasst. Bezüglich der verschiedenen Untersuchungen wurden insgesamt vier Hauptgruppen gebildet. Hierbei zeigte sich, dass diagnostische Herzkatheter signifikant weniger Strahlung benötigen, als therapeutische und kombinierte Interventionen. Zusätzlich von besonderem Interesse waren der Einfluss des Zugangsweges, des Untersuchers sowie der Vergleich unterschiedlichster Untersuchungsarten. Beim Vergleich der Zugangswege konnte aufgezeigt werden, dass der femorale Zugangsweg dem radialen bei rein diagnostischen Herzkatheteruntersuchungen in Bezug auf die primären Endpunkte signifikant überlegen ist. Bei therapeutischen und kombinierten Untersuchungen tritt der Unterschied jedoch in den Hintergrund. Bei der Analyse der Untersucher konnte aufgezeigt werden, dass in den ersten zwei Jahren die erfahrenen Kardiologen signifikant weniger Strahlung verbrauchen, als Unerfahrenere.

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Die orale Mukositis ist eine der häufigsten und schwerwiegendsten frühen Nebenwirkungen nach einer Ganzkörperbestrahlung im Rahmen der Therapie hämatologischer Tumoren sowie nach einer Strahlenexposition im Kopf-Hals-Bereich. Es existieren zahlreiche experimentelle und klinische Ansätze zur Prophylaxe und Therapie dieser Strahlenfolge, aus denen jedoch bisher kein allgemein anwendbares Behandlungsschema ableitbar ist. Für Keratinozyten-Wachstumsfaktor (KGF) werden in präklinischen und klinischen Untersuchungen mukoprotektive Effekte nachgewiesen. Er ist als rekombinante humane Form (∆23-rHuKGF) mit der Wirkstoffbezeichnung Palifermin unter dem Markennamen Kepivance® für die Anwendung beim Menschen zur Prophylaxe der oralen Mukositis im Rahmen der Konditionierungsbehandlung bei Knochenmarktransplantationen zugelassen. Die Applikation von Palifermin erfolgt dabei intravenös in einer Dosierung von 60 g/kg an drei aufeinander folgenden Tagen vor und nach der Konditionierungstherapie. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, zu prüfen, ob eine Reduktion der Anzahl der Palifermin-Applikationen vor und/oder nach der Konditionierungstherapie möglich ist. Zusätzlich sollen histologische Untersuchungen Hinweise zum Mechanismus der Paliferminwirkung geben. Die Untersuchungen erfolgen am etablierten Modell des Epithels der Zungenunterseite von C3H/Neu-Mäusen. Eine Einzeitbestrahlung der Zunge simuliert die Konditionierungsbehandlung. Gestaffelte Strahlendosen werden zur Auslösung einer Ulzeration verwendet, um komplette Dosis-Effekt-Kurven zu generieren. Primärer Endpunkt ist die Induktion einer ulzerativen Mukositis in Abhängigkeit von der Strahlendosis. Latenzzeit und Ulkusdauer beschreiben den zeitlichen Verlauf der Veränderungen. Die beim Menschen zugelassene Anwendung von Palifermin wird auf das Mausmodell übertragen (Standardanwendung), wobei Palifermin in einer Dosierung von 5 mg/kg an drei aufeinander folgenden Tagen vor und nach der Einzeitbestrahlung (Tag -3,-2,-1,+1,+2,+3) subkutan appliziert wird. Die Palifermin-Applikation wird vor der Bestrahlung auf zwei Gaben (Tag -3,-2,+1,+2+3, Tag -2,-1,+1,+2,+3) bzw. eine Gabe (Tag -3,+1,+2,+3, Tag -2,+1,+2,+3, Tag -1,+1,+2,+3) oder nach der Bestrahlung auf zwei (Tag – 3,-2,-1,+1,+2, Tag -3,-2,-1,+2,+3) bzw. eine Applikation (Tag -3,-2,-1,+1, Tag -3,-2,-1,+2, Tag -3,-2,-1,+3) reduziert. Die Palifermin-Dosierung beträgt bei mehr als einer Applikation 5 mg/kg s.c. täglich, bei einer einmaligen Anwendung 15 mg/kg s.c.. Histologische Untersuchungen der Mukosa erfolgen bei Standardanwendung von Palifermin sowie bei Applikation nur an drei Tagen vor oder nach der Einzeitbestrahlung. Nach alleiniger Einzeitbestrahlung treten ulzerative Läsionen mit einer ED50 von 11,0  1,3 Gy (Dosis, bei der bei 50 % der Tiere eine ulzerative Läsion im Zungenepithel erwartet wird) nach durchschnittlich 10,0  0,7 Tagen (Latenzzeit) für 3,4  1,0 Tage (Ulkusdauer) auf. Erhalten die Mäuse Palifermin im Standardprotokoll, so ist die Strahlentoleranz des Zungenepithels im Vergleich zur alleinigen Bestrahlung erhöht (ED50=21,9  2,2 Gy, DMF=2,0). Eine signifikant stärkere Wirkung wird erzielt, wenn Palifermin nach der Einzeitbestrahlung nur ein- oder zweimal appliziert (ED50=31,5  5,1 Gy und 28,9  3,8 Gy) oder wenn vor und nach der Einzeitbestrahlung der Wirkstoff nur einmal verabreicht wird (ED50=31,1  3,8 Gy). Die ulzerativen Reaktionen treten dabei später auf und sind von kürzerer Dauer, insbesondere wenn die Palifermin-Gabe unmittelbar nach der Einzeitbestrahlung erfolgt. Die Reduktion der Palifermin-Anwendung vor der Einzeitbestrahlung auf eine oder zwei Applikationen ist in ihrer Wirkung mit der Standardanwendung vergleichbar. Nach einer alleinigen Einzeitbestrahlung mit 13 Gy verringern sich Zellzahl (Minimalwert Tag 6 - 8, 73-74 %) und Dicke (Minimalwert Tag 4, 72 %) des Epithels, das Zellvolumen nimmt zu (Maximalwert Tag 8, 239 %). Palifermin erhöht nach dreitägiger Applikation vor der Bestrahlung die Zellzahl (184 %), die Epitheldicke (215 %) und vergrößert das Zellvolumen (152 %). Wird Palifermin zusätzlich an drei Tagen nach der Bestrahlung appliziert (Standardanwendung), erfolgt die Abnahme der epithelialen Zelldichte verzögert (Minimalwert Tag 7, 36 %). Die Epitheldicke nimmt bis Tag 3 weiter zu (286 %). Die vorliegenden Untersuchungen am Modell der Zungenseite der Maus zeigen, dass die mukoprotektive Wirkung von Palifermin im Vergleich zu klinisch üblichen Standardanwendung erhöht werden kann, wenn der Wirkstoff vor und nach der Bestrahlung nur einmal gegeben wird oder die Applikationen nach der Bestrahlung reduziert werden.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第22337号 / 医博第4578号 / 新制||医||1041(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 佐藤 俊哉, 教授 福原 俊一, 教授 鈴木 実 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Die verbesserte Prognose der Patienten mit akutem Herzinfarkt durch den Einsatz des Herzkatheters (HK) und den damit verbundenen Möglichkeiten der schnellen Revaskularisierung gilt heute als unumstritten. Nicht nur in der Notfallmedizin, sondern ganz besonders in der Diagnostik der koronaren Herzkrankheit (KHK) gilt die Herzkatheteruntersuchung (HKU) als Goldstandard. Bei steigenden Untersuchungszahlen dürfen die Risiken der effektiven Strahlenbelastung dieser apparativen radiologischen Untersuchungsform für den Patienten nicht vernachlässigt werden. Aufgrund der bisher mangelnden Angaben zur Strahlenbelastung bei Herzkatheteruntersuchungen war das Ziel der Studie die prospektive Erfassung der Durchleuchtungszeit, des Flächendosisproduktes und der effektiven Strahlendosis an einer großen Kohorte von Patienten, welche sich zwischen 01/2006 und 01/2009 einer Herzkatheteruntersuchung unterzogen hat. Zusätzliche Aufgabe war es mögliche Einflussfaktoren herauszuarbeiten und ihre Auswirkung auf die Strahlenbelastung mit einzubeziehen und zu diskutieren. Es wurden im Zeitraum von 1/2006 bis 1/2009 n = 32.153 durchgeführte Herzkatheteruntersuchungen erfasst und die Fluoroskopiezeiten und Strahlenbelastungen ermittelt. Die Herzkatheteruntersuchungen wurden in Abhängigkeit des Ziels der Untersuchung in diagnostische, therapeutische und kombinierte Untersuchungen unterteilt. Erfasst wurden die Patienten, die sich in diesem Zeitraum einer Herzkatheteruntersuchung unterzogen haben. Weitere patientenbezogene Daten wie das Geschlecht, Alter, Körpergröße und das Gewicht wurden in die Studie mit eingeschlossen. Des Weiteren wurden die durchgeführte Herzkatheteruntersuchung oder Intervention, das jeweilige Herzkatheterlabor sowie der Untersucher selbst erfasst. Bezüglich der verschiedenen Untersuchungen wurden insgesamt vier Hauptgruppen gebildet. Hierbei zeigte sich, dass diagnostische Herzkatheter signifikant weniger Strahlung benötigen, als therapeutische und kombinierte Interventionen. Zusätzlich von besonderem Interesse waren der Einfluss des Zugangsweges, des Untersuchers sowie der Vergleich unterschiedlichster Untersuchungsarten. Beim Vergleich der Zugangswege konnte aufgezeigt werden, dass der femorale Zugangsweg dem radialen bei rein diagnostischen Herzkatheteruntersuchungen in Bezug auf die primären Endpunkte signifikant überlegen ist. Bei therapeutischen und kombinierten Untersuchungen tritt der Unterschied jedoch in den Hintergrund. Bei der Analyse der Untersucher konnte aufgezeigt werden, dass in den ersten zwei Jahren die erfahrenen Kardiologen signifikant weniger Strahlung verbrauchen, als Unerfahrenere.

Estima-se que o número de exames diagnósticos em Medicina Nuclear cresça a uma taxa de 5% ao ano, ocasionando aumento das exposições de pacientes, familiares e meio ambiente às radiações ionizantes. O intuito dos guias de referência em exames diagnósticos (DRL) é a padronização das técnicas e a diminuição das exposições ao mínimo possível e estritamente necessárias para a realização do exame médico, todavia, a área de Medicina Nuclear brasileira não possui este tipo de guia, favorecendo o descontrole das exposições e incremento de riscos associados. O principal objetivo deste estudo foi a elaboração de um DRL para a área de Medicina Nuclear com base nos tipos de exames, atividades administradas, técnicas adotadas e parque de equipamentos disponíveis no país. Formulários foram enviados para todos os Serviços de Medicina Nuclear do Brasil - SMNs (~430) visando obter essas informações, bem como os tipos de ajustes das atividades de acordo com a idade e o peso corpóreo dos pacientes. Os dados foram analisados e como proposta de DRL, considerou-se o valor do percentil 75 (P75) da atividade máxima administrada em cada exame. Um total de 107 SMNs, representando 14 estados brasileiros e o Distrito Federal, responderam ao questionário. Dos 64 diferentes procedimentos diagnósticos analisados, as cintilografias óssea, renal e paratireoide são disponibilizadas em mais de 85% de todos os SMNs analisados. As atividades administradas para um mesmo tipo de exame apresentaram uma alta taxa de dispersão, alcançando diferenças superiores a 20 vezes entre o menor e maior valor praticado. Exames diagnósticos envolvendo os radioisótopos 67Ga, 201Tl e 131I foram observados como os geradores de maior dose de radiação aos pacientes. O ajuste das atividades para pacientes pediátricos tem levado em consideração a regra de Webster, regra de três simples e ajustes empíricos de acordo com o peso corpóreo dos pacientes. Com a aplicação dos valores de atividade propostos como DRL na rotina clínica, pode-se alcançar uma redução mínima de 15%, máxima de 95% e média de 50% em relação às atividades atualmente aplicadas. Ao todo, foram encontrados 189 equipamentos de imagem em funcionamento, sendo principalmente de quatro fabricantes diferentes (Elscint, GE, Philips e Siemens). A variabilidade das atividades administradas para um mesmo tipo de exame, respeitando as diferenças tecnológicas, pode refletir a falta de controle das exposições à radiação e a inexistência de um guia de referência nacional para a área de Medicina Nuclear, assim como também exemplificar a diversidade de protocolos de imagem praticados no país. A adoção de um DRL para a área de Medicina Nuclear poderia contribuir consideravelmente para o controle das exposições e padronização da técnica, ofertando à população exames de alta tecnologia e de riscos controlados / It has been estimated that the number of diagnostic procedures in Nuclear Medicine has shown an annual growth rate of 5%, and consequently increasing the ionizing radiation exposition of patients, family and environment. The aim of diagnostic reference levels (DRL) is the standardization of techniques and decrease expositions to as low as possible and just compatible with the diagnostic exam under study. However, Brazilian Nuclear Medicine does not have those references, causing a decontrol of expositions and increasing the associated risks. The main objective of this study was the DRL development to Nuclear Medicine on the basis of diagnostic procedures, administered activities, adopted techniques, and the available equipments in the country. Forms were sent to all the Brazilian Nuclear Medicine Services -NMS (~430) aiming to obtain those information, as well as the rules applied to adjust the administered activities according to patient\'s age and body mass. All data were analyzed, and the percentile 75 (P75) of the maximum activity applied in each diagnostic exam was considered as the DRL. A total of 107 NMS have answered the form, representing 14 Brazilian states and Federal District. From the 64 diagnostic procedures studied, bone, kidney and parathyroid scintigraphy were found to be used in more than 85% of all the NMS analyzed. There was a large disparity among the activities administered, when applying the same procedure, reaching, in some cases, more than 20 times between the lowest and highest. Diagnostic exams based on 67Ga, 201Tl, and 131I radioisotopes proved to be de major exams administering radiation doses to patients. The activities adjustment to pediatric patients has used different rules, including Webster rule, rule of three and empirical adjustments according to the patient\'s body weight. On introducing the DRL activity values into clinical routine, the minimum reduction in radiation doses received by patients was about 15%, the maximum was 95%, and the average was 50% compared with the previously reported administered activities. There were found 189 image equipments working, with mainly 4 different brands (Elscint, GE, Philips e Siemens). The variability in the administered activities to the same diagnostic procedure, respecting the existing differences in technology, may reflect the lack of radiation exposition control and the non-existence of a national reference guide to Nuclear Medicine, as well as exemplify the variability in the image protocols practiced in the country. The establishment of DRL to a Nuclear Medicine could considerably contribute toward the control and reduction of radiation exposure, thereby offering to the public high-technology exams with controlled risks

A novel design for an automated uranium pellet stacking system is presented. This system is designed to replace the manual method for stacking uranium pellets for CANDU fuel bundles that is currently used at Cameco Fuel Manufacturing in Port Hope, ON. The system presented is designed as a drop-in solution to the current production line at Cameco. As a result, there are constraints that prevent certain parameters from modification. The three main goals of this system are to reduce worker exposure to radiation to as low as reasonably achievable, improve product quality, and increase the productivity of the production line. The proposed system will remove the workers from a position of having to handle the uranium pellets and physically place them on the stacks. While the natural uranium currently in production is not a major health risk for short-term exposure, the possibility of production of slightly enriched uranium bundles makes this system a real need. This system also removes the random pellet placement that the manual system uses by taking precise measurements using laser triangulation sensors. These measurements are used to determine which sizes of end pellets are required to complete the stack to within the specified tolerances. A final measurement is done to ensure the stack is within tolerance. All of this information is recorded and can be traced back to the stacks during quality inspection, which is a major improvement over the existing system. This single automated system will replace two manual stations, while increasing the total output production, thus eliminating pellet stacking as a bottleneck in the fuel bundle assembly process. Current production rates can be met by this single, automated station in two shifts per day, while the current manual process requires three shifts using two stations. Test results of a proof-of-concept prototype indicate that the proposed design meets or exceeds all of the design requirements.