Prostatakrebs ist die am häufigsten neu diagnostizierte Krebserkrankung bei Männern weltweit. Die Strahlentherapie stellt für viele Stadien dieser Erkrankung eine wichtige kurative Therapieoption dar. Die Rolle von TGFB1 als wichtiger Mediator der Strahlenreaktion von Normalgewebe wurde in verschiedenen Publikationen beschrieben. Die vorliegende Arbeit untersuchte nun mögliche Einflüsse von Varianten des TGFB1-Gens auf Epidemiologie und therapieassoziierte Toxizität einer Radiotherapie bei Patienten mit Prostatakarzinom. 509 Prostatakarzinompatienten stellten sich zwischen März 2001 und September 2010 in der Abteilung für Strahlentherapie und Radioonkologe der Universitätsmedizin Göttingen vor. Studienendpunkte waren das Auftreten von therapieassoziierter Akut- (CTC) sowie Spättoxizität (LENT/SOMA) unter Berücksichtigung von TGFB1-Genvarianten und deren Einfluss auf eine Prädisposition zur Erkrankung. Gewertet wurde jeweils der höchste Grad an akuten und späten Nebenwirkungen in Form von Zystitis oder Proktitis. Als starke Nebenwirkung wurde Toxizität ≥ Grad 2 (deutliche Beeinträchtigung der Lebensqualität) definiert. Es wurden nach Datenbank- und Literaturrecherche und auf Grund von Vorbefunden zehn Polymorphismen (SNPs, single nucleotide polymorphisms) ausgewählt, welche die genetische Variabilität im Bereich von TGFB1 repräsentieren. Aus peripher-venösem Vollblut der Patienten wurde DNA extrahiert. Durch Polymerasekettenreaktion (PCR, polymerase chain reaction) erfolgte eine Vervielfältigung der entsprechenden DNA-Abschnitte, dann folgte die Gensequenzierung. Primäre Zielgröße der Arbeit war es, einen möglichen Einfluss der SNPs auf radiotherapieassoziierte Toxizität zu prüfen. Dies geschah an einer selektierten Kohorte (n = 241, primäre Radiatio mit ∑64 – 72 Gy). Akuttoxizität konnte für 100 %, Spättoxizität für 91 % (n = 217) der selektierten Kohorte evaluiert werden. Akuttoxizität ≥ Grad 2 manifestierte sich bei 24,4 % (19,1 % Proktitis, 8,1 % Zystitis), Spättoxizität ≥ Grad 2 bei 17,0 % (13,0 % Proktitis, 5,4 % Zystitis) der Patienten. Die Genotypisierung war in 97,5 % der geprüften Allele möglich. 10 % der Proben (n = 46, unselektierte Kohorte) wurden als interne Kontrolle bestätigt. Bei Trägern des Genotyps Pro25 von rs1800471 („Arg25Pro“) war das Risiko einer Spättoxizität signifikant erhöht: 10,6 % der Pro25-Träger zeigten Akuttoxizität, 23,7 % Spättoxizität (p = 0,033 nach χ²-Test, RR = 2,23, 95 %-CI 1,10 – 4,55). Der SNP rs10417924 zeigte bei Trägern des A-Allels unter Annahme eines dominanten Alleleffekts einen schützenden Effekt bezüglich der Entwicklung von Spättoxiziät (RR = 0,50, 0,20 – 0,90, p = 0,02 nach zweiseitigem Fisher’s exaktem Test). SNP rs1800470 („Leu10Pro“) zeigte für Träger der Pro10-Variante niedrigere Raten an Akuttoxizität (RR = 0,72, 0,52-1,01, p = 0,03). Subanalysen konnten die Effekte von Arg25Pro insbesondere für das Risiko einer späten Zystitis nachweisen (p = 0,05), rs10417924 bezog sich auf die späte (p = 0,01), Leu10Pro auf die akute Proktitis (p = 0,04, jeweils zweiseitig getestet). Sekundäre Zielgröße der Arbeit war die Testung der SNPs auf einen möglichen Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit, an Prostatakrebs zu erkranken. Dies wurde Mithilfe eines gesunden Kontrollkollektivs (n = 257) geprüft. Es zeigte sich ein Trend für eine Assoziation von rs7254679 mit dem Erkrankungsrisiko. Unter erneuter Annahme eines dominanten Alleleffekts zeigte dieser SNP außerdem eine Assoziation mit dem Vorliegen von Zweitkarzinomen (RR = 2,16, 1,45 – 3,21, p = 0,001 im Vergleich mit der Gesamtkohorte der Gesunden). Wir berichten von einem SNP (Arg25Pro) im TGFB1-Gen, dessen Genotyp Pro25 in der von uns untersuchten Patientenkohorte mit einer signifikant höheren Spättoxizität im Bereich der Harnblase nach Radiotherapie des Prostatakarzinoms assoziiert ist. Der SNP Leu10Pro zeigte einen schützenden Effekt bezüglich der Entwicklung von akuter Proktitis sowie der SNP rs10417924 vor später Proktitis. Eine von unserer Abteilung veröffentlichte Studie an 163 Rektumkarzinompatienten, welche radiochemotherapiert wurden, konnte Arg25Pro bereits als potentiellen prädiktiven Marker für strahlentherapieassoziierte Akuttoxizität identifizieren. Diese Ergebnisse werden von der vorliegenden Arbeit unterstützt. Zur Validierung der von uns berichteten Ergebnisse sind jedoch weitere Studien erforderlich, um die Rolle der TGFB1-SNPs in der Normalgewebsreaktion auf Bestrahlung aufzuklären.

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Neuartige Kontraste in der Magnetresonanz-Bildgebung wie Diffusionswichtung (DW) oder Magnetisierungstransfer (MT) finden zunehmend Verwendung in der klinischen Diagnostik. Während bei der DW der Kontrast durch unterschiedliche Diffusionseigenschaften von Wassermolekülen in Gewebe verursacht wird, wird der MT-Kontrast durch unterschiedliche Anteile an gebundenen und freien Protonen im Gewebe beeinflusst. Der MT basiert auf einer selektiven Sättigung der an Makromolekülen gebundenen Protonen und dem anschließenden Transfer dieser Sättigung der Magnetisierung auf freie Protonen. Dieser Austausch führt zu einem Abfall der Signalsättigung von freien Protonen. Diese Methode besitzt das Potential, Rückschlüsse auf spezifische mikrostrukturelle Veränderung im Gewebe zu ziehen. In der vorliegenden Pilotstudie wurde ein neuer Parameter zur Beschreibung des MT-Kontrastes - die MT-Sättigung - auf ihr Potential untersucht,  Gewebeveränderungen in einem Teil der Basalganglien bei der sporadischen Creutzfeldt-Jakob-Erkrankung (sCJK) zu detektieren. Typische mikrostrukturelle Gewebeveränderungen bei der sCJK beinhalten die Ablagerungen pathologischer Prion-Proteine, spongiformen Umbau des Neuropils sowie astrozytäre Gliose und Nervenzellverlust. Anonymisierte klinisch-diagnostische MRT-Bilddaten (3D-FLASH, DWI) von 5 Patienten mit definitiver oder wahrscheinlicher sCJD wurden retrospektiv untersucht und mit denen altersangepasster gesunder Kontrollen verglichen. Mittels einer ROI-Analyse auf den MT-Karten wurden neben dem Caput des Ncl. caudatus, dem Putamen und dem Pulvinar auch MT-Werte in der Amygdala bestimmt. Im Gegensatz zum Pulvinar und zur Amygdala konnten mit dieser Methode im Ncl. caudatus und im Putamen Veränderungen aufgezeigt werden. Hier wurden im Vergleich zu einer gesunden Kontrollkohorte in beiden Strukturen signifikant niedrigere MT-Werte bei sCJK-Patienten gefunden. Eine Regressionsanalyse gegen die DW-MRT, dem etablierten diagnostischen Kriterium, ergab eine signifikante positive Korrelation von MT und mittlerer Diffusivität (MD), die auf einen Zusammenhang von erhöhten Diffusionsbarrieren und erhöhtem Wassergehalt schließen lässt. Diese Korrelation könnte auf mikrozystische Veränderungen im Neuropil zurückzuführen sein. Eine inverse Korrelation im Pulvinar sowohl in der erkrankten als auch in der gesunden Kohorte deutet dagegen auf inhärent strukturelle Barrieren hin, die die Diffusion dominierend einschränken. Die MT-Sättigung hat somit das Potential, als diagnostisches Kriterium bei der sCJK eingesetzt zu werden. Der Informationsgewinn kann hierdurch gesteigert werden, indem verschiedene quantitative MR-Techniken miteinander kombiniert werden.

Abstract Schlick, Christoph Struktur und Dimension des oropharyngealen Luftweges im Digitalen Volumentomographen (DVT) Fragestellung. Auf der Basis vorhandener DVT-Datensätze sollte der Luftweg im Bereich des orofazialen Systems vermessen werden. Die dabei gemessenen Parameter dienten der Erstellung von Normwerten in horizontaler Körperposition mit Schwerpunkt der Ermittlung geschlechtsspezifischer Unterschiede. Des Weiteren sollten die Zusammenhänge anatomischer Faktoren des aufsteigenden Unterkieferastes und der Luftwegsdimension dargestellt werden. Methodik. Die Bestimmung des oberen Luftweges wurde an 129 Patienten (65 Frauen und 64 Männer), im Alter zwischen 30 und 68 Jahren, mittels des Digitalen Volumentomographen NewTom QR-DVT 9000© vorgenommen. Dabei mussten die anatomischen Strukturen von der Nasallinie bis zum Hyoid abgebildet sein. Im Rahmen der Untersuchung wurden unteranderen folgende Parameter bestimmt: die Hartgaumenlänge, die Weichgaumenlänge und Weichgaumenbreite, die Länge des kollapsfähigen Segments, der Abstand von Hyoid zur Nasallinie, die sagittalen Dimension auf Höhe des Inzisialpunktes (MPW), auf Höhe des dorsalsten Punktes der Zunge (TPW) und auf Höhe der Vallecula glossoepiglottica (LPW), sowie die Neigung des Unterkieferastes zur mediosagittalen Ebene (Winkel α und Winkel β). Resultate: Bei Messungen in der mediosagittalen Ebene wurden signifikante Unterschiede zwischen den Geschlechtern festgestellt: bei der Hartgaumenlänge, bei der Weichgaumenlänge und Weichgaumenbreite, die Länge des kollapsfähigen Segments und beim Abstand von Hyoid zur Nasallinie. Auch bei den Luftwegsdimensionen gab es signifikante Unterschiede und zwar in der sagittalen Dimension auf Höhe des Inzisialpunktes, auf Höhe des dorsalsten Punktes der Zunge und auf Höhe der Vallecula glossoepiglottica. Auch bei den Querschnittsflächen konnte signifikante Unterschiede festgestellt werden: auf Höhe des Inzisialpunktes, auf Höhe des dorsalsten Punktes der Zunge und auf Höhe der Vallecula glossoepiglottica. Keine signifikante Unterschiede konnte in den transversalen Durchmessern, beim Luftquerschnitt auf Höhe des Isthmus und bei der Neigung des Unterkieferastes zur mediosagittalen Ebene (Winkel α und Winkel β) festgestellt werden. Schlussfolgerung. Insgesamt konnte man feststellen, dass es zahlreiche anatomische Unterschiede in Bezug auf den oberen Luftweg zwischen den beiden Geschlechtern gibt. Der hohe Frauenanteil ermöglichte eine höhere Aussagekraft in Bezug auf den Geschlechtervergleich. Die wichtigsten signifikanten Unterschiede waren vor allem Weichgaumenlänge und- breite, die Länge des kollapsfähigen Segments, der Abstand von Hyoid und Nasallinie, Querschnitte und sagittale Ausdehnung des Luftweges auf Höhe der dorsalsten Stelle der Zunge und auf Höhe der Vallecula glossoepiglottica. Hier waren die Ergebnisse bei den Männern deutlich größer. Dagegen war der Luftweg auf Höhe des Inzisialpunktes bei den Frauen größer. Auch die Rolle der Körperposition muss bei der Auswertung miteinbezogen werden. Die Körperposition scheint nur im Bereich hinter dem Velum einen Einfluss auf die Luftwegsdimension zu haben. In liegender Position scheinen die Luftwegsquerschnitte deutlich kleiner zu sein als in aufrechter. Das NewTom QR-DVT 9000© liefert wertvolle Informationen über die Luftwegsdimensionen in horizontaler Lage.

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Radioaktivität ist ein natürlicher Bestandteil unserer Lebenswelt. Dennoch erzeugt der Begriff „Radioaktivität“ bei vielen Menschen Unbehagen. Die von radioaktiven Stoffen ausgesandte Strahlung wird oft als bedrohlich empfunden, unabhängig davon, wie stark sie ist und woher sie stammt. Dabei vergessen wir oft, dass jeder Mensch auf der Erde auf natürliche Weise stets und überall radioaktiver Strahlung oder besser „ionisierender Strahlung“ ausgesetzt ist. Die natürlichen Strahlenquellen existieren unabhängig vom Menschen seit der Entstehung der Erde und verursachen die so genannte natürliche Strahlenexposition* des Menschen. Daneben hat sich der Mensch mit der Entwicklung von Industrie Forschung seit dem letzten Jahrhundert in zunehmendem Maße radioaktive Stoffe und die von ihnen ausgesandte ionisierende Strahlung nutzbar gemacht. Damit wurde den natürlichen Strahlenquellen eine Reihe künstlicher Strahlenquellen hinzugefügt, die die Ursache der zivilisationsbedingten Strahlenexposition darstellen. Der heutige Mensch ist im Verlaufe seines Lebens also beiden Expositionsarten ausgesetzt. Diese Broschüre soll vor allem die Frage nach dem Wesen und dem Verhältnis der beiden Expositionsarten zueinander beantworten. Redaktionsschluss: 30.09.2014

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Durch die Einführung von Synchrozyklotronen und Laser-Teilchenbeschleunigern, entwickelt mit dem Ziel günstigere und kompaktere Protonentherapieanlagen bereitzustellen, werden stark gepulste Strahlenfelder möglicherweise Anwendung in der Teletherapie finden. Darüber hinaus bergen stark gepulste Strahlenfelder das Potential klinischer Vorteile durch eine bessere Schonung gesunden Gewebes oder die verbesserte Behandlung bewegter Tumore. Allerdings ergeben sich neue Herausforderungen im Bereich der Dosimetrie, der Grundlage für eine präzise therapeutische Anwendung ionisierender Strahlung. Diese Herausforderungen betreffen sowohl den Bereich der klinischen Dosimetrie für die unmittelbare Strahlenanwendung als auch die Strahlenschutzdosimetrie zum Schutz von Umwelt und Personal. Luftgefüllte Ionisationskammern, die primären Messinstrumente der klinischen Dosimetrie, sind von einem zunehmenden Signalverlust aufgrund von Volumenrekombination betroffen, da stark gepulste Strahlenfelder eine hohe Ionisationsdichte innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums erzeugen. Beschreibungen für diese Effekte sind zwar gut etabliert für die moderat gepulsten Felder im gegenwärtigen klinischen Einsatz (Boags Theorie), allerdings sind die dafür nötigen Näherung höchst wahrscheinlich unzureichend für die stark gepulsten Strahlenfelder zukünftiger Beschleuniger. Ferner sind Dosisleistungsmessgeräte, welche im Strahlenschutz als fest installierte oder mobile Überwachungsdosimeter eingesetzt werden, nur für kontinuierliche Strahlenfelder geprüft und bauartzugelassen, was Zweifel an ihrer Eignung für die Messung gepulster Felder eröffnet. In dieser Arbeit wurden beide Bereiche der Dosimetrie, sowohl Strahlenschutz als auch klinische Dosimetrie, untersucht, um die medizinische Anwendung stark gepulster Strahlung zu ermöglichen. Für ein möglichst umfassendes Verständnis wurden dabei experimentelle Untersuchungen mit theoretischen Überlegungen und Entwicklungen verzahnt. Mit dem ELBE-Forschungsbeschleuniger wurde ein gepulster 20 MeV Elektronenstrahl und somit ein gepulstes Strahlungsfeld erzeugt, welches eine systematische Untersuchung in einem großen Bereich in Bezug auf Pulsdosis und Pulsdauer erlaubte. Ionisationskammern für den klinischen Einsatz wurden mit diesem Elektronenstrahl direkt bestrahlt und ein Faraday-Becher diente als unabhängige Referenzmessung. Dosisleistungsmessgeräte hingegen wurden im, durch den Elektronenstrahl im Faraday-Becher erzeugten, Bremsstrahlungsfeld bestrahlt. Dabei fungierte die Ionisationskammer vor dem Faraday-Becher als Strahlmonitor und diente zur Bestimmung der Referenzdosis des Bremsstrahlungsfeldes über eine Querkalibrierung mit Thermolumineszenzdosimetern. Es wurden drei Dosisleistungsmessgeräte basierend auf unterschiedlichen Messprinzipien untersucht, die damit einen großen Teil der im Strahlenschutz eingesetzten Messprinzipien abdecken: Die Ionisationskammer RamION, das Proportionalzählrohr LB1236-H10 und der Szintillationsdetektor AD-b. Für die klinische Dosimetrie wurden zwei verbreitete Ionisationskammergeometrien untersucht: die Advanced Markus Kammer als Flachkammer und die PinPoint Kammer als Kompaktkammer. Zusätzlich zu der üblichen Luftfüllung wurde außerdem eine Füllung mit reinem Stickstoff und zwei Flüssigionisationskammern mit Isooctan und Tetramethylsilan untersucht. Ferner wurde eine numerische Berechnung der Volumenrekombination in Ionisationskammern durch die Beschreibung der Prozesse von Ladungsfreisetzung, Ladungstransport und Reaktion entwickelt, um eine Beschreibung zu erhalten, die ohne die für Boags Theorie notwendigen Näherungen auskommt. Insbesondere berücksichtigt diese Berechnung den Einfluss der freigesetzten Ladungen auf das elektrische Feld, der in Boags Theorie vernachlässigt wird. Von den drei untersuchten Dosisleistungsmessgeräten zeigte nur das RamION Messungen innerhalb der gegebenen Toleranzen in den untersuchten Strahlungsfeldern. Die unerwartet schlechte Präzision des AD-b Szintillationsdetektors, der keinen prinzipiellen Beschränkungen in gepulsten Feldern unterliegen sollte, wurde auf die Signalverarbeitung im Messgerät zurückgeführt, welche das prinzipielle Problem einer unbekannten Signalverarbeitung in kommerziellen Geräten hervorhebt. Das LB 1236-H10 Proportionalzählrohr andererseits maß den Erwartungen entsprechend. Dies unterstützt zwar die in DIN IEC/TS 62743 dargelegten Erwartungen für zählende Dosimeter, zeigt allerdings zugleich die allgemeine Unzulänglichkeit solcher Instrumente für die Messung stark gepulster Felder und demonstriert die Notwendigkeit für weitere normative Bestrebungen, um einheitliche Bedingungen für die Untersuchung nicht-zählender Dosimeter (wie das RamION) zu schaffen. Durch die Aufnahme dieser Ergebnisse in die Literatur der Strahlenschutzkommission wurde hier der Grundstein für eine solche Entwicklung gelegt. Die Untersuchung der Ionisationskammern für klinische Dosimetrie zeigte z.T. starke Abweichungen zwischen Boags Theorie und experimentellen Beobachtungen. Boags Theorie beschreibt Volumenrekombination hinreichend genau lediglich für die zwei Flüssigionisationskammern. Im Falle sämtlicher gasgefüllter Kammern waren effektive Parameter notwendig, deren Wert kaum einen Zusammenhang mit der ursprünglichen Definition besaß. Doch auch dieser Ansatz versagt jedoch für die Advanced Markus-Kammer bei Sammelspannungen ≥ 300 V und Pulsdosen ab ca. 100 mGy. Das entwickelte numerische Berechnungsverfahren lieferte eine deutlich passendere Berechnung der Volumenrekombination und ermöglichte es, die Ursache für die Unterschiede zu Boags Theorie in dem Einfluss der freigesetzten Ladungen auf das elektrische Feld zu identifizieren. Eine aufgrund der erhöhten Pulsdosis erhöhte positive Raumladung verlangsamt die Sammlung der normalerweise schnellen freien Elektronen, welche von Volumenrekombination zunächst unbeeinträchtigt sind. Aufgrund der längeren Verweildauer im Kammervolumen, lagert sich jedoch ein höherer Anteil der Elektronen an und bildet negative Ionen. Der daraus resultierende höhere Anteil an Ladungen die Volumenrekombination ausgesetzt sind, zusätzlich zu der erhöhten Ladungsmenge, bedingt eine Erhöhung der Volumenrekombination mit der Pulsdosis, die sich nicht durch Boags Theorie beschreiben lässt. Insbesondere von Bedeutung ist dieser Effekt bei hohen elektrischen Feldstärken und kleinen Elektrodenabständen, die in einem hohen Anteil freier Elektronen resultieren. Des Weiteren erlaubt das numerische Verfahren die Berechnung für beliebige Pulsdauern, wohingegen Boags Theorie auf verschwindend geringe Pulsdauern beschränkt ist. Im Allgemeinen ergab das numerische Berechnungsverfahren Ergebnisse in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Beobachtungen für die sehr verschiedenartigen Füllungen von Luft, Stickstoff und Flüssigkeiten. Auch die geometrisch komplexere Kompaktkammer konnte prinzipiell damit beschrieben werden, wobei sich jedoch für die untersuchte PinPoint-Kammer einige Diskrepanzen zu den experimentellen Beobachtungen ergaben. Eine vielversprechende Weiterentwicklung der Berechnung wäre die verbesserte Beschreibung der Sammelspannungsabhängigkeit der Volumenrekombination. In ihrer derzeitigen Form erfordert die Berechnung eine Charakterisierung jeder Kammer und Spannung, was durch eine Weiterentwicklung der Berechnung möglicherweise eliminiert werden könnte. Nichtsdestotrotz stellt die entwickelte numerische Berechnung eine deutliche Verbesserung gegenüber Boag's Theorie durch die korrekte Beschreibung der Pulsdosis- und Pulsdauerabhängigkeit der Volumenrekombination in stark gepulsten Felder dar, was prinzipiell eine absolute Dosimetrie dieser Felder ermöglichen sollte.:1 Introduction 2 Scientific Background 2.1 General Aspects of Dosimetry 2.1.1 The Radiation Dose 2.1.2 Limitations of Absorbed Dose 2.1.3 Radiation Therapy vs. Radiation Protection 2.2 Pulsed Radiation 2.2.1 Terminology 2.2.2 Sources 2.3 Ionization Chambers for Radiation Therapy Dosimetry 2.3.1 Principle of Operation 2.3.2 Calibration and Correction Factors 2.3.3 Saturation Correction and Volume Recombination 2.4 Numerical Solution of Advection-Diffusion-Reaction Equations 2.5 Dose Rate Meters for Radiation Protection Dosimetry 2.5.1 Counting Tubes 2.5.2 Scintillation Detectors 2.5.3 Current Regulatory Developments 3 Material and Methods 3.1 Common Experimental Setup 3.1.1 Radiation Source ELBE 3.1.2 Beam Monitoring Equipment 3.2 Dose Rate Meter Measurements 3.2.1 Measurement Series and Procedure 3.2.2 Reference Measurements 3.3 Ionization Chamber Measurements 3.3.1 Measurement Series and Procedure 3.3.2 Experimental Determination of Volume Recombination 3.4 Numerical Calculation of Volume Recombination 3.4.1 Plane-parallel Chamber Geometry 3.4.2 Adaption to Thimble Chamber Geometry 3.4.3 Input Parameters 4 Dose Rate Meter Investigation 4.1 Results 4.2 Discussion and Conclusion 5 Ionization Chamber Investigation 5.1 Field Homogeneity and Stability 5.2 Uncertainty Considerations 5.3 Advanced Markus Chamber in Air 5.3.1 Experimental and Calculation Results 5.3.2 Comparison to Literature 5.3.3 Validity of the Numerical Model 5.3.4 Discussion of the Recombination Rate 5.3.5 Relevance of the Free Electron Fraction 5.4 Advanced Markus Chamber in N 2 5.4.1 Experimental and Calculation Results 5.4.2 Discussion of the Electron-Ion Recombination 5.5 PinPoint Chamber 5.5.1 Results and Discussion 5.6 Liquid Ionization Chamber 5.6.1 Experimental and Calculation Results 5.6.2 Discussion 5.7 Conclusion and Outlook 6 Summary 7 Zusammenfassung Bibliography Appendix A Evaluation of the Faraday Cup Data B Description of the Implemented Numerical Solver Danksagung / Synchrocyclotrons and laser based particle accelerators, developed with the goal to enable more compact particle therapy facilities, may bring highly pulsed radiation field to external beam radiation therapy. In addition, such highly pulsed fields may be desirable due to their potential clinical benefits regarding better healthy tissue sparing or improved gating for moving tumors. However, they pose new challenges for dosimetry, the corner stone of any application of ionizing radiation. These challenges affect both clinical and radiation protection dosimetry. Air-filled ionization chambers, which dominate clinical dosimetry, face the problem of increased signal loss due to volume recombination when a highly pulsed field liberates a large amount of charge in a short time in the chamber. While well established descriptions exist for this volume recombination for the moderately pulsed fields in current use (Boag's formulas), the assumptions on which those descriptions are based will most likely not hold in the prospective, highly pulsed fields of future accelerators. Furthermore, ambient dose rate meters used in radiation protection dosimetry as survey meters or fixed installations are generally only tested for continuous fields, casting doubt on their suitability to measure pulsed fields. This thesis investigated both these aspects of dosimetry - clinical as well as radiation protection - to enable the medical application of highly pulsed radiation fields. For a comprehensive understanding, experimental investigations were coupled with theoretical considerations and developments. Pulsed fields, varying in both dose-per-pulse and pulse duration over a wide range, were generated with the ELBE research accelerator, providing a 20 MeV pulsed electron beam. Ionization chambers for clinical dosimetry were investigated using this electron beam directly, with an aluminium Faraday cup providing the reference measurement. Whereas the dose rate meters were irradiated in the photon field generated from stopping the electron beam in the Faraday cup. In those measurements, the reference was calculated from the ionization chamber, then serving a an electron beam monitor, cross-calibrated to the photon field with thermoluminescent dosimeters. Three dose rate meters based on different operating principles were investigated, covering a large portion of the operating principles used in radiation protection: the ionization chamber based RamION, the proportional counter LB 1236-H10 and the scintillation detector AD-b. Regarding clinical dosimetry, measurements of two prominent ionization chamber geometries, plane-parallel (Advanced Markus chamber) and thimble type (PinPoint chamber), were performed. In addition to common air-filled chambers, chambers filled with pure nitrogen and two non-polar liquids, tetramethylsilane and isooctane, were investigated. In conjunction with the experiments, a numerical solution of the charge liberation, transport, and recombination processes in the ionization chamber was developed to calculate the volume recombination independent of the assumptions necessary to derive Boag's formulas. Most importantly, the influence of the liberated charges in the ionization chamber on the electric field, which is neglected in Boag's formulas, is included in the developed calculation. Out of the three investigated dose rate meters only the RamION could be identified as an instrument truly capable of measuring a pulsed field. The AD-b performed below expectations (principally, a scintillator is not limited in detecting pulsed radiation), which was attributed to the signal processing, emphasizing the problem of a typical black-box signal processing in commercial instruments. The LB 1236-H10, on the other hand, performed as expected of a counting detector. While this supports the recent effort to formalize these expectations and standardize testing for counting dosimeters in DIN IEC/TS 62743, it also highlights the insufficiency of counting detectors for highly pulsed fields in general and shows the need for additional normative work to establish requirements for dose rate meters not based on a counting signal (such as the RamION), for which no framework currently exists. With these results recognized by the German radiation protection commission (SSK) the first steps towards such a framework are taken. The investigation of the ionization chambers used in radiation therapy showed severe discrepancies between Boag's formulas and the experimentally observed volume recombination. Boag's formulas describe volume recombination truly correctly only in the two liquid-filled chambers. All the gas-filled chambers required the use of effective parameters, resulting in values for those parameters with little to no relation to their original meaning. Even this approach, however, failed in the case of the Advanced Markus chamber for collection voltages ≥ 300 V and beyond a dose-per-pulse of about 100 mGy. The developed numerical model enabled a much better calculation of volume recombination and allowed the identification of the root of the differences to Boag's formulas as the influence of the liberated charges on the electric field. Increased positive space charge due to increased dose-per-pulse slows the collection and reduces the fraction of fast, free electrons, which are unaffected by volume recombination. The resultant increase in the fraction of charge undergoing volume recombination, in addition to the increase in the total amount of charge, results in an increase in volume recombination with dose-per-pulse that is impossible to describe with Boag's formulas. It is particularly relevant in the case of high electric fields and small electrode distances, where the free electron fraction is large. In addition, the numerical calculation allows for arbitrary pulse durations, while Boag's formulas apply only to very short pulses. In general, the numerical calculation worked well for plane-parallel chambers, including those filled with the very diverse media of liquids, nitrogen and air. Despite its increased complexity, the thimble geometry could be implemented as well, although, in the case of the PinPoint chamber, some discrepancies to the experimental data remained, probably due to the required geometrical approximations. A possible future development of the numerical calculation would be an improved description of the voltage dependence of the volume recombination. At the moment it requires characterizing a chamber at each desired collection voltage, which could be eliminated by an improved modeling of the volume recombination's dependence on collection voltage. Nevertheless, the developed numerical calculation presents a marked improvement over Boag's formulas to describe the dose-per-pulse dependence and pulse duration dependence of volume recombination in ionization chambers, in principle enabling the application of ionization chambers in the absolute dosimetry of highly pulsed fields.:1 Introduction 2 Scientific Background 2.1 General Aspects of Dosimetry 2.1.1 The Radiation Dose 2.1.2 Limitations of Absorbed Dose 2.1.3 Radiation Therapy vs. Radiation Protection 2.2 Pulsed Radiation 2.2.1 Terminology 2.2.2 Sources 2.3 Ionization Chambers for Radiation Therapy Dosimetry 2.3.1 Principle of Operation 2.3.2 Calibration and Correction Factors 2.3.3 Saturation Correction and Volume Recombination 2.4 Numerical Solution of Advection-Diffusion-Reaction Equations 2.5 Dose Rate Meters for Radiation Protection Dosimetry 2.5.1 Counting Tubes 2.5.2 Scintillation Detectors 2.5.3 Current Regulatory Developments 3 Material and Methods 3.1 Common Experimental Setup 3.1.1 Radiation Source ELBE 3.1.2 Beam Monitoring Equipment 3.2 Dose Rate Meter Measurements 3.2.1 Measurement Series and Procedure 3.2.2 Reference Measurements 3.3 Ionization Chamber Measurements 3.3.1 Measurement Series and Procedure 3.3.2 Experimental Determination of Volume Recombination 3.4 Numerical Calculation of Volume Recombination 3.4.1 Plane-parallel Chamber Geometry 3.4.2 Adaption to Thimble Chamber Geometry 3.4.3 Input Parameters 4 Dose Rate Meter Investigation 4.1 Results 4.2 Discussion and Conclusion 5 Ionization Chamber Investigation 5.1 Field Homogeneity and Stability 5.2 Uncertainty Considerations 5.3 Advanced Markus Chamber in Air 5.3.1 Experimental and Calculation Results 5.3.2 Comparison to Literature 5.3.3 Validity of the Numerical Model 5.3.4 Discussion of the Recombination Rate 5.3.5 Relevance of the Free Electron Fraction 5.4 Advanced Markus Chamber in N 2 5.4.1 Experimental and Calculation Results 5.4.2 Discussion of the Electron-Ion Recombination 5.5 PinPoint Chamber 5.5.1 Results and Discussion 5.6 Liquid Ionization Chamber 5.6.1 Experimental and Calculation Results 5.6.2 Discussion 5.7 Conclusion and Outlook 6 Summary 7 Zusammenfassung Bibliography Appendix A Evaluation of the Faraday Cup Data B Description of the Implemented Numerical Solver Danksagung