Title: Thermoluminescence dosemeters as biologically relevant detectors
Language: English
Authors: Fürweger, Christoph 
Qualification level: Doctoral
Keywords: Dosimetrie; Strahlenschutz; Strahlenbiologie; biologische Strahlenwirkung; zelluläre Signalübertragung; Thermolumineszenz; Bystander-Effekt; linearer Energietransfer; schwere Ionen
dosimetry; radiation protection; radiobiology; radiation-induced biologic effects; cellular signal transduction; thermoluminescence; bystander effect; linear energy transfer; heavy ions
Advisor: Vana, Norbert
Assisting Advisor: Kodym, Reinhard 
Issue Date: 2007
Number of Pages: 195
Qualification level: Doctoral
Abstract: 
Die genaue Messung der absorbierten Strahlendosis und deren Übersetzung in ein potentielles Gesundheitsrisiko bilden die Grundlage für den Strahlenschutz. Durch jüngste Erkenntnisse in der Strahlenbiologie wurde die etablierte makroskopische Betrachtung der Strahlenwirkung um wesentliche Aspekte ergänzt. Dies gilt insbesondere für die Wirkung von niedrigen Dosen hochenergetischer geladener Teilchen, bei denen sich die Energiedeposition im Gewebe weitgehend auf kleine Volumina entlang der Teilchenspuren beschränkt.
Die am Atominstitut entwickelte High Temperature Ratio (HTR)-Methode zur Auswertung von LiF:Mg,Ti Thermolumineszenz (TL)-Detektoren erlaubt die gleichzeitige Bestimmung der absorbierten Dosis und des effektiven linearen Energietransfers (LET). Der HTR stellt dabei ein mikrodosimetrisches Maß für die Strahlenqualität dar, was die Möglichkeit einer direkten Beurteilung des biologischen Schadenspotentials aus der Messung in Aussicht stellt.
Die Korrelation von TL-Messgrößen mit der zellulären Reaktion auf Strahlung unterschiedlicher Qualität hat ergeben, dass das Ausmaß der unmittelbare strahleninduzierte Effekte ein bemerkenswert ähnliches Verhalten wie HTR(LET) aufweist. Aufgrund des LET-abhängigen Zeitverlaufs der zellulären Reparaturvorgänge weichen allerdings die beobachteten Schadensindikatoren mit zunehmender Dauer immer mehr von HTR(LET) ab. In Proben, die einer Bestrahlung mit hoch-LET Fe-56 Ionen (198 keV/um) unterzogen wurden, gibt es Hinweise darauf, dass die Strahlenwirkung eine größere Zahl an Zellen umfasst als durch einen Teilchentreffer im Zellkern direkt beschädigt werden. Dies deutet auf eine Ausweitung des primären Strahlenschadens auf umliegende Bystander-Zellen hin.
Insgesamt konnte durch diesen fächerübergreifenden Ansatz ein wesentliches Argument dafür entwickelt werden, dass LiF:Mg,Ti Detektoren eine geeignete Basis für ein quasi-biologisches Dosimetersystem darstellen. Die vorliegende Arbeit weist damit den Weg zur direkten Vorhersage von biologischen Strahleneffekten mittels physikalischer Messmethoden.

Radiation protection relies on the exact determination of absorbed dose and its translation into potential health risks. Recent insights from the field of cellular radiobiology complement common macroscopic views of radiation effects. This is fundamentally important for low doses of high-energy charged particle radiation, where the deposition of radiation energy in tissue is mostly limited to small volumes along the particle tracks.
The High Temperature Ratio (HTR) method for evaluation of LiF:Mg,Ti thermoluminescence detectors, which has been developed at the Atomic Institute of the Austrian Universities, allows for parallel assessment of absorbed dose and the effective linear energy transfer (LET). The HTR represents a microdosimetric measure for radiation quality, which hints at the possibility for a direct assessment of the biologic damage potential from measurements.
Correlation of measured TL data with the cellular response to radiation of different quality shows that the extent of the initial radiation-induced effects shares a remarkably similar behaviour with HTR(LET). Due to the LET-dependent time course of the cellular repair efforts, the observed damage indicators increasingly deviate from HTR(LET) with time. In samples treated with high-LET Fe-56 ions (198 keV/um), there is strong indication for a spread of the initial radiation damage to bystander cells that have not been subjected to nuclear particle traversals.
Overall, this interdisciplinary study has provided evidence that promotes LiF:Mg,Ti dosemeters as a viable option for a quasi-biologic detector system. The presented work highlights a way to a direct prediction of biologic radiation effects based on a physical measurement system.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-19362
http://hdl.handle.net/20.500.12708/12720
Library ID: AC05035453
Organisation: E141 - Atominstitut der Österreichischen Universitäten 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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