Die Bedeutung des Unterschiedes zwischen den angewandten Photonenenergien 6 MV und 18 MV bei der Bestrahlung von Blut am Linearbeschleuniger: Entwicklung einer klinisch praktikablen Lösung

Abstract

Einleitung: Die transfusionsassoziierte Graft-versus-Host-Reaktion (englisch: transfusionassociated graft-versus-host disease (TA-GVHD)) ist eine seltene, aber in 90% der Fälle tödlich verlaufende Komplikation bei der Bluttransfusion. Sie wird typischer Weise in immuninkompetenten Patienten beobachtet. Die bislang einzige Möglichkeit zur Vermeidung dieser TA-GVHD ist die Behandlung des Blutes mit ionisierender Strahlung. Dieses Verfahren wird schon über viele Jahrzehnte weltweit angewendet. Auch die Verwendung von Röntgenstrahlung eines Linearbeschleunigers der Strahlentherapie ist eine akzeptierte Alternative zu den Gamma- oder Hochvoltbestrahlungsgeräten der Blutbanken. Dennoch bergen hochenergetische Röntgenstrahlen die potentielle Gefahr, durch den Kernphotoeffekt Radioaktivität im Blut selbst zu induzieren. Eine (Radio-)Aktivierung des Transfusionsblutes muss aber mit Blick auf den Empfänger des Blutes auf jeden Fall vermieden werden. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, zwei verschiedene Energien, 6 und 18 MV, die typischer Weise in der klinischen Routine verwendet werden, daraufhin zu untersuchen, ob sie in Transfusionsblut Radioaktivität induzieren und falls ja, in welcher Größenordnung. Weiterhin wurde im Rahmen dieser Arbeit ein klinisch praktikables Verfahren zu Blutbestrahlung am Linearbeschleuniger der Strahlentherapie entwickelt, das sicher das Auftreten von induzierter Radioaktivität ausschließt. Methodik: Für diese Studie wurde ein Blutbeutelphantom hergestellt, das mit den Photonenenergien 6 und 18 MV bestrahlt wurde. Die induzierte Radioaktivität wurde in einem Bohrloch- Messsystem gemessen. Anschließend wurde der gleiche Bestrahlungs- und Messvorgang mit einer Einheit Erythrozytenkonzentrat durchgeführt. Unter Verwendung einer Plexiglas-Box und der Energie 6 MV wurde eine praktikable klinische Bestrahlungs-Prozedur entwickelt, die mit dem Bestrahlungsplanungssystem XiO für den Linearbeschleuniger Siemens ONCOR Anvant-Garde berechnet wurde. Ergebnisse: In beiden durchgeführten Messanordnungen (Blutbeutelphantom und Erythrozytenkonzentrat) ließ sich induzierte Radioaktivität für 18 MV nachweisen - nicht jedoch für 6 MV. Die gemessene Radioaktivität bei 18 MV betrug das bis zu 190-fache des Nulleffektes. Dieses Ergebnis ist signifikant und von hoher klinischer Relevanz, denn es handelt sich bei den Empfängern des Blutes auch um Feten und Neugeborene, für die jede Strahlenexposition zu vermeiden ist. Schlussfolgerung: Die Bestrahlung von Blut mit Röntgenstrahlung eines Linearbeschleunigers der Strahlentherapie ist eine sichere und praktikable Methode. Um aber induzierte Radioaktivität in zu transfundierendem Blut sicher auszuschließen, wird die Verwendung der Photonenenergie 6 MV oder kleiner empfohlen.

Introduction: The transfusion-associated graft-versus-host disease (TA-GVHD) is a rare but fatal complication of blood transfusion. It is typically observed in immunosuppressive patients. To prevent a TA-GVHD it is recommended to irradiate transfusion blood and blood components with ionizing radiation. This treatment has been practiced for decades all over the world. Furthermore, using x-rays from a linear accelerator of the radiotherapy department is an accepted alternative to gamma and orthovoltage irradiation devices of the blood banks. However, the use of high energy x-rays may carry a potential risk to induce radioactivity in the blood itself. This effect must be avoided with regard to the recipient of the transfusion blood. Hence, the objective of this study was to investigate the effect of two different energy levels, 6 and 18 MV, which are executed in routine clinical settings. The research question was if induced radioactivity occurs at one of these standard energy levels. Additionally, if induced radioactivity occurs it was the aim to determine its magnitude. The objective of the second part of this work was to give a proposal for a feasible clinical blood irradiation procedure that certainly avoids induced radioactivity. Methods: For this study a blood bag phantom was developed, irradiated with x-ray energies of 6 MV and 18 MV, and the induced radioactivity was measured in a well counter. Thereafter, the same irradiation and measuring procedure was performed with a unit of packed red blood cells (RBCs). A feasible clinical procedure was developed using an acrylic box and applying 6 MV photons. With the irradiation planning system XiO an irradiation protocol was generated for the linear accelerator Siemens ONCOR Anvant-Garde. Results: Both measurement setups (blood bag phantom and packed RBCs) showed that there was induced radioactivity for 18 MV - but not for 6 MV. The induced radioactivity for 18 MV was up to 190 times the background. This is significant and of clinical relevance especially since there are newborn and fetal blood recipients for whom every radiation exposure has to be strictly avoided. Conclusions: The irradiation of blood with x-rays from a linear accelerator of the radiotherapy department is safe and feasible, but it is recommend to use an x-ray energy of 6 MV or less to avoid induced radioactivity in transfusion blood.