X-Strahlen, Radiometer und Hauteinheitsdosis : die Entwicklung der Messverfahren und Maßeinheiten für Röntgenstrahlung in der medizinischen Physik von den Anfängen bis zur internationalen Standardisierung

Abstract

Zusammenfassung Bereits kurz nach der Entdeckung und Beschreibung der Röntgenstrahlen Ende des Jahres 1895 wurde ionisierende Strahlung in Medizin und Technik genutzt. Allerdings erforderte eine solche Nutzung auch die Entwicklung einer Messtechnik für die Strahlung. Für diese hat sich nach anfänglichen Benennungen der Geräte als "Radiometer"' schließlich die allgemeinere Bezeichnung "Dosimetrie"' eingebürgert. Die Entwicklung zahlreicher neu erfundener in der Strahlentherapie eingesetzter Dosimeter ging einher mit entsprechenden neuen Maßeinheiten für fast jedes neue Dosimeter bzw. Verfahren zur Darstellung der Strahlenwirkungen. Während dabei zunächst Umrechnungen zwischen älteren und neueren Maßeinheiten üblich waren, wurde später deutlich, dass sowohl innerhalb Deutschlands als auch innerhalb Europas sogar gleich benannte Einheiten unterschiedliche Verwendungen fanden, also inkompatibel waren. Erste ernsthafte Schritte zur deutschlandweiten Standardisierung wurden jedoch erst nach dem Ersten Weltkrieg getroffen, als man sich zunehmend auf die Nutzung der Eigenschaft von Röntgenstrahlung, Gase ionisieren zu können, konzentrierte. Erfolgreiche Bemühungen zu einer internationalen Standardisierung erfolgten erst Mitte der 1920er Jahre.

Durch umfangreiche systematische Recherchen in gedruckten Publikationen konnten im betrachteten Zeitraum vier Phasen der Entwicklung von Röntgenstrahlen-Mess-instrumenten und -Einheiten in der Strahlentherapie herauskristallisiert werden: zunächst die Phase der diagnostischen Anwendung von Röntgenstrahlen, in der auch Instrumente zur Strahlungs-Qualitätsmessung entwickelt wurden; dann die nur wenig später beginnende Phase der therapeutischen Anwendung, in der Instrumente und Einheiten zur Messung von Strahlenmengen ("Dosis"') ausgearbeitet wurden. Aufgrund der Vielzahl und Diversität von Instrumenten und Einheiten entstand eine dritte Phase der Standardisierung innerhalb Deutschlands, die teilweise eng mit der Entstehung neuer Instrumente verzahnt war. Mit Abschluss dieser Phase -- dem Beschluss einer in Deutschland zu verwendenden Einheit zur Dosismessung -- begann die Phase der internationalen Standardisierung. Diese dauert bis in die Gegenwart an, da inzwischen nicht nur internationale Einheiten, sondern auch Normen zur Messung dieser Einheiten sowie zur Qualitätssicherung entwickelt werden.

Rückschauend wird in einigen Abschnitten dieser Arbeit verdeutlicht, wie heutiges Wissen über die physikalischen Grundlagen sowie über mögliche Messfehler und Mängel der damaligen Methodik dazu beiträgt, den geschilderten geschichtlichen Entwicklungsprozess besser verstehen zu können. Bei der Anwendung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse in Medizin und Technik ist solches historisches Wissen wichtige Voraussetzung gerade für gelingende Kommunikation in einer globalisierten Welt, die ohne internationale Standards bei Fabrikation und Nutzung von Geräten nicht auskommt.

X-rays, a special form of ionizing radiation, have been utilized in medicine and technology ever since their discovery at the end of 1895. However, the usage of X-rays made the development of measuring techniques necessary. Newly-developed measuring devices were at first called radiometers'', but later the term dosimeter'' has gained universal acceptance. The development of numerous dosimeters used in radiotherapy was accompanied by new units of measurement, each corresponding to its individual newly constructed dosimeter or method of measurement. While at first conversions between old and new units were performed, it later became clear that both within Germany and Europe units with similar names were used with different meanings, which was both incompatible and confusing. The first serious attempts of a standardization of units in Germany were made after the First World War, when the when the ionizing properties of X-rays was focused on for both measurements and unit definitions. Efforts towards an international standardization of units became successful in the mid-1920s when the Röntgen was defined as the universal unit.

From the development described above, four stages of the evolution of radiation measurement and units in radiotherapy could be identified by means of comprehensive systematic research in printed publications. The first stage was the period of diagnostic application of X-rays, when tools for the determination of X-ray quality were designed. This stage progressed into that of therapeutic administration of X-rays shortly after, when instruments and units for the measurement of X-ray quantities (dose'') were implemented. Due to the variety and diversity of measurement apparatus and units a third stage emerged, closely interconnected with the second. During the third stage, a nation-wide standardization was attempted in Germany. With the conclusion of this stage -- the resolution of a unit for dose measurement in Germany -- the stage of international standardization began. This fourth stage continues arguably to the present day, since by now not only units, but also standards for both measurement of these units and quality assurance, are developed in international cooperation.

This study presents how present-day knowledge of fundamental physical laws, of potential measurement errors and of shortcomings of methods contribute to a better understanding of the historical process of the development portrayed here. When applying scientific discoveries to medicine and technology, this historical knowledge is an essential prerequisite for successful communication in a globalized world, which depends on international standards for manufacturing and application of measurement devices.