Strahlenexposition und Strahlenrisiko in der Röntgendiagnostik

Michael UderMichael BrandMichael KüfnerManfred Säbel

Radiologisches Institut des Universitätsklinikums Erlangen

Organdosen für verschiedene Untersuchungen von Frauen mit Röntgenaufnahmen

Untersuchung Organdosis in mGy

Ovarien Weibl. Brust Rotes Knochen-mark

Lunge Schilddrüse

Schädel <0.0001 <0.0001 0.31 0.02 2.2

HWS <0.0001 <0.0001 0.11 0.14 4.0

Thorax 0.0006 0.14 0.03 0.20 0.065

Rippen 0.004 4.1 0.42 3.0 1.5

BWS 0.01 5.4 0.41 5.4 0.81

oberer GI-Trakt 0.45 0.53 4.8 4.8 0.07

Hüfte 0.78 <0.0001 0.17 <0.0001 <0.0001

Becken 1.48 <0.0001 0.27 0.011 <0.0001

Urogramm 2.1 <0.0001 0.48 0.12 0.0001

LWS 4.1 <0.0001 1.3 1.3 0.0003

i.v. Pyelogramm 6.4 <0.0001 1.2 0.35 0.0001

Kreuzbein 6.4 <0.0001 2.2 0.35 0.0005

Dickdarm 7.9 <0.0001 3.0 0.48 0.0002

Quelle: [14]

Ganzkörperjahresdosis bei beruflich strahlenschutzüberwachten Personen

im Jahr 2002

Dosis in mSv Anzahl der Überwachten0 265 773

0 – 0.2 22 5290.2 – 1 16 3621 – 6 8 3906 – 20 1 513> 20 19

Quelle: [3]Jährlicher Grenzwert der effektiven Dosis für beruflich strahlenexponierte Personen: 20 mSv

Stochastische und deterministische Strahlenwirkungen

Quelle: [5]

Lineare DWBLineare DWB

Dosis-Wirkungs-Beziehungen

Quelle: [5]

Linear-quadratische DWBmit Zellabtötungsterm

Mutationstypen

(Genmutation)

Genfolge

Quelle: [5]

Entstehung von Chromosomenmutationen

A: Dizentrisches Chromosom

B: Ringchromosom

Quelle: [6]

H2AX

Quantifizierung von DNA-Doppelstrangbrüchen- γ-H2AX-Immunfluoreszenzmikroskopie -

PP

P Phosphorylierung

Primärantikörper

Sekundärantikörper

Fluorochrom

Vor Exposition Nach Exposition

DNA-Doppelstrangbrüche nach Herz-CT- Korrelation mit der Exposition -

Quelle: [12, 13]

r=0,88, p<0,0001

CT-

indu

zier

te D

SB

/ Ze

lle

Dosislängenprodukt [mGy*cm]

Direkte Methode Indirekte Methode

Strahleninduzierte Mutationsrate bei der Maus

Verdoppelungsdosis

Strahleninduzierte Mutationsrate bei der Maus

Korrektur- und Multiplikations-fatoren

Spontane Mutations-rate bei der Maus

Spontane Mutations-rate beim Menschen

Strahleninduzierte Mutationsrate beim Menschen

Quelle: [15]1 Sv

Epidemiologische Untersuchungen zur Induktion

von Krebs durch ionisierende Strahlung Kollektiv GrößeHiroshima und Nagasaki 91000 xx Atomare Testexplosionen:militärisches Personal 10000Bevölkerung in der Nähe der Testorte 500000Medizinische Strahlenexposition:Morbus Bechterew 14000 Cervix-Carcinom 180000 Brustbestrahlung 10000Kopf und Thymusdrüse 20000Morbus Hodgkin 10000Krebs im Kindesalter 10000Thorotrast-Anwendung 2000Pneumothorax 2000Berufliche Strahlenexposition:Werftarbeiter 24000Nuklearindustrie- und Reaktorpersonal 30000Bergarbeiter 22000Radiologen 20000Radium-Zifferblattmaler 4000

Quelle: [15]

Todesfälle infolge eines strahleninduzierten Krebses pro 10000 Personen und pro Sievert

Kollektiv: Hiroshima und NagasakiBestrahlungsart: kleine Dosis; kleine DosisleistungZusammensetzung nach Alter und Geschlecht: Gesamtbevölkerung

Organ/Gewebe ICRP 26 ICRP 60 ICRP 103(1977) (1991) (2007)

rotes Knochenmark 20 50 35Magen -- 110 60 Lunge 20 85 100Dickdarm -- 85 35Speiseröhre -- 30 25Blase -- 30 20Brust 25 20 40 Leber -- 15 65Ovarien -- 10 10Schilddrüse 5 8 2Knochenoberfläche 5 5 3Haut -- 2 2Restkörper 50 50 110

Summe 125 500 507

Quelle: [7, 8, 9]

5 % / Sv

Risikomodelle für das Auftreten zusätzlicher strahleninduzierter Krebsfälle

Quelle: [5]

Additive Risikoprojektion

Differenz ~ D

Multiplikative Risikoprojektion

Quotient ~ D

Inzidenz von Leukämie in Mäusen nach Ganzkörperbestrahlung

Die Dosis ist noch in rd angegeben (100 rd = 1 Gy)

Quelle: [6]

Inzidenz von Brustkrebs bei durchleuchteten Pneumothorax-Patientinnen

Die 80 % Vertrauens-grenzen sind angegeben.

Quelle: [5]

Einfluß der Dosiswirkungsbeziehung auf die Abschätzung des Strahlenrisikos bei kleinen Dosen

A: linear

B: linear-quadratisch

C: linear mit Schwelle

1 Sv1 mSv

Effektive Dosis E (für Strahlenschutzzwecke):

E = Σ wT • HT T

wT Gewebewichtungsfaktor

HT Organdosis (in Sv)

Gewebe-Wichtungsfaktoren nach ICRP 60 und ICRP 103 Organ/Gewebe Wichtungsfaktor wT

ICRP 60 ICRP 103

Keimdrüsen 0.20 0.08rotes Knochenmark 0.12 0.12Dickdarm 0.12 0.12Lunge 0.12 0.12Magen 0.12 0.12Blase 0.05 0.04Brust 0.05 0.12Leber 0.05 0.04Speiseröhre 0.05 0.04Schilddrüse 0.05 0.04Haut 0.01 0.01Knochenoberfläche 0.01 0.01Gehirn --- 0.01Speicheldrüse --- 0.01Restkörper 0.05 0.12

Summe 1.00 1.00Quelle: [8, 9]

Altersstruktur von stationären Patienten bei verschiedenen Röntgenuntersuchungen

Angegeben ist die Häufigkeit in %

Untersuchung Altersgruppe in Jahren0-15 16-40 41-64 > 65

Wirbelsäule 2 12 32 54Abdomen 3 20 28 49Darm 0 10 32 58Angiographie 3 8 46 43Computertomographie 5 14 35 47

BRD 15 37 33 15

Quelle: [11] Reduktionsfaktor: 0.5

Typische Werte der effektiven Dosis (in mSv)

bei verschiedenen Röntgenuntersuchungen

Untersuchungen mit Röntgenaufnahmen 0.01 – 1.1

Untersuchungen mit Aufnahmen und Durchl. 0.3 – 12

Angiographie und Interventionen 4 – 16

Computertomographie 1.7 – 16.4

Quelle: [1, 2, 4, 10, 11]

Strahlenrisiko

Strahlenrisiko = Risikofaktor · Dosis

Beispiel: 5 % / Sv · 1.7 mSv = 0.085 ‰

ICRP-Risikofaktor für Tod durch strahleninduzierten Krebs

Mittlere jährliche effektive Dosis pro Einwohner in Deutschland bedingt durch die Röntgendiagnostik

Verschiedene Mortalitätsrisiken (in %). Röntgendiagnostik:

Thoraxaufnahme (0.2 mSv) 0.001Lendenwirbelsäule (2 mSv) 0.01CT - Thorax (20 mSv) 0.1

Andere diagnostische und therapeutische Maßnahmen:

Kontrastmittel 0.005Narkose 0.02intravenöse Cholangiographie 0.02zerebrale Angiographie 0.03translumbale Angiographie 0.04perkutane transluminale Angioplastie

transfemoral 0.03transaxillär 0.06

Angiokardiographie 0.1Bypass-Operation

ausgewählte Fälle 2Notfälle 15

Alltag (jährlich):

Blitzschlag 0.0001Verkehrsunfall 0.01420 Zigaretten täglich 0.05Drachenfliegen 0.2

Beruf (jährlich):

Handel 0.007Transport 0.04Landwirtschaft 0.07Bauwesen 0.08

Quelle: [10]