Einfhrung

Unter dem Begriff Strahlenex-position versteht man die Ein-wirkung ionisierender Strahlungauf den menschlichen Krper.Dabei wird in der betroffenenPerson eine Strahlendosis er-zeugt. Wirkt die Strahlung aufden ganzen Krper, spricht manvon einer Ganzkrperexposition,die mit einer Strahlendosis desganzen Krpers (Ganzkrper-dosis) verbunden ist. Die Be-strahlung eines Krperteiles wirdals Teilkrperexposition be-zeichnet und hat eine Strah-lendosis des Krperteiles (Teil-krperdosis) zur Folge. Ganz-und Teilkrperdosen werdenauch unter dem Begriff Krper-dosen zusammengefasst.

Der Mensch ist unausweichlicheiner gewissen Strahlenexposi-tion ausgesetzt, die sich aus ei-nem natrlichen und einem zivi-lisatorischen Anteil zusammen-setzt. Die natrliche Strahlenex-position wird durch kosmischeStrahlung und Strahlung von ra-dioaktiven Nukliden verursacht,die in der Umgebung und imMenschen natrlicherweise vor-handen sind. Der grte Teil derzivilisatorischen Strahlenexposi-tion resultiert aus der Anwen-dung ionisierender Strahlungund radioaktiver Stoffe im Be-reich der Medizin (s. Tab. 1).

Die biologische Wirkung einerStrahlenexposition beginnt mit

Vernderungen der DNA-Mo-lekle im Zellkern, wobei dergrte Teil strahleninduzierterDNA-Vernderungen von denZellen selbst repariert wird.Nicht oder falsch reparierteSchden fhren hufig zu einemVerlust der Zellteilungsfhigkeit,so dass die betroffenen Zellenabsterben. Es besteht jedochauch die Mglichkeit der Muta-tion. Die transformierte Zelleteilt sich weiter und bertrgtdie vernderten Eigenschaften

der DNA-Molekle auf ihreTochterzellen.

Wenn gengend Zellen ihre Tei-lungsfhigkeit verloren habenund abgestorben sind, verliertdas betroffene Gewebe oderOrgan seine Funktionsfhigkeit.Diese Strahlenwirkung wird alsdeterministischer Strahlenscha-den bezeichnet und tritt erstnach berschreitung einerSchwellendosis auf. Oberhalbdieses Schwellenwertes nimmt

28 Universitt des Saarlandes

Optimierung rntgendiagnostischerVerfahren

Wie weit kann die Strahlendosis des Patienten reduziert werden?

von Kai Hermann Seifert

Der Mensch ist im Verlauf seines Lebens unausweichlich Quellenionisierender Strahlung ausgesetzt, deren Ursprung sowohl na-trlicher als auch zivilisatorischer Art ist. Da die biologische Wir-kung einer Strahlenexposition mit Vernderungen der DNA-Mo-lekle im Zellkern einhergehen kann, ist es das Ziel, die phy-sikalisch-technischen Parameter im medizinisch-radiologischen Be-reich so zu optimieren, dass eine grtmgliche Reduzierung derStrahlendosis bei Gewhrleistung adquater Bildqualitt erreichtwird.

Tab. 1: Mittlere jhrliche Strahlenexposition der Bewohner der BundesrepublikDeutschland, ermittelt als effektive Dosis im Jahre 1988 [3].

der Schweregrad des Strahlen-schadens mit steigender Strah-lendosis zu. Beispiele fr diesenSchadenstyp sind das Erythem,die akute Strahlenkrankheit, fi-brotische Gewebevernderun-gen, die Trbung der Augenlinseund vorbergehende oder dau-ernde Sterilitt.

Die Teilung einer durch ionisie-rende Strahlung vernderten so-matischen Zelle kann zu Klonsvernderter Zellen und damitzur Krebsentstehung in Formvon soliden Tumoren und Leu-kmie fhren. Nach der Teilungeiner durch Strahlung vernder-ten Keimzelle knnen Erbsch-den die Folge sein. Bei beidenStrahlenwirkungen, die als sto-chastische Strahlenschden be-zeichnet werden, nimmt nichtder Schweregrad, sondern dieEintrittswahrscheinlichkeit desSchadens mit steigender Strah-lendosis zu, wobei es nach herr-schender Lehrmeinung keineSchwellendosis gibt.

Ausgehend von der begrnde-ten Annahme, dass auch kleins-te Strahlendosen mit einem Risi-ko stochastischer Strahlensch-den verbunden sind, fordert dieICRP (International Commissionon Radiological Protection), dassdie Ziele des allgemeinen Strah-lenschutzes darin bestehen soll-ten, deterministische Strahlen-schden zu verhindern und dieWahrscheinlichkeit stochasti-scher Strahlenschden auf Wer-te zu begrenzen, die als akzep-tabel angesehen werden kn-nen. Dieser Grundsatz gilt frberuflich strahlenexponiertePersonen, fr die allgemeineBevlkerung und fr Patienten,die mit ionisierender Strahlunguntersucht oder behandelt wer-den mssen.

Mit Ausnahme unbeabsichtigterberexpositionen sind fr denBereich der Rntgendiagnostik

mit im allgemeinen relativ nie-drigen Strahlendosen die Risikenstochastischer Strahlenschdenentscheidend fr die Gesund-heitsgefhrdung des Menschenund damit Gegenstand desklinischen Strahlenschutzes. Esmuss jedoch darauf hingewiesenwerden, dass sich in jngsterZeit Berichte ber determinis-tische Strahlenschden von Pa-tienten infolge der Durchfh-rung interventioneller radiolo-gischer Manahmen hufen.

rzten steht heute ein breitesSpektrum radiologischer Unter-suchungsmethoden mit Rnt-genstrahlung zur Verfgung,das nach Fortschritten auf demGebiet der Technik, insbesonde-re der Computertechnik, durchmoderne diagnostische Verfah-ren wie DLR (digitale Lu-mines-zenzradiographie), DBVR (digi-tale Bildverstrker-Radiogra-phie) und CT (Computertomo-graphie) ergnzt wurde. Dabeiist auch in nchster Zeit von ei-ner weiteren Zunahme von digi-talen im Vergleich zu konventio-nellen Bildgebungsverfahren mitRntgenstrahlung auszugehen.

Unter dem Aspekt des Strahlen-schutzes muss der Arzt bei derAuswahl eines geeigneten Ver-fahrens zur Lsung einer Frage-stellung neben der diagnosti-schen Wertigkeit auch Strah-lenexposition und -risiko des Pa-tienten im Hinblick auf die Ent-stehung von Strahlenschdenbercksichtigen. Eine radiologi-sche Manahme sollte nurdurchgefhrt werden, wenn dervoraussichtliche Nutzen dasStrahlenrisiko rechtfertigt.

Als Orientierung fr die Recht-fertigung einer radiologischenManahme knnen die allge-meingltigen Empfehlungen inICRP 26 dienen. Danach sollte- der wahrscheinlich eintretende

Nutzen infolge einer Strahlen-

exposition grer sein als derabsehbare Schaden durch die-selbe und

- die Strahlenexposition so nie-drig sein, wie es unter Beach-tung konomischer und sozia-ler Gesichtspunkte vernnf-tigerweise erreichbar ist (ALA-RA-Prinzip1)).

Daraus abgeleitet, wird in ICRP60 speziell fr den Bereich desStrahlenschutzes in der Medizingefordert, dass

- eine medizinische Strahlenex-position in der Regel nur dannindiziert ist, wenn sie einen di-rekten Nutzen fr den Patien-ten zur Folge hat und

- die Strahlendosis des Patientenso niedrig gehalten werdenmuss, wie es mit der Zielstel-lung der medizinischen Ma-nahme vereinbar ist.

Die Rntgenverordnung kon-kretisiert ebenfalls die allgemei-nen Empfehlungen zum Strah-lenschutz nach ICRP 26, indem 25 fr den Bereich der Rnt-gendiagnostik vorschreibt, dass

- Rntgenstrahlen auf Men-schen nur angewendet werdendrfen, wenn eine rztliche In-dikation besteht und

- die mit der Rntgenuntersu-chung verbundene Strahlenex-position soweit einzuschrn-ken ist, wie es die Erfordernisseder medizinischen Wissen-schaft zulassen.

Auch in den Leitlinien der Bun-desrztekammer zur Qualittssi-cherung in der Rntgendiag-nostik wird in bereinstim-mung mit dem ALARA-Prinzipexplizit darauf hingewiesen,dass die Beachtung des Strah-

magazin forschung 1/2002 29

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1) ... all exposures shall be kept aslow as reasonably achievable, eco-nomic and social factors being takeninto account; ...

lenschutzes dazu verpflichtet,... die geforderte diagnostischeInformation mit einer vertretbarniedrigen Strahlendosis zu errei-chen.

Aus den genannten Gesetzen,Richtlinien und Empfehlungenfolgt fr den Bereich der Rnt-gendiagnostik, dass der Arztber Angaben zu Strahlenex-position und Strahlenrisiko desPatienten verfgen muss. DieseAngaben sollen

- dem Arzt bei der Durchfh-rung einer Nutzen-Risiko-Ana-lyse helfen und in die Entschei-dung einbezogen werden, obdie Rntgenuntersuchungoder ein alternatives Verfahrenwie z. B. Ultraschalltomogra-phie oder Magnet-Resonanz-Tomographie indiziert ist und

- dazu dienen, vorrangig bei ra-diologischen Verfahren mit ho-her Strahlendosis des Patien-ten diese durch technische undarbeitsorganisatorische Ma-nahmen zu reduzieren, ohnedass dadurch die Untersu-chungsqualitt beeintrchtigtwird.

Dosisgren zur Charak-terisierung der Strahlen-exposition des Patienten

Die Kenntnis der mit einer Rnt-genuntersuchung verbundenenStrahlenexposition des Patien-ten ist Voraussetzung zur Ver-meidung deterministischerStrahlenschden und fr Ab-schtzung sowie Begrenzungdes Risikos stochastischer Sch-den in Form von Krebs und ge-netischen Defekten. Sie ist wei-terhin eine wesentliche Voraus-setzung, um ein rntgendia-gnostisches Verfahren zu opti-mieren, d. h. einen Kompromisszwischen der Hhe der Strah-lenexposition und dem dia-gnostischen Wert des Rnt-genbildes zu finden. Untersu-

chungen zur Strahlenexpositiondes Patienten sollten mit demZiel durchgefhrt werden, dieDarstellung der diagnostischwichtigen Bildinformation miteiner mglichst niedrigen Strah-lendosis zu erreichen.

Bei einer rntgendiagnostischenManahme setzt sich die Strah-lendosis des Patienten aus ei-nem nutz- und einem streu-strahleninduzierten Anteil zu-sammen. Die wichtigste Dosis-gre fr Messungen im Nutz-strahlenfeld ist die LuftkermaKa. Sie ist entsprechend

(1)

definiert. Bei Rntgenstrahlungbezeichnet die Gre dEtr dieSumme der Anfangswerte derkinetischen Energien aller Se-kundrelektronen, die von Pho-tonen im betrachteten Massen-element dm des Volumens dVund der Dichte freigesetztwerden. Die SI-Einheit derKerma (Kinetic energy releasedper unit mass) ist das Gray (Gy),wobei 1 Gy = 1 J/kg gilt.

Die Luftkerma wird zur Defini-tion der messbaren Dosiskenn-

gren Dosis-Flchen-Produkt,Einfalldosis, Oberflchenein-trittsdosis, Oberflchenaustritts-dosis und Bildempfngerdosisverwendet. Das Dosis-Flchen-Produkt F ist entsprechend

(2)

als Integral der Luftkerma Kaber die Querschnittsflche Ad