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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]