Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT Universitätsinstitut für Diagnostische, Interventionelle und Pädiatrische Radiologie Dr. med

Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT

Universitätsinstitut für Diagnostische, Interventionelle und Pädiatrische Radiologie

Dr. med. Sebastian Schindera

Gabriel von Allmen

Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT 2

Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern

Gliederung

• Wirkung ionisierender Strahlung, Strahlenbiologie

• CT-Strahlenkrebsrisiko

• Abschätzung des Krebsrisikos einer CT-Untersuchung

• Aktueller Stand der CT in der Schweiz

• Praktische Tipps zur CT-Dosisreduktion

• Fragen und Diskussion

20 min

20 min



Strahlenbiologische Grundlagen

• Schädigung der DNA im Zellkern durch ionisierende Strahlung:

1. Reparatur der DNA-Schäden

2. Zelltod (hohe Dosen, deterministischer Schaden)

3. Zellveränderungen (niedrige Dosen, stochastischer Schaden)



Dosis-Wirkungsbeziehung

Zellveränderung Zelltod

> 100 mSv

CT-Strahlenschutz



Strahlenkrebsrisiko

• Schwierige Abschätzung des Strahlenrisikos:

- spontane DNA-Veränderungen

- weitere Karzinogene (z.B. natürliche, chemische, virale, etc.)

• Epidemiologische Beobachtungen mit grossem Kollektiv

• Heutige Kenntnisse über Strahlenkrebsrisiko:

- Überlebende Atombombenabwürfe (10-100 mSv)

in Japan (Hiroshima-Nagasaki-Studie)



Strahlenkrebsrisiko

• Lebenszeit-Krebsmortalitätsrisiko (ICRP):

Durchschnitt: 5% pro Sv

Männliche Neugeborene: 15% pro Sv

Weibliche Neugeborene: 30% pro Sv

Beispiel: - Auf 2`000 Personen mit 10 mSv (CT-Abdomen) 1 letaler Krebsfall

- In Schweiz bei 800`000 CT-Scans / Jahr ca. 400 letale Krebsfälle

• Zeitlicher Verlauf von strahleninduzierten Tumoren:

- Leukämien: Maximum nach 10-15 Jahren, danach Abfall

- Solide Tumoren: exponentieller Verlauf mit

Maximum nach 30-40 Jahren



Strahlendosen von CT-Untersuchungen

CT-Untersuchung Effektive Dosis # Rö-Thoraces

Schädel 2 mSv 12

Thorax 5-7 mSV 42

Abdomen 8-11 mSV 66

Abdomen (mehrere Phasen) bis 40 mSv 240



Kollektive Effektive Dosis von CT-Untersuchungen

CT: 6%

Restliche RadiologischeUntersuchungen: 94%

Gesamtzahl Untersuchung

CT: 60%

Restliche RadiologischeUnters.: 40%

Kollektive Effektive Dosis



Abschätzung der effektiven Dosis

CT Schädel CT Abdomen

Effektive Dosis: Dosislängenprodukt (DLP) x Umrechnungsfaktor



Abschätzung der effektiven Dosis

CT-Untersuchung Umrechnungsfaktor (mSV / mGy x cm)

Schädel 0,002

Hals 0,005

Thorax 0,017

Abdomen 0,016Huda et al. Radiology 2008;248:995-1003

Beispiele:1.CT-Schädel: 1089 x 0,002 = 2,2 mSv

2.CT-Abdomen: 552 x 0,016 = 8,8 mSV



Diagnostische Referenzwert für CT



Strahlenkrebsrisiko durch CT

Berrington de Gonzalez et al. Arch Intern Med, December 2009;169:2071-2077

• Detailierte Abschätzung des Strahlenkrebsrisikos durch die CT

• Risikoabschätzung basiert auf Hiroshima-Nagasaki-Studie

• 57 Millionen CT-Untersuchungen in USA in 2007

- 60% Frauen

- 80% > 35 Jahre











CT-Strahleninduzierte Tumoren




Aktuelle Stand der CT in der Schweiz• Jährliche CT-Untersuchungszahlen in der Schweiz:

1998: ca. 330`000 aktuell: 800`000 - 1`000`000

• Ursachen für rapiden Anstieg der CT-Untersuchungszahlen:- rasante technische Entwicklung, mehr Indikationen- breite Verfügbarkeit (ca. 250 CT-Scanner)- schnelle und einfache Durchführbarkeit

• Weitere Ursachen:- sehr „schwache“ Indikation- CT-Untersuchungen ohne Behandlungskonsequenzen- CT-Untersuchungen ohne gründliche klinische Untersuchung- zu engmaschige CT-Verlaufskontrollen

ca. 10-15% vermeidbare CT-Untersuchungen



Aktuelle Stand der CT in der Schweiz

• Grosse Dosisunterschiede für gleiche CT-Untersuchung

21 Institute mit GE 16-MDCT

CTD

I (m

Gy)

CT-Schädel

BAG-Daten



Aktuelle Stand der CT in der Schweiz

• Lösungsansätze:

- Ausbildung MTRA, Radiologen und andere Ärztegruppen

- Standardisierte CT-Untersuchungsprotokolle (DRW des BAG)

- Beratung Radiologischer Institute



CT-Consulting Service zur Reduktion CT-Strahlendosis

• Gemeinschaftsprojekt Diagnostische Radiologie Inselspital und dem BAG

• 100% finanziert durch das BAG

• Ziel: effizienter Einsatz der CT in Bezug auf die Strahlenexposition im Sinne des ALARA-Prinzips (As Low As Reasonably Achievable)

• Beratung bestehend aus 2 Teilen:

- Individuelle CT-Protokollberatung

- Praktische Strategien zur Reduktion der CT-Strahlenexposition



Regel Nr. 1

Kein CT durchführen

- Indikation überprüfen

- Alternativen: US oder MRT



Regel Nr. 2

Einschränkung der Scanlänge



Regel Nr. 2: Einschränkung der Scanlänge

• Nur den Körperbereich scannen, der absolut notwendig zur Beantwortung der Fragestellung ist

• Oft zu grosszügige Wahl der Scanlänge (ca. 10% zu viel)

• Ursache ist oftmals Unsicherheit etwas zu verpassen

• Besondere Vorsicht:- CT-Hals: Gesichtsschädel nicht miteinschliessen- CT-Thorax: Hals reduzieren wegen Schilddrüse, Oberbauch

nur knapp miterfassen - LE-Protokoll: sehr eingeschränkte Scanlänge- CT-Abdomen: bei Männern auf die Gonaden achten

• Verlaufskontrollen mit eingeschränkter Scanlänge



Regel Nr. 2: Einschränkung der Scanlänge

26-jähriger Patient, Ausschluss Pneumonie und Pneumothorax

Reduzierten Scanlänge:

52 mGy cm (ca. 0,83 mSv)



Regel Nr. 2: Eingeschränkte Scanlänge LE-CT

Standard CT-Thorax vs. CT-Thorax

mit sehr kleinem Scanfeld:

30% Reduktion der Dosis

Schaefer-Prokop et al. Eur Radiol 2005:15 [suppl]: B595



Regel Nr. 2: Eingeschränkte Scanlänge Stein-CT

Probeschnitt auf Höhe Nierenoberpol



Regel Nr. 2: CT-Thorax und -Abdomen

2-mal Oberbauch miterfasst ca. 4 mSv zusätzliche Dosis



Regel Nr. 2: Eingeschränkte Scanlänge für CT-Thorax und -Abdomen



Regel Nr. 3

Optimale Patientenzentrierung in der CT-Gantry

- Oberflächendosis

- Bildqualität



Regel Nr. 3: Optimale Patientenzentrierung

Zu tiefe Lagerung

Hohe Dosis

Tiefe Dosis, hohes Bildrauschen

Bow-Tie Filter




Oberflächendosis BildrauschenZentriert 0 0

- 3 cm + 21% + 6%

- 6 cm + 49% + 22%

Li, J. et al. Am. J. Roentgenol. 2007;188:547-552

• 95% der Patienten mit einem CT-Thorax oder -Abdomen nicht im Isozentrum zentriert

• Durchschnittliche Abweichung: 2,6 cm (range, 0,6 – 6,4 cm)

• Folge: Höhere Oberflächendosis, schlechtere Bildqualität



Regel Nr. 4

Verwendung von Schutzmitteln für CT-Scan

- Abschirmung CT-Nutzstrahlung und Reduktion CT-Streustrahlung

- Empfehlung des BAG:1. Hodenkapseln für CT-Abdomen und -Becken2. Schilddrüsenschutz für CT-Schädel3. Abdeckung der Brust für CT-Schädel4. Abdeckung der Brust für CT-Abdomen und -Becken



Regel Nr. 4: Hodenkapseln

- Strahlenreduktion bis 95% *

- Einfache und kostengünstige Methode zur Dosisreduktion

- Hohe Akzeptanz beim Patienten

- Keine Beeinträchtigung der Bildqualität- Routine Gebrauch bei Kindern, Jugendlichen und jungen Männern

empfohlen

* Hidajat N et al, RoFo 1996;165:462-465



Regel Nr. 4: Abdeckung mit Röntgenschürze

- Grundsätzlich bei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen CT-Streustrahlung reduzieren

- Körperbereich ausserhalb des Untersuchungsfeld mit Röntgenschürze oder Schilddrüsenschutz abdecken

- CT-Schädel *: Abdeckung Schilddrüse (-33% Dosis)

Abdeckung der weiblichen Brust (-91% Dosis)

Abdeckung Oberbauch (-84% Dosis)- Effekt des Schutzmittels um so grösser, je näher das Schutzmittel am

Nutzstrahlenrand positioniert wird

- Absolute Dosisreduktion gering (0,05-0,32 mSv)

* BAG-Studie 2009, Ott et al



Regel Nr. 5



Regel Nr. 5: Dosisreduktion für CT-Planungsaufnahme

- Reduzierte Bildqualität ausreichend für CT-Planungsaufnahme

- Röhrenspannung: 80 kV

- Röhrenspannung: 10-50 mA

- Röntgenröhre unterhalb des CT-Tischs (pa-Position, 180° Position)

- CT-Thorax: Dosisreduktion bis zu 4 Thoraxaufnahmen*

* O`Daniel et al, AJR 2005;185:509-515



Regel Nr. 6



Regel Nr. 7

* Brink M et al. Radiology 2008;249:661-670



Regel Nr. 7: Arme oben für Polytrauma-CT

ED =13,5 mSv

ED = 26,7 mSv

Arme oben

Arme unten



Regel Nr. 8

Vermeidung von Mehrphasen-CT



Regel Nr. 8: Vermeidung von Mehrphasen-CT

• Mehrphasen-Untersuchungsprotokolle auf keinen Fall routinemässig

• Mehrphasen-Untersuchungsprotokolle nur bei sehr wenigen Fragestellungen indiziert

• In >50% der Fälle Mehrphasen CT-Abdomen nicht indiziert*

• Native CT-Scan liefert selten Zusatzinformationen

• Indikationen für native CT-Untersuchung:- Blutung- Wandhämatom der Aorta- NN-Raumforderung- Erstuntersuchungen nach Endoprothesenimplantation- Raumforderung der Niere (z.B. eingeblutete Zyste)

* Guite K. et al, RSNA 2009



Regel Nr. 8: Vermeidung von Mehrphasen-CT

Einsparen von Untersuchungsphasen mittels Splitbolustechnik:

1. CT der Niere

2. Polytrauma-Spirale (arterielle und venöse Phase)



Regel Nr. 8: Einsparung von Untersuchungsphasen

1. Splitbolustechnik für CT der Niere

Zamboni et al. Am. J. Roentgenol. 2010;194:145-150

40 ml2 ml/s 4 min Pause

80 ml3-4 ml/s

Nephrographische PhaseAusscheidungs Phase

Chow et al. Am. J. Roentgenol. 2007;189:314-322

80 s delay

Arterielle PhaseVenöse Phase

Ausscheidungs Phase

BolusTracking



Regel Nr. 8: Einsparung von Untersuchungsphasen

2. Splitbolustechnik für Polytrauma-Protokoll (arterielle und venöse Phase)

Loupatatzis et al. Eur Radiol. 2008;18:1206-1214

70 ml3 ml/s 10 s NaCl

75 ml4 ml/s

Start Scan



Regel Nr. 8: Einsparung des nativen CT Scans

• Virtuelle nichtkontrastierte Datensätze mittels Dual Source CT Scanner:

- Endoleak-Detektion*

- Abklärung von Nierentumoren**

- Intrakranielle Blutungen***

* Stolzmann et al, Radiology; 2008, 249:682-691** Graser et al, Radiology; 2009, 252:433-700*** Ferda et al, Eur Radiol; 2009,19:2518-2522



Regel Nr. 9

Low dose für native Phase

- tiefe Röhrenspannung (100 oder 80 kV)

- und/oder niedriger Röhrenstrom

- ohne Röhrenstrom Modulation



Regel Nr. 10

CT Angiographie mit tiefer Röhrenspannung (100 oder 80 kV)

- CT Angiographie Pulmonalarterien (Ausschluss LE)

- CT Angiographie der Aorta (Thorax und Abdomen)

- CT Angiographie der Viszeralarterien

- CT Angiographie der unteren Extremität

- CT Angiographie der Halsgefässe



Regel Nr. 10: Tiefe kV für CT Angiographie

140 kV 120 kV 100 kV 80 kV

1. Kontrast in Gefässen

2. Bildrauschen

3. Kontrast-zu-Rausch Verhältnis konstant

4. Strahlendosis und KM-Dosis

Tiefere kV:



Regel Nr. 10: Tiefe kV für pulmonale CTA

Szucs-Farkas et al, Invest Radiol 2008;43: 871–876

80 kV-Protokoll 100 kV Protokoll (< 100 kg) (> 100 kg)

2,3 mSv 3,0 mSv



Regel Nr. 10: Tiefe kV für thorako-abdominale CTA

Schindera et al, Invest Radiol 2009;44: 650–655

80 kV-Protokoll 100 kV Protokoll (< 80 kg) (> 80 kg)

5,7 mSv 7,5 mSv



Zusammenfassung - Schlussfolgerung

• Der Nutzen einer klinisch indizierten CT-Untersuchung überwiegt wesentlich das potentielle Risiko

• Stetig steigende CT-Untersuchungszahlen führen zukünftig zu mehr strahleninduzierten Krebsfällen in der Schweiz

• CT-Strahlenschutz betrifft Radiologen und MTRA gleichermassen

• Einfache Strategien zur CT-Dosisreduktion beachten- Scanlänge reduzieren- Optimale Patientenzentrierung- Untersuchungsphasen reduzieren- Schutzmittel regelmässig anwenden



Zusammenfassung

Akronym für LOW DOSE

• Länge der Untersuchungsregion minimieren

• Optimierung der Untersuchungsparameter

• Weitreichende Zusammenarbeit mit CT-Hersteller zur Systemoptimierung

• Dosis Modulation (z.B. auto mA, care dose)

• Operator Training (MTRA und Radiologe)

• Sehr gewissenhaft die effektive Dosis für einzelnen Fall hinterfragen

• Evaluierung der Dosis in regelmässigen Abständen



[email protected]@insel.ch



[email protected]@insel.ch



Adaptive Filter und iterative Rekonstruktion



Aktuelle wissenschaftliche Veröffentlichung zu Strahlenkrebsrisiko der CT

Berrington de Gonzalez, A. et al. Arch Intern Med 2009;169:2071-2077.




Prokop et al. Radiologe 2008;48:229-242.

Risiko von 100`000 exponierten Patienten mit 10 mSv



Strahlenwirkung

Deterministische Schäden Stochastische Schäden

- Akutschäden

- Dosisschwellenwert (> 100 mSv)

- Schweregrad dosisabhängig

- Keine Zufallsabhängigkeit

- Beispiele: Linsentrübung, Hauterythem

- Spätschäden

- Kleinste Dosen reichen aus

- Schweregrad nicht dosisabhängig

- Eintrittswahrscheinlichkeit dosisabhängig

- Auftreten des Schadens zufällig

- Beispiele: Strahleninduzierte Tumoren,

Erbkrankheiten

CT-Strahlenschutz




Berrington de Gonzalez, A. et al. Arch Intern Med 2009;169:2071-2077.




Li, J. et al. Am. J. Roentgenol. 2007;188:547-552

Documents

Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT Universitätsinstitut für Diagnostische, Interventionelle und Pädiatrische Radiologie Dr. med