Strahlenexposition und Strahlenrisiko in der Röntgendiagnostik Michael Uder Michael Brand Michael Küfner Manfred Säbel Radiologisches Institut des Universitätsklinikums Erlangen

Organdosen für verschiedene Untersuchungen von Frauen mit Röntgenaufnahmen Organdosis in mGy Ovarien Weibl. Brust Rotes Knochen-mark Lunge Schilddrüse Schädel <0.0001 0.31 0.02 2.2 HWS 0.11 0.14 4.0 Thorax 0.0006 0.03 0.20 0.065 Rippen 0.004 4.1 0.42 3.0 1.5 BWS 0.01 5.4 0.41 0.81 oberer GI-Trakt 0.45 0.53 4.8 0.07 Hüfte 0.78 0.17 Becken 1.48 0.27 0.011 Urogramm 2.1 0.48 0.12 0.0001 LWS 1.3 0.0003 i.v. Pyelogramm 6.4 1.2 0.35 Kreuzbein 0.0005 Dickdarm 7.9 0.0002 Quelle: [14]

Anzahl der Überwachten Ganzkörperjahresdosis bei beruflich strahlenschutzüberwachten Personen im Jahr 2002 Dosis in mSv Anzahl der Überwachten 265 773 0 – 0.2 22 529 0.2 – 1 16 362 1 – 6 8 390 6 – 20 1 513 > 20 19 Jährlicher Grenzwert der effektiven Dosis für beruflich strahlenexponierte Personen: 20 mSv Quelle: [3]

Stochastische und deterministische Strahlenwirkungen Lineare DWB Lineare DWB Quelle: [5]

Dosis-Wirkungs-Beziehungen Linear-quadratische DWB mit Zellabtötungsterm Quelle: [5]

Mutationstypen (Genmutation) Genfolge Quelle: [5]

Entstehung von Chromosomenmutationen A: Dizentrisches Chromosom B: Ringchromosom Quelle: [6]

Quantifizierung von DNA-Doppelstrangbrüchen - γ-H2AX-Immunfluoreszenzmikroskopie - Primärantikörper Fluorochrom P Phosphorylierung Sekundärantikörper Vor Exposition Nach Exposition

DNA-Doppelstrangbrüche nach Herz-CT - Korrelation mit der Exposition - r=0,88, p<0,0001 CT-induzierte DSB / Zelle Dosislängenprodukt [mGy*cm] Quelle: [12, 13]

Direkte Methode Indirekte Methode Strahleninduzierte Mutationsrate bei der Maus Strahleninduzierte Mutationsrate bei der Maus Spontane Mutations-rate bei der Maus Korrektur- und Multiplikations-fatoren Verdoppelungsdosis 1 Sv Quelle: [15] Spontane Mutations-rate beim Menschen Strahleninduzierte Mutationsrate beim Menschen

Epidemiologische Untersuchungen zur Induktion von Krebs durch ionisierende Strahlung Kollektiv Größe Hiroshima und Nagasaki 91000 xx Atomare Testexplosionen: militärisches Personal 10000 Bevölkerung in der Nähe der Testorte 500000 Medizinische Strahlenexposition: Morbus Bechterew 14000 Cervix-Carcinom 180000 Brustbestrahlung 10000 Kopf und Thymusdrüse 20000 Morbus Hodgkin 10000 Krebs im Kindesalter 10000 Thorotrast-Anwendung 2000 Pneumothorax 2000 Berufliche Strahlenexposition: Werftarbeiter 24000 Nuklearindustrie- und Reaktorpersonal 30000 Bergarbeiter 22000 Radiologen 20000 Radium-Zifferblattmaler 4000 Quelle: [15]

Todesfälle infolge eines strahleninduzierten Krebses pro 10000 Personen und pro Sievert Kollektiv: Hiroshima und Nagasaki Bestrahlungsart: kleine Dosis; kleine Dosisleistung Zusammensetzung nach Alter und Geschlecht: Gesamtbevölkerung Organ/Gewebe ICRP 26 ICRP 60 ICRP 103 (1977) (1991) (2007) rotes Knochenmark 20 50 35 Magen -- 110 60 Lunge 20 85 100 Dickdarm -- 85 35 Speiseröhre -- 30 25 Blase -- 30 20 Brust 25 20 40 Leber -- 15 65 Ovarien -- 10 10 Schilddrüse 5 8 2 Knochenoberfläche 5 5 3 Haut -- 2 2 Restkörper 50 50 110 Summe 125 500 507 Quelle: [7, 8, 9] 5 % / Sv

Risikomodelle für das Auftreten zusätzlicher strahleninduzierter Krebsfälle Additive Risikoprojektion Differenz ~ D Multiplikative Risikoprojektion Quotient ~ D Quelle: [5]

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 mSv 1 Sv

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 0.08 rotes Knochenmark 0.12 0.12 Dickdarm 0.12 0.12 Lunge 0.12 0.12 Magen 0.12 0.12 Blase 0.05 0.04 Brust 0.05 0.12 Leber 0.05 0.04 Speiseröhre 0.05 0.04 Schilddrüse 0.05 0.04 Haut 0.01 0.01 Knochenoberfläche 0.01 0.01 Gehirn --- 0.01 Speicheldrüse --- 0.01 Restkörper 0.05 0.12 Summe 1.00 1.00 Quelle: [8, 9]

Altersstruktur von stationären Patienten bei verschiedenen Röntgenuntersuchungen Angegeben ist die Häufigkeit in % Untersuchung Altersgruppe in Jahren 0-15 16-40 41-64 > 65 Wirbelsäule 2 12 32 54 Abdomen 3 20 28 49 Darm 0 10 32 58 Angiographie 3 8 46 43 Computertomographie 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 = 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) 0.001 Lendenwirbelsäule (2 mSv) 0.01 CT - Thorax (20 mSv) 0.1 Andere diagnostische und therapeutische Maßnahmen: Kontrastmittel 0.005 Narkose 0.02 intravenöse Cholangiographie 0.02 zerebrale Angiographie 0.03 translumbale Angiographie 0.04 perkutane transluminale Angioplastie transfemoral 0.03 transaxillär 0.06 Angiokardiographie 0.1 Bypass-Operation ausgewählte Fälle 2 Notfälle 15 Alltag (jährlich): Blitzschlag 0.0001 Verkehrsunfall 0.014 20 Zigaretten täglich 0.05 Drachenfliegen 0.2 Beruf (jährlich): Handel 0.007 Transport 0.04 Landwirtschaft 0.07 Bauwesen 0.08 Quelle: [10]