W. C. Röntgen entdeckt die X-Strahlen (sog. Röntgenstrahlen) und erhält 1901 dafür den ersten Physik-Nobelpreis.
Am 12. Mai 2017 stimmte der Bundesrat dem Strahlenschutzgesetz zu. Damit wird das Strahlenschutzrecht in Deutschland umfassend modernisiert und der radiologische Notfallschutz auf Grundlage der Erfahrungen nach Fukushima konzeptionell fortentwickelt. Der breite Anwendungsbereich des Strahlenschutzrechts wird nun durch das neue Strahlenschutzgesetz noch erheblich erweitert. So regelt es zum Beispiel den Einsatz radioaktiver Stoffe oder ionisierender Strahlung zur Früherkennung von Krankheiten. Voraussetzung ist, dass der Nutzen das Risiko der eingesetzten Strahlung überwiegt. Auch der Umgang mit dem radioaktiven Edelgas Radon wird zum Schutz der Bevölkerung in dem Gesetz umfassend geregelt. Das Gesetz legt erstmals einen Referenzwert zur Bewertung der Radonkonzentration in Wohnräumen und Arbeitsplätzen fest. Das Strahlenschutzgesetz schafft zudem die Grundlagen für ein zwischen Bund und Ländern abgestimmtes, modernes Notfallmanagementsystem. Die Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung bei Notfällen im In- und Ausland sind in Notfallplänen darzustellen. Neu ist auch die Einrichtung eines radiologischen Lagezentrums unter Leitung des Bundesumweltministeriums, das bei einem überregionalen Notfall eine einheitliche Lagebewertung erstellt. Bislang war das Strahlenschutzrecht in der auf dem Atomgesetz basierenden Strahlenschutzverordnung und der Röntgenverordnung geregelt. Aus Anlass der Umsetzung einer Euratom-Richtlinie wurden nun erstmals alle Bereiche des Schutzes vor ionisierender Strahlung systematisch in einem Gesetz zusammenfasst.
Hermann Joseph Müller (1890 - 1965) entdeckt als erstes mutationsauslösendes Agens die Röntgenstrahlen.
In unserer technisch geprägten Gesellschaft ist der Mensch, bewusst oder unbewusst, täglich einer Vielzahl potenzieller Strahlenexpositionen ausgesetzt. Diese Expositionen können hierbei sowohl hochfrequente Strahlungen wie die Höhenstrahlung bei Flugreisen, diagnostische Röntgenstrahlung, Mikrowellenstrahlungen oder Radiowellen im häuslichen Bereich als auch niederfrequente Strahlungen, wie sie sich um elektrische Leiter herum aufbauen, beinhalten. Strahlungsemissionen niederfrequenter elektromagnetischer und magnetischer Felder sind in den vergangenen Jahren mehrfach mit einer erhöhten Erkrankungsrate von Kindern an Leukämien und malignen Lymphomen assoziiert worden. Ein gesicherter kausaler Zusammenhang konnte bisher aber in epidemiologischen Studien nicht nachgewiesen werden. Auch mit Hilfe tierexperimenteller Untersuchungen konnte das Risiko bisher nicht abschließend bewertet werden. Daher wurden niederfrequente magnetische Felder von der mit der WHO assoziierten International Agency for the Research on Cancer (IARC) als Klasse 2B "möglicherweise kanzerogen für den Menschen“ und niederfrequente elektrische Felder als "nicht klassifizierbar in Bezug auf ihre Kanzerogenität für den Menschen“ (Klasse 3) eingestuft [World Health Organization - International Agency for Research on Cancer, 2002]. Die folgende Literaturstudie ist dazu angelegt, den bisherigen Stand der Forschung und Lücken im Erkenntnisstand darzulegen.
Entsprechend der Anforderung der Röntgenverordnung ist an Personen, die sich aus anderen Gründen als zu ihrer Untersuchung oder Therapie in Kontrollbereichen aufhalten, unverzüglich die Personendosis zu messen. Es gibt zahlreiche Personengruppen, bei denen für derartige Messungen ausschließlich oder ergänzend direkt ablesbare Dosimeter eingesetzt werden. In Deutschland werden als direkt ablesbare Dosimeter in fast allen Fällen aktive elektronische Personendosimeter (EPD) verwendet. EPD haben im Vergleich zu den früher verwendeten Stabdosimetern zahlreiche praktische und messtechnische Vorteile. Im Hinblick auf ihre Verwendbarkeit haben EPD gleichwohl ein relevantes Problem. Werden sie Strahlungsfeldern mit einer Dosisleistung von einigen Sievert je Stunde ausgesetzt, so kann je nach Dosimetertyp das Ansprechvermögen, d.h. das Verhältnis zwischen der vom EPD gemessenen und der tatsächlichen Dosis, deutlich verringert sein. Bei Strahlungsfeldern sehr hoher Dosisleistung kann es sogar vorkommen, dass die Dosimeter überhaupt keine Dosis messen. Innerhalb der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen durchgeführt, um Aussagen zur praktischen Verwendbarkeit von EPD in klinischen Expositionssituationen der Röntgendiagnostik treffen zu können. Hierzu wurde das dosisleistungsabhängige Ansprechvermögen von zwei EPD-Typen, EPD Mk2.3 und DMC2000X untersucht. Weiterhin wurde eine Aufstellung sämtlicher relevanten Expositionssituationen von Personen in der human- und veterinärmedizinischen Röntgendiagnostik erarbeitet und für jede einzelne Situation bewertet, in wieweit das Ansprechvermögen von EPD der Typen EPD Mk2.3, DMC2000X sowie EDM III bei einem Einsatz in der entsprechenden Expositionssituation dosisleistungsabhängig abgesenkt ist. Es zeigte sich, dass mit einer Ausnahme in sämtlichen Expositionssituationen der Human- und Veterinärmedizin die konservativ abgeschätzte, maximal mögliche Dosisleistung am Aufenthaltsort der Personen kleiner oder gleich 1 Sv/h war. Die Konservativität der theoretischen Abschätzung wurde durch Messungen der Dosisleistung am Trageort der EPD überprüft. Die Messungen erfolgten in der klinischen Routine sowie in nachgestellten, extremen Expositionssituationen. Es zeigte sich, dass die theoretische Beschreibung konservativ im Hinblick auf die gemessene Dosisleistung am Trageort der EPD ist. Anhand der messtechnischen Überprüfung des dosisleistungsabhängigen Ansprechvermögens der EPD, der theoretischen Abschätzung der maximalen Dosisleistung am Trageort der EPD sowie deren messtechnischer Überprüfung ist davon auszugehen, dass die untersuchten EPD-Typen in den im Bereich der Röntgendiagnostik als relevant anzusehenden Expositionssituationen ein Ansprechvermögen von mehr als 0,8 haben. Aufgrund dieses Befundes kann geschlussfolgert werden, dass die betrachteten EPD-Typen im Bereich der human- und veterinärmedizinischen Röntgendiagnostik ohne relevante, messtechnische Probleme eingesetzt werden können. //ABSTRACT// The German x-ray regulation “Röntgenverordnung” requires for the personal dose to be measured immediately on every person who is within the control area for reasons other than their diagnostic examination or therapeutic treatment. To comply with this requirement directly readable dose meters are used in numerous situations, serving as sole or as additive dosemeters. In Germany, the predominantly used directly readable dosemeters are electronic personal dosemeters (EPD). Compared to the formerly used pen dosemeters, EPD hold several advantages of practical and metrological nature. Regarding their applicability, however, they show a relevant deficit. When exposed to a radiation field with dose rates of several Sievert per hour (Sv/h) the response, meaning the relation between the displayed and the actual dose, can be significantly reduced. Under conditions of extremely high dose rates no dose might be measured at all. In the presented study, clinical exposure situations in x-ray diagnostics have been examined in order to classify them regarding their suitability for the use of EPD. Therefore, the response of two different dosemeters (EPD Mk2.3 and DMC2000X) was examined as a function of the dose rate. Furthermore, all relevant exposure situations for persons involved in diagnostic X-ray examinations were listed. For each of these situations the dose rate depending reduction of the response of the dosemeters “EPD Mk2.3”, “DMC2000X”, and “EDM III” was evaluated. It could be found that the conservatively estimated maximally possible dose rate at the location of each person was equal to or below 1Sv/h in all exposure situations in human and veterinary medicine with only one exception. To verify the conservatism of the theoretical estimation, measurements of the dose rate have been performed at the location of the EPDs. The measurements were taken in clinical routine as well as in set-up extreme exposure situations. It could be shown that the theoretical description is conservative regarding the measured dose rate at the location of the EPDs. Based on the metrological examination of the dose rate dependent response of the EPDs, as well as the theoretical estimation of the maximum dose rate at the location of the EPD and the experimental verification thereof, one can assume that the examined EPD types show a response of over 0.8 in all relevant exposure situations. It can be concluded that the tested EPD types can be used in human and veterinary medicine x-ray diagnostics without any relevant metrological problems.
Die Ermittlung der Körperdosis ist gemäß Strahlenschutz- und Röntgenverordnung für Personen erforderlich, die sich in Kontrollbereichen aufhalten. Zu diesem Personenkreis gehören neben den beruflich strahlenexponierten Personen die helfenden Personen in der Human-, Zahn- und Tiermedizin. Ziel des Vorhabens war es u.a., bei typischen Bestrahlungsszenarien bei helfenden Personen rückführbare Dosiswerte in der Messgröße Tiefen-Personendosis, Hp(10), zu ermitteln. Diese Daten sollen als Grundlage für die Entscheidung dienen, ob und wenn ja wie die helfenden Personen in die Strahlenschutzüberwachung einbezogen werden. D.h. ob die Personendosis jeweils pauschal durch Berechnung ermittelt werden soll, ob Dosimeter zu tragen sind oder aber ob auf eine Dosisermittlung verzichtet werden kann. Als Fazit ergibt sich aus diesen Erfahrungen, dass elektronische Dosimeter für die Strahlenschutzüberwachung an Arbeitsplätzen mit gepulster Photonen-Strahlung nur bedingt verwendbar sind. Das gleiche gilt für Messungen im Rahmen von Gutachtertätigkeiten an gepulsten Röntgenanlagen.
Der vorliegende Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben „Bestimmung von Strahlenschutzszenarien als Voraussetzung für eine nachhaltige Gewährleistung des Strahlenschutzes beim Umgang mit Ultrakurzpuls-Lasern (UKP Laser) u.a. zur Unterstützung eines einheitlichen Vollzugs“ hat drei Themenschwerpunkte. Der erste Teil des Forschungsvorhabens beschäftigte sich mit der „Ermittlung des aktuellen Standes von Wissenschaft und Technik bezüglich des Auftretens ionisierender Strahlung beim Betrieb von UKP-Lasern verschiedener Bauarten“. Im Einzelnen wurden die physikalischen Mechanismen, die zu einer Röntgenerzeugung in der Ultrakurzpuls-Lasermaterialbearbeitung führen können, ermittelt und deren Abhängigkeit von den verschiedensten Einflussgrößen diskutiert. Weiterhin wurden die zurzeit genutzten Lasersysteme und aktuelle lasertechnologische Entwicklungen vorgestellt, die in naher Zukunft durch die Einführung von Pulsfolgefrequenzen im MHz- bis GHz-Bereich und Einzelpulsenergien im mJ-Bereich Laserleistungen im kW-Bereich in der Ultrakurzpuls-Lasermaterialbearbeitung ermöglichen. Zudem wurden die aktuell in der Lasermaterialbearbeitung genutzten Laserschutzgehäuse bezüglich der Strahlenschutztauglichkeit und die bereits von den Betreibern umgesetzten Strahlenschutzmaßnahmen dargestellt. Der zweite Teil des Forschungsvorhabens war der „Erarbeitung konservativer wie auch realistischer Szenarien beim Betrieb von UKP-Lasern“ gewidmet, in dem Strahlenschutzszenarien auf der Grundlage einer Datenerhebung erarbeitet wurden, die durch Vor-Ort-Messungen und Besichtigungen bei den Anwendern ergänzt wurden. Abschließend wurden im dritten Teil „Berechnungen der Expositionen H*(10) und H‘(0,07) für die erarbeiteten Umgangsszenarien“ auf der Grundlage vorhandener und erhobener Daten durchgeführt. Die im ersten Teil des Forschungsvorhabens gewonnen Erkenntnisse zeigen, dass die Erzeugung ionisierender Strahlung in der Ultrakurzpuls-Lasermaterialbearbeitung von einer Vielzahl sich zum Teil gegenseitig beeinflussender Parameter (Laser-, Plasma- und Bearbeitungsparameter) abhängen kann. So ist für den die Röntgenemission im keV-Bereich dominierenden Prozess der Resonanzabsorption die Laserpulsdauer, der Einfallswinkel auf einer durch den Bearbeitungsschritt vorgegebenen lokalen Oberflächentopographie und der Polarisationszustand von wesentlicher Bedeutung für die entstehende Röntgenemission. In Abhängigkeit von diesen Größen und vom Material kann die emittierte Röntgendosisleistung um mehrere Größenordnungen variieren. Zur spektralen Verteilung der Röntgenemission, deren Kenntnis für die Berechnung einer adäquaten Abschirmung erforderlich ist, konnten, bis auf die von der BAM und der PTB veröffentlichten Messungen, keine Datensätze aus der Lasermaterialbearbeitung ermittelt werden. Die in der Literatur veröffentlichten Spektren sind in der Regel bei deutlich höheren Laserintensitäten, viel geringeren Pulsfolgefrequenzen, ohne eine räumliche Überlappung der Laserpulse auf dem Werkstück und im Vakuum gemessen worden und daher nur bedingt auf die Ultrakurzpuls-Lasermaterialbearbeitung übertragbar. In Vor-Ort-Messungen bei industriellen Anwendern mit den zurzeit verfügbaren leistungsstärksten Laseranlagen musste festgestellt werden, dass eine worst-case Strahlenexposition nicht durch die Einstellung einer Kombination von worst-case Laserparametern reproduziert werden kann, sofern die technischen Komponenten der Lasermaterialbearbeitungsmaschine (im Regelfall) für die Routine-Lasermaterialbearbeitung optimiert wurden. Infolgedessen konnten in den Vor-Ort-Messungen keine erhöhten Strahlenexpositionen nachgewiesen werden. Auf der Grundlage der vorhandenen Daten und gewonnenen Erkenntnisse wurden Strahlenschutzszenarien für den Routinebetrieb in der Lasermikromaterialbearbeitung sowie verschiedene Unfallszenarien entworfen. Bei den Unfallszenarien wurde von einem Betrieb der Lasermaterialbearbeitungsanlage mit Routineparametern ausgegangen. Bei den Berechnungen für den Routinebetrieb, sowie für verschiedene Unfallszenarien unter Routinebearbeitungsbedingungen, zeigte sich, dass Einhausungen aus Stahl für die Gewährleitung des Strahlenschutzes in der Lasermaterialbearbeitung ausreichend sind. Diese Aussage schließt allerdings nicht Bearbeitungsprozesse mit leistungsstärkeren Laseranlagen ein, bei denen die technischen Komponenten an die höheren Leistungen angepasst sind oder Materialbearbeitungsprozesse außerhalb der Lasermikromaterialbearbeitung. Andere Abschirmmaterialien sollten dagegen nicht oder nur bei Einhaltung eines ausreichenden Abstandes zum Bearbeitungspunkt eingesetzt werden. Letzteres trifft für Aluminium als Abschirmmaterial zu.
Die medizinische Strahlenexposition hat in den vergangenen Jahrzehnten zugenommen und weist den höchsten Anteil an der zivilisatorischen Strahlenexposition auf. Besonders die tendenziell mit höheren Strahlendosen verbundenen Untersuchungen wie CT haben in Deutschland (Brix et al, 2005) ebenso wie den USA (Mettler et al, 2008) an Häufigkeit zugenommen. Das Ziel dieser Machbarkeitsstudie war die Entwicklung praktikabler Erhebungsinstrumente für eine valide Erhebung der medizinischen Strahlenexposition in der Nationalen Kohorte. A priori wurde festgelegt, dass die Machbarkeit der Erhebung der lebenslangen medizinischen Strahlenexposition sowie die prospektive Erfassung potentieller Expositionen im Rahmen eines Follow up überprüft werden sollen. Das BIPS koordinierte diese Machbarkeitsstudie, die gemeinsam mit dem Institut für Medizinische Biometrie, Epidemiologie und Informatik (IMBEI) der Universitätsmedizin Mainz sowie dem Institut für Medizinische Physik und Strahlenschutz (IMPS) der Technischen Hochschule Mittelhessen durchgeführt wurde. Zunächst wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, um in anderen Studien eingesetzte Erhebungsinstrumente zur Erhebung retrospektiver medizinischer Strahlenexpositionen zu evaluieren und zu bewerten. Auf Basis der gefundenen Informationen wurde ein Fragebogeninstrument für die Machbarkeitsstudie entwickelt. Nachfolgend wurden im Rahmen der Machbarkeitsstudien für die Nationale Kohorte alle Teilnehmer der Rekrutierungsorte Bremen und Hamburg gebeten, den für die Machbarkeitsstudie entwickelten Fragebogen zu früheren Röntgenuntersuchungen zu beantworten. Insgesamt 199 Personen (87 männlich, 112 weiblich) beantworteten den Fragebogen. Alle Studienteilnehmer gaben an, jemals radiologisch untersucht worden zu sein, wobei am häufigsten die Zähne (n=191), obere (n=124) sowie untere Extremitäten (n=121) und der Brustraum (n=117) untersucht wurden. 45% der Studienteilnehmer (n=90) hatten jemals eine CT-Aufnahme. Am häufigsten wurde eine CT des Schädels (n=42) genannt. Für Röntgen- und Interventionelle Untersuchungen wurden Geräteherstellerempfehlungen, Leitlinien der Bundesärztekammer und Konversionsfaktoren aus Drexler u.a (1993)., benutzt, um eine retrospektive Schätzung der Organdosen, z.B. für das Gehirn, die Augenlinse, die Nebennieren, die Lunge und die Speicheldrüse durchzuführen. Bei den CT-Untersuchungen wurden Organdosen mit dem Programm CT-Expo ermittelt. Eine mittlere gesamte Dosis von 0,6 mSv wurde bei Brustraumuntersuchungen mit erhöhter Belastung von 0,11 mSv für die Nebennieren sowie die Lunge errechnet. Für CT-Schädel Untersuchungen wurde eine mittlere Gesamtorgandosis von 52,9 mSv geschätzt. //Abstract// Exposure to medical ionizing radiation has been increasing over the past decades and clearly constitutes the largest contributor to overall human radiation exposure. In particular, dose-intensive diagnostic procedures like CT have been increasing in terms of frequency in Germany (Brix et al, 2005) and other countries like the USA (Mettler et al, 2008). The aim of this feasibility study was to develop usable instruments for a valid assessment of individual medical radiation exposure in the National Cohort Study. It was a priori determined that the feasibility study would not only assess the life-long medical ionizing radiation exposure, but that the prospective assessment of exposure would also be considered. The BIPS coordinated the study which was conducted jointly with the Institute for Medical Biostatistics, Epidemiology and Informatics, University Medical Centre Mainz and the Institute for Medical Physics and Radiation Protection, University of Applied Sciences (THM), Gießen. Initially, a systematic literature review to provide an overview of instruments used in similar studies, as well as assess their quality was conducted. On the basis of the retrieved instruments, a questionnaire to be used in the feasibility study was constructed. Thereafter, the developed questionnaire was used in the context of the feasibility studies for the National Cohort Study. Details of previous x-ray examinations were collected from participants of the Bremen and Hamburg study centres during face-to-face interviews. To assess the feasibility of a prospective assessment of medical radiation exposures, modified x-ray cards, developed for the feasibility study, were distributed to participants in Bremen. The cards were constructed such that in addition to type and date of examination, parameters required for dose estimation, e.g. the dose-length-product and dose-area-product, could also be documented. The participants were requested to use the card over a period of six months from the day of the interview, and have all radiological examinations which they might undergo documented. A total of 199 individuals (87 male and 112 female) took part in the interviews. All participants had been x-rayed at least once during their lifetime, and the most common examinations were dental (n=191), upper (n=124) and lower extremities (n=121), and chest x-rays (n=117). The most common examination among the 90 participants who reported CT examinations was of the skull (n=42). For x-ray and interventional examinations, recommendations of manufacturers, guidelines of the German Medical Association for radiology, and conversion factors published by Drexler et al, were used for the retrospective organ dose estimation, e.g. for the brain, eye lens, adrenal gland, lungs and the spleen. For CT examinations, organ doses were estimated using the CT-Expo software. A total mean dose of 0.6 mSv was calculated for chest examinations, with an increased load of 0.11 mSv for the adrenal glands and the lungs. A mean total organ dose of 52.9 mSv was estimated for skull-CT examinations. For the prospective assessment, 55 of the 98 distributed x-ray cards were returned after 6 months, 13 of which contained records. The usefulness of the records for dose estimation was however limited. At the end of the project, an estimation of the costs for the main study was done, based on the costs of the feasibility study. The final report was submitted to the Federal Office for Radiation Protection (BfS in November 2012.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden röntgendiagnostische Untersuchungsmethoden in der Tiermedizin dosimetrisch begleitet. Ziel war es, die Strahlenexposition des medizinischen Fach- und Hilfspersonals bei der Durchführung einer röntgendiagnostischen Untersuchung zu ermitteln und in eine Datenstruktur zu übertragen, so dass zuverlässige Vorhersagen zur Strahlenexposition bei künftiger Durchführung röntgendiagnostischer Untersuchungen möglich sind. Messungen wurden hierzu schwerpunktmäßig in zwei am Forschungsvorhaben beteiligten tiermedizinischen Kliniken der Freien Universität Berlin durchgeführt. Darüber hinaus wurden Messungen bei vier niedergelassenen Tierärzten durchgeführt. Schließlich wurden spezielle Untersuchungssituationen mit Hilfe von Tierkörperphantomen nachgestellt und entsprechend dosimetrisch begleitet. Bei den Messungen, die aufgrund der Abschirmwirkung von Schutzkleidung vor der Schutzkleidung durchgeführt wurden, kamen primär elektronische Personendosimeter, aber auch Thermolumineszenzdosimeter und eine Ionisationskammer zum Einsatz. Die Auswertung der Messungen zeigt, dass die Strahlenexposition des medizinischen Fach- und Hilfspersonals während einer einzelnen röntgendiagnostischen Untersuchung infolge der Streustrahlung der Röntgenstrahlung am Patienten niedrig ist. Allerdings kann die Häufigkeit, mit der solche Untersuchungen durchgeführt werden, zu einer auf ein Jahr betrachteten bedeutenden Exposition auch jenseits der gesetzlichen Grenzwerte führen. Insofern weisen die Messungen auch auf die hohe Bedeutung einer entsprechenden Strahlenschutzbekleidung hin. Die Zusammenstellung der Messdaten in der „Job-Exposure-Matrix“ schließlich erlaubt eine einfache Abschätzung der für eine einzelne röntgendiagnostische Untersuchung zu erwartenden Strahlenexposition für verschiedene an der Untersuchung beteiligte Personen und verschiedene Messpositionen. Zu beachten ist hierbei allerdings, dass die zugrunde liegenden Messdaten nur die Streustrahlung am Tierpatienten berücksichtigen, nicht aber eventuelle Expositionen zum Beispiel der Hände durch die Primärstrahlung des Röntgensystems. Solche Expositionen sind aufgrund der sehr hohen Ortsdosisleistungen mit den gewählten elektronischen Personendosimetern nicht messbar. Generell müssen solche Expositionen durch geeignete Schutzkleidung sowie entsprechende Verhaltensweisen unter allen Umständen vermieden werden.
Die 3D-Bildgebung nimmt in der medizinischen Diagnostik eine zentrale Stellung mit stark steigender Bedeutung ein. 3D-Bildgebung unter Nutzung von Röntgenstrahlen erfolgte bis vor wenigen Jahren fast ausschließlich mittels Computertomographen. Dieses hat sich inzwischen geändert. Computertomographen (CT-Geräte) haben immer noch eine bedeutende Rolle, es gibt jedoch zunehmend Geräte, die vielfach Weiterentwicklungen von Fluoroskopiegeräten darstellen und die ergänzend zu Projektionsaufnahmen und Durchleuchtungen eine 3D-Bildgebung ermöglichen. Aufgrund der Form des Strahlenkegels werden Aufnahmen mit diesen Geräten als Kegelstrahl-Computertomographien (Cone beam computed tomography CBCT) bezeichnet. Es gibt etliche klinische Fragestellungen, die abhängig von den klinischen Gegebenheiten mit CT- oder CBCT-Geräten untersucht werden können. Die Dosiswerte, die zur Bewertung der Strahlenexposition der Patienten von den Geräten angezeigt werden, sind aufgrund der historischen Entwicklung strukturell verschieden; an Computertomographen werden die Größen Computertomographie-Dosisindex (CTDI) und Dosislängenprodukt (DLP) angezeigt, an CBCT-Geräten das Dosisflächenprodukt (DFP). Beide Sätze von Dosisgrößen sind konzeptionell unterschiedlich, so dass es bislang kaum möglich ist, die Strahlenexposition einander entsprechender Untersuchungen zu vergleichen, die an CT- oder CBCT-Geräten durchgeführt werden. Ziel dieses Vorhabens war es, geeignete Konversionsfaktoren zu ermitteln, die es ermöglichen, beide Sätze von Dosisgrößen ineinander umzurechnen. Vor dem Beginn eigener Forschungsaktivitäten im Vorhaben wurde anhand diverser wissenschaftlicher Datenbanken eine Erhebung über bestehende Vorarbeiten durchgeführt. Die Weiterentwicklung auf dem Gebiet wurde durch wiederholte Sichtungen der Literatur im Projektzeitraum verfolgt. Es zeigte sich, dass in der internationalen Literatur bislang keine substanziellen Arbeiten zu dem Thema zu finden sind. Gleichermaßen konnten keine Verlautbarungen relevanter nationaler oder internationaler Gremien identifiziert werden. Innerhalb des Vorhabens wurden vier unterschiedliche Herangehensweisen (zwei messtechnische und zwei simulationstechnische) verfolgt, um die beiden Sätze von Dosisgrößen ineinander zu überführen. In einem ersten Ansatz wurde auf der Basis von Messungen an CBCT-Geräten eine Umrechnung der Dosisgröße DFP in DLP vorgenommen. Hierbei wurden Dosismessungen an einem dreifachen CTDI-Phantom durchgeführt und hierdurch ein DLP ermittelt, das mit dem angezeigten DFP verglichen wurde. In logisch umgekehrter Richtung wurden Messungen an CT-Geräten durchgeführt und die dort als Standard angezeigte Größe DLP in ein messtechnisch bestimmtes DFP umgerechnet. Hierzu wurden die Dosis frei in Luft im Isozentrum und die Ausdehnungen des Strahlkegels längs und orthogonal zur Patientenachse bestimmt. Bei der Ausdehnung orthogonal zur Patientenachse wurde der durch den Formfilter der Computertomographen modulierte Dosisverlauf berücksichtigt. Die beiden simulationstechnischen Ansätze basieren auf Rechnungen mittels der Software ImpactMC. Ein erster simulationstechnischer Ansatz zielte darauf ab, die Messungen an den CBCT-Geräten abzubilden und den messtechnisch verfügbaren Parameterraum durch Simulationen zu erweitern. Ein zweiter Ansatz nutzte nicht mehr die technischen Dosisgrößen, sondern basierte auf einer risikobehafteten Kopplung unter Verwendung der effektiven Dosis. Die Simulationen basierten auf grundlegenden gerätetechnischen Größen, die vor den Simulationen gemessen oder anhand der Gerätedatenblätter ermittelt wurden und Parametern der betrachteten klinischen Untersuchungsprotokolle. Die Simulationen bei dem risikobasierten Ansatz erfolgten unter Verwendung eines männlichen ICRP Voxelphantoms nach ICRP-Publikation 110 mit den zugehörigen Gewebewichtungsfaktoren nach ICRP-Publikation 103. Bei den messtechnischen und simulationstechnischen Ansätzen wurden insgesamt 15 CBCT-Geräte und zwei Computertomographen sowie vier Untersuchungsregionen im Kopf-Halsbereich und vier Untersuchungsregionen im Bereich des Körperstamms betrachtet. Die Messungen unter Verwendung des CTDI-Kopfphantoms zeigen bei den CT- und CBCT-Geräten eine Abhängigkeit des Konversionsfaktors von den bei den Aufnahmen verwendeten Röntgenspektren. Der beobachtete Zusammenhang lässt sich anhand grundlegender Überlegungen zur Strahlabsorption erklären. Unabhängig von dieser grundlegend beobachteten Abhängigkeit treten gerätespezifisch individuelle Abweichungen vom idealen Verlauf auf, jedoch lässt sich als Konversionsfaktor ein mittlerer Wert von 23,6 cm annehmen, dem nahezu alle betrachteten Geräte und klinischen Untersuchungsprotokolle mit einer maximalen Abweichung von 20% entsprechen. Für Messungen unter Verwendung des CTDI-Körperphantoms lässt sich die auch hier zu vermutende Abhängigkeit des Konversionsfaktors vom Röntgenspektrum nicht beobachten. Es lässt sich jedoch auch hier ein Wert von 50,5 cm ermitteln, um den mit einer maximalen Abweichung von 20% fast alle geräte- und untersuchungsprotokollspezifisch ermittelten Konversionsfaktoren liegen. Die anhand von Simulationen der technischen Dosisgrößen ermittelten Konversionsfaktoren liegen nahe bei den messtechnisch ermittelten Werten, ohne dass jedoch die messtechnisch beobachteten geräteindividuellen Abweichungen vom idealen Verhalten auch simulationstechnisch beobachtet werden. Die anhand der risikobasierten Überlegungen ermittelten Konversionsfaktoren weichen von dem anhand der technischen Dosisgrößen ermittelten Verlauf relevant ab. Sie zeigen auch deutlich größere Streuungen als die auf der Basis technischer Dosisgrößen ermittelten Konversionsfaktoren. Der Unterschied lässt sich insbesondere darauf zurückführen, dass bei der technischen Betrachtung die im menschlichen Körper enthalten Organe und deren individuelle Strahlenempfindlichkeit nicht berücksichtigt werden. So interessant und zukunftsweisend dieser Ansatz auch ist, zeigte es sich zum Abschluss des Vorhabens doch, dass noch zahlreiche weitergehende Studien erforderlich sind, um ein in der Praxis anwendbares Konzept unter Nutzung des Patientenrisikos zu erhalten. Die anhand der Betrachtungen der technischen Dosisgrößen ermittelten Konversionsfaktoren ermöglichen es, diagnostische Referenzwerte (DRW), die für CT-Untersuchungen als Dosislängenprodukt (DLP) festgelegt wurden, auf entsprechende Untersuchungen unter Verwendung von CBCT-Geräten zu übertragen, die die Dosis als Dosisflächenprodukt (DFP) dokumentieren. Eine Herausforderung bei diesem Ansatz besteht darin, dass die meisten CBCT-Geräte keine Kollimation des Strahls längs und orthogonal zur Patientenachse ermöglichen. Die in der CBCT-Bildgebung abgebildeten 3D-Volumen weichen damit von den Volumen ab, die bei der Festlegung von DRW in der CT-Bildgebung angenommen wurden. Zudem verwenden allein auch CBCT-Geräte deutlich unterschiedlich große Strahlungsfelder. Bei einer einfachen Übertragung der als DLP publizierten DRW aus der CT-Diagnostik resultiert daraus eine Verzerrung beim Betrieb unterschiedlicher Geräte. Eine mögliche Lösung für diese Herausforderung ist, die nach der Konversion von DLP nach DFP erhaltenen Wert auf die Größe des gerätespezifischen Strahlenfeldes zu beziehen. Es resultiert eine Dosisgröße, die als Einfallsdosis im Isozentrum bei der 3D-Aufnahme interpretiert werden kann. Diese Größe erscheint für eine Regelung sinnvoll und ermöglicht es potenziell geräteunabhängig einheitliche Referenzwerte für 3D-Aufnahmen festzulegen. Es verbleibt der bei der Verwendung technischer Dosisgrößen bei der Festlegung von DRW bislang allgemein nicht berücksichtigte Zustand, dass Untersuchungen gleicher technischer Dosiswerte, die an unterschiedlichen Geräten durchgeführt werden, zu unterschiedlichen effektiven Dosiswerten bei Patienten führen können. Diese Herausforderung ist in weiteren Studien zu adressieren.
| Origin | Count |
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