Aus dem Fachgebiet Allgemeine Radiologie und Medizinische Physik der Tierärztlichen Hochschule Hannover und der Klinik für Pferde
der Tierärztlichen Hochschule Hannover
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Untersuchungen zur Strahlenexposition von Tierhaltern und Hilfspersonal bei radiographischen Standardverfahren in der
Klinik für Pferde
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Titels einer Doktorin der Veterinärmedizin
(Dr. med.vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
vorgelegt von
Constance Busse, geb. Martschei aus Greifswald
Hannover, 2008
Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Hermann Seifert Prof. Peter Stadler
1. Gutachter: Prof. Hermann Seifert 2. Gutachter: Prof. Jürgen Rehage
Tag der mündlichen Prüfung: 26.05.2008
Meiner Familie und denen,
die mich leiten und begleiten
Inhaltsverzeichnis
1 EINFÜHRUNG 9
2 LITERATUR 10
2.1 Strahlenphysikalische und –biologische Grundlagen 10
2.1.1 Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie 10
2.1.2 Wirkung von Röntgenstrahlung auf Zellen und Gewebe 12
2.1.3 Dosisgrößen zur Charakterisierung der Strahlenexposition 16
2.2 Dosimetrische Messverfahren 20
2.2.1 Allgemeine Grundlagen 20
2.2.2 Ionisationskammerdosimetrie 21
2.2.3 Filmdosimetrie 22
2.2.4 Thermolumineszenzdosimetrie 23
2.3 Allgemeine Grundlagen des Strahlenschutzes 25
2.3.1 Charakterisierung des Strahlenrisikos 25
2.3.2 Prinzipien des Strahlenschutzes 25
2.3.3 Gesetze und Richtlinien 26
2.4 Radiographische Standardverfahren in der equinen Radiologie 32
2.4.1 Standardisierung in der equinen Radiologie 32
2.4.2 Indikationen in der equinen Radiographie 34
2.5 Strahlenschutz im Bereich der equinen Radiographie 35
2.5.1 Baulicher und gerätetechnischer Strahlenschutz 35
2.5.2 Strahlenschutz des Personals 36
2.5.3 Strahlenschutz der Tierbetreuungsperson 38
2.6 Studien zur Strahlenexposition im Bereich der equinen Radiographie 38
2.6.1 Studien im Zeitraum von 1950 bis 1970 39
2.6.2 Studien nach 1970 42
2.6.2.1 Einzelaufnahmeabhängige Untersuchungen 42
2.6.2.2 Untersuchungen zu Langzeitwirkungen bzw. Langzeituntersuchungen 46 2.6.2.3 Untersuchungen zur Entwicklung, Verbreitung und Qualifikation in der equinen Radiologie 50
3 FRAGESTELLUNGEN DER EIGENEN UNTERSUCHUNGEN 52
Inhaltsverzeichnis
4 MATERIAL UND METHODEN 53
4.1 Röntgentechnik 53
4.2 Radiographische Standardverfahren 54
4.3 Patientengut 56
4.4 Strahlenschutz von Personal und Tierbetreuungsperson 57
4.4.1 Strahlenschutzkenntnisse 57
4.4.2 Strahlenschutzkleidung 58
4.5 Messungen zur Bestimmung der Strahlenexposition 60
4.5.1 Ortsdosismessungen 60
4.5.2 Dosismessungen an Personal und Tierbetreuungsperson 63
4.5.2.1 Verteilung der Messorte 63
4.5.2.2 Erfassung dosisrelevanter Parameter 64
4.5.2.3 Angewandte Methode der Thermolumineszenzdosimetrie 67
4.5.2.3.1 Verwendete Messtechnik 67
4.5.2.3.2 Vorbehandlung der Dosimeter 69
4.5.2.3.3 Durchführung der Dosismessungen 71
4.5.2.3.4 Auswertung der Dosismessungen 71
4.5.2.3.5. 75
4.5.2.4 Statistische Auswertung der Messergebnisse 76
5 ERGEBNISSE 79
5.1 Ortsdosismessungen 79
5.2 Dosismessungen an Personal und Tierbetreuungsperson 83
5.2.1 Allgemeine Übersicht 83
5.2.2 Radiographie der Vordergliedmaßen 85
5.2.2.1 Radiographie der Zehenspitze 85
5.2.2.2 Radiographie der Wurzelgelenke und der proximalen Gliedmaßen 87
5.2.2.3 Spezialaufnahmen 88
5.2.3 Radiographie der Hintergliedmaßen 92
5.2.3.1 Röntgenaufnahmen der Zehenspitze 92
5.2.3.2 Röntgenaufnahmen der Wurzelgelenke 94
5.2.3.3 Röntgenaufnahmen der proximalen Gliedmaßen 96
Inhaltsverzeichnis
5.2.4 Radiographie des Kopfes 101
5.2.5 Radiographie des Rumpfes 109
5.2.5.1 Radiographie des Pferdehalses 109
5.2.5.2 Radiographie des Brustkorbes 114
5.2.5.3 Radiographie des Rückens 116
5.2.5.4 Radiographie des Bauches der Fohlen 117
6 DISKUSSION 118
6.1 Messgenauigkeit und allgemeine Beurteilung der Dosismessungen 118
6.2 Diskussion der gemessenen Ortsdosen 119
6.3 Diskussion der Messungen mit Thermolumineszenzdosimetern 120
6.3.1 Messergebnisse für Kassetten- und Tierhalter 120
6.3.2 Diskussion der standardaufnahmeabhängigen Strahlenexposition 121
6.3.2.1 Ergebnisse bei Radiographien der Vordergliedmaßen 121
6.3.2.1.1 Ergebnisse bei Radiographien der Vordergliedmaßenspitzen 121 6.3.2.1.2 Ergebnisse bei Standardaufnahmen der Wurzelgelenke und der proximalen Gliedmaße 122
6.3.2.1.3 Ergebnisse bei Spezialaufnahmen 124
6.3.2.2 Ergebnisse bei Radiographien der Hintergliedmaßen 125
6.3.2.2.1 Ergebnisse bei Radiographien der Hintergliedmaßenspitze 125
6.3.2.2.2 Ergebnisse bei Radiographien der Wurzelgelenke 126
6.3.2.2.3 Ergebnisse bei Radiographien der Standardaufnahmen der proximalen Gliedmaßen 127
6.3.2.3 Ergebnisse bei Kopfaufnahmen 130
6.3.2.4 Ergebnisse bei Standardaufnahmen des Rumpfes 132
6.3.2.4.1 Ergebnisse bei Standardaufnahmen des Pferdehalses 132
6.3.2.4.2 Ergebnisse bei Standardaufnahmen des Brustkorbes 133
6.3.2.4.3 Ergebnisse bei Standardaufnahmen am Pferderücken 134
6.3.2.4.4 Ergebnisse bei Standardaufnahmen des Abdomens der Fohlen 134 6.3.3 Diskussion des Einflusses von Aufenthaltsort und Schutzkleidung 135
6.3.3.1 Ergebnisse der Positionsvergleiche 135
6.3.3.2 Diskussion der Ergebnisse in Abhängigkeit vom Tragen der Schutzkleidung 138 6.3.4 Diskussion der Einflussfaktoren Erfahrungs- Ausbildungs- und Kenntnisstand der beteiligten
Personen 138
6.3.5 Diskussion der Einflussfaktoren des untersuchten Pferdes 140
Inhaltsverzeichnis
6.4 Vergleich zwischen Orts- und Personendosen bei Standardaufnahmen 140 6.5 Schlussfolgerungen für Hilfspersonen im Sinne des Strahlenschutzes 141
7 ZUSAMMENFASSUNG 149
8 SUMMARY 152
9 ANHANG 156
9.1 Allgemeine Festlegungen und Übersichten 156
9.1.1 Abkürzungen: 156
9.1.2 Abgerechnete Röntgenuntersuchungen im Untersuchungszeitraum 158
9.2 Ergebnisse der Ortsdosismessungen 159
9.3 Ergebnisse der Vordergliedmaßenradiographien 161
9.4 Ergebnisse der Hintergliedmaßenradiographien 167
9.4.1 Ergebnisse der Hintergliedmaßenspitzenradiographien 167
9.4.2 Ergebnisse aller Tarsusradiographien 169
9.4.3 Ergebnisse der Tarsusradiographien mit Belichtungsparametern von 66 kV und 10 mAs 171 9.4.4 Ergebnisse der Äquivalentdosismessungen der proximalen Hintergliedmaßen 175
9.5 Ergebnisse der Kopfradiographien 179
9.5.1 Ergebnisse der Kopfradiographien mit Belichtungsparametern von 70 kV und 22 mAs 179 9.5.2 Ergebnisse der Kopfradiographien mit anderen Belichtungsparametern 183
9.6 Ergebnisse der Radiographien des Rumpfes 184
9.6.1 Ergebnisse der Halsradiographien 184
9.6.2 Ergebnisse der Thoraxradiographien 188
9.6.3 Ergebnisse der Rückenradiographien 191
9.6.4 Ergebnisse der Radiographien am Abdomen 194
10 LITERATURVERZEICHNIS 195
11 DANKSAGUNG 209
Einführung
1 Einführung
„Die exakte Untersuchung ist die Grundlage des tierärztlichen Handels.“
Richard Götze
Generationen von Tiermedizinern wurden mit diesem Maßstab konfrontiert. Sie müs- sen sich bis heute an ihm messen lassen. Obwohl die tierärztliche Diagnostik auch in der Pferdemedizin seit dem Wirken Richard Götzes stark erweitert wurde, bleibt sie ein Zusammenspiel aus Wissen(schaft), Handwerk, Technik und Erfahrung.
Beschleunigt durch die technischen Entwicklungen in der Landwirtschaft brachte das veränderte Verständnis des Pferdes vom Arbeitstier hin zum Begleiter und Freizeit- partner der Menschen auch erweiterte Anforderungen an die, diese Tiere betreuen- den Tierärzte. Die Möglichkeiten eingehender, auch technischer, Diagnostik, wie der Radiographie, hielten Einzug in den pferdemedizinischen Alltag.
Andererseits entwickelte sich mit dem technischen Fortschritt auch das Risikobe- wusstsein der Bevölkerung weiter. Daraus entstand der Bedarf, Kenntnisse über die möglichen Gefährdungen weiterführender, technisch möglicher Diagnostik, auch in der Pferdemedizin zu erlangen.
Mit Einführung der neuen Richtlinie „Strahlenschutz in der Tierheilkunde“ war der konkrete Anlass gegeben, die in der radiographischen Diagnostik beim Pferd auftre- tenden Strahlenexpositionen an beteiligten Personen eingehender zu untersuchen.
Das Hauptinteresse gilt dabei vor allem der neu definierte Tierbetreuungsperson und Personen, die in nicht verantwortlicher Position an Radiographien von Pferden betei- ligt sind.
In der vorliegenden Arbeit wird unter Nutzung moderner Messmethoden die Strah- lenexposition dieser Personen gemessen und bewertet.
Literatur
2 Literatur
2.1 Strahlenphysikalische und –biologische Grundlagen 2.1.1 Wechselwirkung von Röntgenstrahlung mit Materie
Röntgenstrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung. Mit dieser Strahlung wird Energie transportiert. Die Ausbreitung und Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung kann mit Hilfe von zwei Modellen beschrieben werden, dem Wellenmodell und dem Teilchenmodell. Je nach Situation überwiegen Wellen- oder Teilcheneigen- schaften der Strahlung. In der Quantentheorie wird insbesondere die Wechselwir- kung der elektromagnetischen Strahlung mit Materie im Teilchenmodell erläutert. Die Lichtteilchen werden als Quanten oder Photonen bezeichnet (TIPLER, 1994).
Röntgenstrahlen entstehen, wenn Elektronen stark beschleunigt werden. Dies ge- schieht z. B., wenn Elektronen mit hoher Geschwindigkeit auf Materie treffen. Die Maximalenergie der Röntgenstrahlung ist durch die kinetische Energie der Elektro- nen festgelegt, die bei einer Röntgenröhre über die angelegte Beschleunigungs- spannung variiert werden kann.
Wenn Röntgenstrahlung auf Materie trifft, kommt es zu verschiedenen Wechselwir- kungsprozessen. Grundsätzlich wird zwischen primären und sekundären Wechsel- wirkungen unterschieden. Zuerst werden Elektronen durch die primären Wechselwir- kungsprozesse Photo-, Compton- und Paarbildungseffekt in der Materie freigesetzt.
Der Photoeffekt führt zur Absorption von Röntgenstrahlung. Ein geringer Teil der Energie des einfallenden Photons wird zum Herauslösen eines Elektrons aus der Atomhülle benötigt. Ein Teil der Photonenenergie wird anschließend in kinetische Energie des Elektrons umgewandelt. Das freigesetzte Elektron wird als Photoelekt- ron bezeichnet. Der Photoeffekt findet vorwiegend an Hüllenelektronen der inneren Schalen des Atoms statt.
Der Comptoneffekt tritt bei der Wechselwirkung zwischen Photonen höherer Energie und sehr schwach gebundenen äußeren Hüllenelektronen auf. Das Photon wird nach Abgabe eines Teils seiner Energie an ein Elektron energieärmer und ändert seine Bewegungsrichtung. Das auch als Compton-Elektron bezeichnete Elektron verlässt
Literatur
dann das ionisierte Atom. Dabei ist der Winkel zwischen den Bewegungsrichtungen des gestreuten Photons und des freigesetzten Elektrons vom übertragenen Energie- betrag abhängig.
Bei Photonenenergien oberhalb von 1,02 MeV tritt der Paarbildungseffekt auf. Ge- langt ein solch energiereiches Photon in die Nähe eines Atomkerns, tritt es in Wech- selwirkung mit dem elektrischen Feld des Kerns. Spontan kann dann ein Elektron- Positron-Paar entstehen. Die Energie des Photons wird in Masse und Bewegungs- energie der entstehenden Teilchen umgewandelt. Das Photon wird dabei vernichtet.
Da im betrachteten Photonen-Energiebereich der Röntgendiagnostik (Eλ ≤ 150 keV) keine Photonen auftreten, deren Energie oberhalb von 1,02 MeV liegt, ist dieser Ef- fekt für die vorliegende Arbeit ohne Bedeutung.
Der Photoeffekt ist am ehesten bei Elementen mit hoher Ordnungszahl Z und niedri- ger Photonenenergie E zu erwarten. Die Wahrscheinlichkeit für eine Photowechsel- wirkung σPh wird durch die Beziehung
3 4
Ph E
ρ Z
~
σ ⋅ (1)
beschrieben. Dabei bezeichnet ρ die Dichte der Materie.
Der Comptoneffekt wird auch als inkohärente Streuung bezeichnet. Seine Auftritts- wahrscheinlichkeit ist im Gegensatz zum Photoeffekt weitgehend unabhängig von der Ordnungszahl Z und nimmt mit wachsender Photonenenergie ab.
Neben der inkohärenten Streuung tritt auch klassische oder kohärente Streuung auf, bei der die Photonen nur ihre Flugrichtung ändern. Beide Streuarten sind die wesent- liche Ursache für die bei Röntgenuntersuchungen auftretende Streustrahlung (KRIE- GER, 2001).
Die durch die primären Wechselwirkungen freigesetzten Elektronen (Sekundärelekt- ronen) verursachen sekundäre Wechselwirkungen wie z. B. Ionisation und Anregung, wobei die Übertragung ihrer Bewegungsenergie auf Materie erfolgt. Nähere Ausfüh- rungen zur Energieübertragung auf lebende Materie sind im Kapitel 2.1.2 beschrie- ben.
Literatur
Durch Wechselwirkungen ionisierender Strahlung mit Materie werden neben der Io- nisation von Atomen auch Anregungen der Elektronenhülle ausgelöst. In Folge letz- terer können Lichtemissionen vorkommen. In bestimmten Materialien können diese angeregten Zustände der Elektronenhülle über längere Zeit gespeichert werden.
2.1.2 Wirkung von Röntgenstrahlung auf Zellen und Gewebe
Wechselwirkungen zwischen ionisierender Strahlung und biologischer Materie erfol- gen in sehr kurzen Zeiträumen. Sie können direkten oder indirekten Einfluss auf zel- luläre Makromoleküle nehmen. Jede Strahlenwirkung auf Organismen beruht auf der Absorption von Strahlungsenergie im Gewebe.
Initial kann Röntgenstrahlung durch Photo- und Comptoneffekt ionisierend oder an- regend wirken. Die so erzeugten Sekundärelektronen übertragen dann ihre kineti- sche Energie auf die bestrahlte Materie. Dieser Prozess wird als physikalische Phase bezeichnet. Damit werden alle Wechselwirkungen zwischen Atomen bzw. Ionen und Elektronen bezeichnet, die zur Energieübertragung führen und reaktivere Teilchen hinterlassen. Dies können Ionen, angeregte Ionen, angeregte Moleküle oder ange- regte Atome sein.
Anschließend können in der physikochemischen Phase spontane Rekombinationen stattfinden. Moleküle geben die aufgenommene Energie an die Umgebung wieder ab und fallen in den ursprünglichen Zustand, so dass unter Umständen keine Verände- rungen am Molekül nachweisbar sind.
In der chemischen Phase können jedoch angeregte oder ionisierte Ladungsträger- paare (Ionen und Tertiärelektronen) auch weitere Reaktionen nach sich ziehen.
Wasser ist in allen biologischen Systemen mit einem Gehalt zwischen 40 und 80 % ein Hauptbestandteil vegetativer Zellen. Der größte Teil der eingestrahlten Energie ionisierender Strahlen wird vom Wasser absorbiert. Dabei sind in Abwesenheit von Sauerstoff (O2) Ionisierung oder homolytische Spaltung möglich:
Literatur
eaq
O H O
H2 ⇒ 2 + + (2)
*
*
2O H OH
H ⇒ + (3)
(KIEFER, 1989).
Wie aus den Gleichungen 2 und 3 hervorgeht, entstehen Ionen oder freie Radikale, da alle Reaktionsprodukte nicht gesättigte Elektronenhüllen enthalten. Es können bei weiteren Reaktionen auch Rekombinationen ablaufen. Dabei können Wasser-, Was- serstoff- oder Wasserstoffperoxidmoleküle entstehen, sowie Hydroxidionen. Unter Anwesenheit von Sauerstoff sind dann die Reaktionen
⇒ −
+O2 O2
eaq (4)
und
* 2 2
* O HO
H + ⇒ (5)
zu berücksichtigen. Die Reaktionsprodukte beider dargestellter Reaktionen sind in- stabil und reagieren weiter zu Wasserstoffperoxid- (H2O2) und Sauerstoffmolekülen (O2).
Zusammenfassend ausgedrückt, entsteht in sauerstoffreicher Umgebung Was- serstoffperoxid unter Verbrauch von Sauerstoff und Rückbildung eines Teils des Sauerstoffs. Unter Einfluss ionisierender Strahlung entsteht im wasserreichen Medi- um bei Vorhandensein von Sauerstoff ein Gleichgewicht zwischen Wasserstoffpero- xid und Sauerstoff (Radiolyse)(KIEFER, 1989).
Hauptsächliche Abläufe während der chemischen Phase sind die Radiolyse des Wassers, Aminosäure- und Enzymveränderungen und Brüche an Makromolekülen.
Der überwiegende Teil dieser Veränderungen beruht auf Reaktionen unter Beteili- gung von Radikalen als Produkten der Ionisation und Anregung aus der physikali- schen Phase.
In der nachfolgenden biochemischen Phase können zelleigene, enzymgebundene Reparaturmechanismen verstärkt werden. Deren Ziel ist es, veränderte DNA- Moleküle wieder herzustellen. Diese ständig in der Zelle ablaufenden Reparaturme- chanismen zeigen nach Einwirkung ionisierender Strahlung eine verstärkte Aktivität (bis zu einem Schwellwert). Alle durch ionisierende Strahlung hervorgerufenen Er-
Literatur
tan auf. Um die daraus nachfolgenden Veränderungen zu minimieren, sind die zellei- genen Reparaturmechanismen stets aktiv.
Von den Makromolekülen einer Zelle sind aufgrund ihrer großen molekularen Masse und ihres häufigen Vorkommens vor allem Proteine, Polysacharide, Lipide und Nuk- leinsäuren bezüglich direkter Treffer besonders gefährdet. Die stärkste Schädigung der Makromoleküle schreibt man bisher jedoch der Einwirkung sekundärer OH- Radikale als Reaktionsprodukte der ionisierenden Strahlung zu. Dabei sind die Nuk- leinsäuren die labilsten Makromoleküle der Zellen.
Die Schädigung der Nukleinsäuren ist entscheidend für die Strahlenschäden einer Zelle. An der Gesamtheit der Desoxyribonukleinsäure (DNA) werden verschiedene Veränderungen nach Einwirkung ionisierender Strahlung beobachtet. Dazu gehören Einzel- und Doppelstrangbrüche, Basenveränderungen, Basenverluste, denaturierte Zonen, intramolekulare Vernetzungen und DNA-Protein-Vernetzungen sowie Kombi- nationen aus den genannten. Alle diese Veränderungen (Mutationen) können zur Produktion veränderter Enzyme führen. So können zytotoxische Stoffe entstehen oder der Abbau dieser nicht mehr erfolgen. Es kann zu Stoffwechselstörungen bis hin zum Zelltod kommen. Ob die Zelle verändert weiterlebt (Transformation, Mutati- on) oder stirbt, ist für die weitere Funktion des Gesamtorganismus entscheidend.
Des Weiteren können bei Mutation der DNA der Keimzellen Erbschäden auftreten, die erst in der Folgegeneration sichtbar werden. Außerdem können DNA-Mutationen auch entartete Zellen (Tumorzellen) erzeugen, die zum Tod des Lebewesens führen können (GORETZKI, 1987).
Die in Folge der DNA-Schädigungen auftretenden Schäden im Gesamtorganismus finden in einem Zeitraum von 100 bis 109 Sekunden statt, welcher als biologische Phase bezeichnet wird. Allgemein werden somatische Schäden, genetische Schäden und Zelltod hier beobachtet.
Strahlenschäden können unterschiedlich klassifiziert werden. Nach dem betroffenen Organismus unterschieden, werden Schäden, die am bestrahlten Organismus auftre- ten, als somatische Schäden bezeichnet. Wird jedoch durch Bestrahlung der Keim- zellen der Schaden erst in einer der Folgegenerationen sichtbar, so spricht man von einem genetischen Schaden.
Literatur
Differenziert man nach zellulärer Ursache des ausgeprägten Strahlenschadens, er- folgt eine andere Einteilung. Schäden, die auf dem Zelltod beruhen, heißen determi- nistische Schäden. Diesen Schäden ist gemeinsam, dass deren Größe, das heißt die Schwere und das Ausmaß der Erkrankung von der Strahlendosis abhängt.
Deterministische Schäden stellen sich ab einer bestimmten Anzahl getöteter Zellen ein. Der Schaden des Gewebes manifestiert sich erst oberhalb einer bestimmten Schwellendosis. Oberhalb dieser ist der Schaden umso größer, je größer die Strah- lendosis ist. Zu den deterministischen Strahlenschäden gehören die während Be- strahlungen auftretenden Frühschäden wie Erythem, akute Strahlenkrankheit aber auch nicht kanzeröse Spätschäden wie fibrotische Gewebeveränderungen, Sterilität und die teratogenen Schäden durch Bestrahlung innerhalb der mütterlichen Gebär- mutter. Bisher wurde auch der Trübung der Augenlinse eine Schwellendosis zuge- ordnet und diese Veränderung als deterministischer Schaden eingeordnet (ICRP, 1991 und NCRP, 1989).
Die Augenlinse nimmt eine besondere Stellung ein. Da sie im Organ Auge eingebet- tet ist, unterliegen ihre Zellen einem besonderen Lebenszyklus. Alle Linsenzellen sind phylogenetisch früh angelegt (SCHNORR et al., 2001). Linsenzellen werden vom Linsenrand her regeneriert und werden nach zentripetal verschoben. Die Zellen nehmen zunehmend faserige Struktur an. Durch die kontinuierliche Faserbildung kommt es im Laufe des Lebens zu einer Vergrößerung und Verdichtung der Augen- linse. Die Sklerosierung des Linsenkerns gilt als normaler Alterungsprozess und führt zu keiner messbaren Beeinträchtigung der Sehkraft. Klinisch tritt dieser Vorgang als Altersstar (Nukleosklerose) auf (MARTIN, 1994). Fälschlicherweise wird dieser Vor- gang auch „seniler Katarakt“ genannt (STADES et al., 1998). Demgegenüber steht die Linsentrübung, die Katarakt (grauer Star). Die Augenlinse kumuliert auf sie ein- wirkende Einflüsse, dabei ist ihr Reaktionsmuster stark eingeschränkt. Hauptsächlich laufen bindegewebsartige, faserige Veränderungen der regenerierenden Zellen ab und führen zur Katarakt. Ionisierende Strahlen wirken kataraktogen (MARTIN, 1994).
Für die Kataraktbildung geht die ICRP von einer Schwellendosis von 5 Gy (entspricht bei Röntgenstrahlenexposition 5 Sv) bei häufiger Exposition mit kleinen Dosen aus.
Die NCRP hat für die Kataraktbildung bei Flugpersonal Schwellendosen zwischen
Literatur
2 und 10 Sv ermittelt (NCRP, 1989).
Neueste Auswertungen der Daten japanischer Atombombenopfer in Hinblick auf das Vorkommen und die Art der Augenlinsentrübungen zeigen, dass die Kataraktbildung schon durch erheblich geringere Dosen ausgelöst wird (NERIISHI et al, 2007). Die Autoren haben festgestellt, dass die Überlebenden der Atombombenabwürfe im Au- gust 1945 über Hiroshima und Nagasaki signifikant häufiger von schwerwiegender Katarakt betroffen sind als eine nicht exponierte Referenzgruppe. Als Ergebnis der Datenanalyse ergibt sich, dass die Kataraktentstehung durch Expositionen von unter 0,8 Gy in der gesamten Lebenszeit erzeugt wird. Die wahrscheinlichste Schwellen- dosis beträgt nur 0,1 Gy. Es ist sogar möglich, dass überhaupt keine Dosisschwelle für die Kataraktbildung existiert. Diese neuen Erkenntnisse über die möglichen Fol- gen von Augenlinsenexpositionen sind auch für die Bewertung der Gefährdung der beteiligten Hilfspersonen bei Röntgenaufnahmen am Pferd zu berücksichtigen.
Eine transformierte oder mutierte Zelle kann zu einem stochastischen Schaden füh- ren. Dieser Schaden kann entweder den betroffenen Organismus schädigen, also einen somatischen Schaden verursachen oder in der Folgegeneration als geneti- scher Schaden auftreten. Im Gegensatz zu deterministischen Schäden ist bei sto- chastischen Schäden die Eintrittswahrscheinlichkeit des Schadens dosisabhängig.
Man nimmt zurzeit eine proportionale Abhängigkeit zwischen der Dosis und der Ein- trittswahrscheinlichkeit eines letalen stochastischen Strahlenschadens an. Außerdem geht man davon aus, dass es keine Schwellendosis für diese Schäden gibt (Linear Non Threshold-Hypothese, LNT-Hypothese). Vertreter des stochastischen Schadens sind Krebserkrankungen. Möglicherweise ist auch die Kataraktbildung zu den sto- chastischen Schäden zu rechnen.
2.1.3 Dosisgrößen zur Charakterisierung der Strahlenexposition
Um einerseits deterministische Strahlenschäden auszuschließen und andererseits das Risiko stochastischer Strahlenschäden auf ein vertretbares Maß zu reduzieren, ist die Charakterisierung der Strahlenexposition exponierter Personen notwendig.
Zur Quantifizierung der Absorption von Strahlungsenergie in biologischen Geweben sind verschiedene Dosisbegriffe definiert worden.
Literatur
Die Ionendosis J ist die durch Bestrahlung eines Luftvolumens infolge ionisierender Strahlung erzeugte Ladung eines Vorzeichens Q, geteilt durch die Masse der be- strahlten Luft ma (a - air). Die SI-Einheit der Ionendosis ist Coulomb durch Kilogramm [C/kg]. Die historische Einheit war das Röntgen. Der Umrechnungsfaktor beträgt 1 R
= 2,58 × 10-4 C/kg.
Die heute auch in der Radiologie verwendete physikalische Dosisgröße Energiedosis D ist entsprechend
m D E
∆
= ∆
(6)
als Quotient aus dem absorbierten Energiebetrag ∆E und der Masse ∆m definiert.
Die SI-Einheit ist das Gray [Gy], wobei gilt: 1 Gy = 1 J/kg = 100 rd. Die historische Einheit 1 rd (rad) steht für „radiation absorbed dose“.
Im Strahlenschutz werden Dosisbegriffe benötigt, die einerseits auf der physikali- schen Dosisgröße Energiedosis basieren und andererseits die biologische Wirkung einer Strahlung berücksichtigen (KRIEGER, 2002). Je nach Eigenschaften der ioni- sierenden Strahlung umfassen die Orte der Energiedeposition im bestrahlten Medi- um unterschiedliche Volumina. Ein Maß für die Volumina der Ionisationsorte und damit des (räumlichen) Volumens der absorbierten Energie ist die LET (linear energy transfer). Sie wird als Quotient aus lokal absorbierter Energie und durchlaufener Weglänge definiert (KIEFER, 1989). Um die unterschiedlichen Ionisationsdichten verschiedener Strahlenarten bei Absorption der gleichen Energiedosen zu berück- sichtigen, wurde im Bericht Nr. 51 der International Commission on Radiation Units and Measurements ein Qualitätsfaktor Q eingeführt (ICRU report 51). Die Abhängig- keit des Qualitätsfaktors Q von der LET ist in Tab. 1 dargestellt.
Durch Multiplikation der Energiedosis D mit Q erhält man die Äquivalentdosis H.
Durch die Berücksichtigung der Strahlenqualität ist die Äquivalentdosis eine biolo- gisch bewertete Strahlendosis und damit ein Maß für das Strahlenrisiko. Beim Vor- liegen mehrerer Strahlungsarten und - energien ergibt sich die gesamte Äquivalent- dosis als Summe ihrer ermittelten Einzelbeiträge. Die SI-Einheit der Äquivalentdosis
Literatur
H ist Joule pro Kilogramm [J/kg]. Da die Verwendung der gleichen Dosiseinheit [J/kg]
für verschiedene Dosisbegriffe Verwechslungen zur Folge hätte, wurde für die Ein- heit der Äquivalentdosis die Bezeichnung Sievert [Sv] eingeführt. Für die früher ver- wendete Einheit der Äquivalentdosis rem gilt 1Sv = 1 J/kg = 100 rem.
Tab. 1 : Abhängigkeit des Qualitätsfaktors Q von der LET.
LET in Wasser [keV /µm] Q
< 10 1
10 – 100 0,32 LET – 2,2
> 100 300 /√ LET
(nach Richtlinie 96/29/EURATOM, Anhang II, Absatz C)
Die Organdosen sind als Produkt aus der mittleren Energiedosis DT des Organs oder Körperteils und einem Strahlungs-Wichtungsfaktor wR für die vorliegende Strahlen- qualität R definiert. Die Gewebe- Wichtungsfaktoren wT geben die individuelle Emp- findlichkeit des jeweiligen Organs oder Gewebes wieder. Die Gewebe- Wichtungs- faktoren wT sind in Tab. 2 dargestellt.
Der Strahlungs-Wichtungsfaktor wR entspricht im Wesentlichen dem Qualitätsfaktor Q. Die Organdosis wird ebenfalls in Sievert [Sv] angegeben (KRIEGER, 2002).
Um ein Maß für das Strahlenrisiko einer Person zu erhalten, wird die effektive Do- sis E entsprechend der Werte und Beziehungen in der Richtlinie 96/29 EURATOM in Anhang II unter Verwendung der in Abschnitt E festgeschriebenen Strahlungs- Wichtungsfaktoren wT, als Summe der gewichteten Äquivalentdosen HT entspre- chend
∑
=
T
T TH w
E (7)
bestimmt.
Literatur
Tab. 2: Werte der Gewebewichtungsfaktoren wT nach ICRP 60.
Gewebe oder Organ
Gewebe-Wichtungsfaktor wT
Gonaden 0,20
Knochenmark (rot) 0,12
Dickdarm 0,12
Lunge 0,12
Magen 0,12
Blase 0,05
Brust 0,05
Leber 0,05
Speiseröhre 0,05
Schilddrüse 0,05
Haut 0,01
Knochenoberfläche 0,01
Andere Organe oder Gewebe 0,05
Die Gewebe-Wichtungsfaktoren sind ein Maß für die Empfindlichkeit eines Organs bzw. Gewebes gegenüber ionisierender Strahlung. Somit lassen sich verschiedene Bestrahlungssituationen, bei denen unterschiedliche Organe bzw. Körperteile be- strahlt werden, durch einen Zahlenwert, die effektive Dosis, miteinander vergleichen.
Da die Berechnung der effektiven Dosis aber sehr aufwändig ist, wird sie meistens nur näherungsweise bestimmt. Dazu wird z. B. ein Personendosimeter an repräsen- tativer Stelle des Körperrumpfes befestigt und der so gemessene Wert, die Perso- nendosis, der effektiven Dosis gleich gesetzt. Auch die effektive Dosis wird in Sievert [Sv] angegeben.
Da die unter dem Begriff Körperdosen zusammengefassten Dosisgrößen Organdosis und effektive Dosis nicht direkt messbar sind, werden einfache Messgrößen benötigt, die sowohl eine Abschätzung der Körperdosis als auch die Einhaltung der Dosis- grenzwerte ermöglichen. Diese einfachen Messgrößen sind die Orts- und die Perso-
Literatur
Unter der Ortsdosis versteht man die Äquivalentdosis in Weichteilgewebe, gemessen an einem bestimmten Ort (StrlSchV 2001, RöV, 2003). Die Einheit der Ortsdosis ist Sievert [Sv]. Die Ortsdosis wird durch Messungen mit Hilfe eines Kugelphantoms definiert. Diese ICRU-Kugel hat einen Durchmesser von 30 cm und besteht aus ei- nem muskelgewebeäquivalenten Material. Sie ist mit ausreichender Genauigkeit ei- nem menschlichen Körper bezüglich Streuung und Schwächung im Strahlenfeld an- genähert (KRIEGER, 2002).
Als Personendosis wird bei durchdringender Strahlung die Äquivalentdosis im ICRU- Weichteilgewebe in 10 mm Körpertiefe an der Tragstelle des Personendosimeters verwendet und als Hp(10) bezeichnet. Bei Strahlung geringer Eindringtiefe ist die Personendosis die Äquivalentdosis für ICRU-Weichteilgewebe in einer Körpertiefe von 0,07 mm an der Tragestelle des Personendosimeters. Die als Hp(0,07) bezeich- nete Personendosis dient der Abschätzung der Hautdosis auf der Trageseite des Dosimeters. Die Personendosis hat die Einheit Sievert [Sv]. Anders als die Ortsdosis sind Personendosen im tatsächlichen Strahlenfeld definiert und werden am Körper der exponierten Person gemessen. Personendosen sind wegen der individuellen Ein- flüsse des Körpers auf Absorption und Streuung auch bei gleichem Strahlungsfeld von Person zu Person verschieden. Zusätzlich variieren sie mit dem Trageort des Dosimeters (KRIEGER, 2001).
2.2 Dosimetrische Messverfahren 2.2.1 Allgemeine Grundlagen
Der Nachweis ionisierender Strahlung erfolgt aufgrund ihrer Wechselwirkungen mit Materie, wie der Anregung oder Ionisation von Atomen und Molekülen. Das dosi- metrische Grundprinzip beruht auf der Möglichkeit, unter Einsatz von Messgeräten (so genannten Sonden) die Wirkung der zu untersuchenden Strahlung zu quantifizie- ren (DIN 6800-1, 1980). Diese Sonden besitzen in Abhängigkeit von der Messme- thode, der Bauart und anderer Einflüsse, spezifische Eigenschaften. Sonden sollen von der zu untersuchenden Strahlung in ähnlicher Art und messtechnisch erfassbar beeinflusst werden, wie das bestrahlte Gewebe. Vor allem in Hinblick auf den Mess-
Literatur
bereich, die Empfindlichkeit und die Genauigkeit bestehen Unterschiede zwischen den verwendeten Sonden. Von allen Sonden wird gefordert, dass sie die Messung nicht beeinflussen dürfen. Da aber Sonden auch aus Materie bestehen, ist eine Be- einflussung der Wechselwirkung zwischen ionisierender Strahlung und zu untersu- chender Materie nie vollständig zu vermeiden (KRIEGER, 2002).
Der Messwert der Sonde wird mit einem Kalibrierfaktor multipliziert, so dass sich ein Dosiswert ergibt. Die Kalibrierfaktoren werden in bekannten Bestrahlungsfeldern be- stimmt und vom Hersteller des Messgerätes zur Verfügung gestellt. Die zur Dosisbe- stimmung verwendeten Kalibrierfaktoren sind daher nur für genau definierte Bedin- gungen wie z. B. Strahlenart, Strahlenenergie und Messbereich gültig. Abweichun- gen der realen Messbedingungen von den Kalibrierbedingungen werden berücksich- tigt, indem die Dosiswerte mit Korrektionsfaktoren multipliziert werden.
Für die Messung ionisierender Strahlung existieren verschiedene dosimetrische Messverfahren. Im Bereich der Radiologie kommen sehr häufig die Verfahren Ionisa- tionskammer-, Film- und Thermolumineszenzdosimetrie zur Anwendung.
2.2.2 Ionisationskammerdosimetrie
Die Ionisationskammerdosimetrie gilt als Basismethode in der klinischen Dosimetrie (LAUBENBERGER u. LAUBENBERGER, 1999) und gehört zu den elektrischen Do- sismessverfahren. Diese beruhen auf der Messung der durch die Einwirkung ionisie- render Strahlung hervorgerufenen Ionisation der Materie.
Die Ionisationskammer besteht im Grundsatz aus einer gasgefüllten Kammer, die mit zwei Elektroden gegensätzlicher Polarität ausgestattet ist. Es wird genutzt, dass ioni- sierende Strahlung, die auf Materie trifft, freibewegliche Ladungsträger in Form von Ionen und Elektronen freisetzt (Ionisation, siehe Kapitel 2.1.1). Diese Ladungsträger bewegen sich jeweils in Richtung der gegensätzlich geladenen Elektrode. Der resul- tierende elektrische Strom ist das elektrische Messsignal, das proportional zur Dosis- leistung der einfallenden ionisierenden Strahlung ist. Das Messgerät berechnet aus diesem Signal mit entsprechenden Kalibrier- und Korrektionsfaktoren den Dosiswert (KIEFER u. KIEFER, 2003).
Literatur
Ionisationskammern arbeiten im so genannten Sättigungsbereich, d.h., Rekombinati- onseffekte von strahlungsinduzierten Ladungsträgern im empfindlichen Kammervo- lumen sind vernachlässigbar gering. Ionisationskammern zeichnen sich durch eine hohe Empfindlichkeit aus. Der Dosisleistungsmessbereich liegt je nach Bauart und Strahlungsart zwischen 0,1 µSv/h und 10 Gy/min. (KRIEGER, 2002).
2.2.3 Filmdosimetrie
Filmdosimeter nutzen die unterschiedliche Empfindlichkeit verschiedener Filmmateri- alien gegenüber ionisierender Strahlung. Dabei werden durch Einwirkung eines Pho- toelektrons in der Photoemulsion des Filmmaterials 108 bis 1011 Silberatome aus ih- rer Molekülbindung im Silberbromid herausgelöst und nach Entwicklung ausgeschie- den. Die Schwärzung (optische Dichte) des Films dient als Maß für die Strahlendo- sis.
Häufig sind zwei verschieden empfindliche Filme in einer speziellen Kunststoffkas- sette untergebracht. Die Vorder- und Rückseite dieser Kassette ist mit unterschiedli- chen Kunststoff- und Metallfiltern versehen, wobei die Anordnung der Filter sowohl eine Abschätzung der Strahlenqualität als auch der Einstrahlrichtung zulässt. Seit 01. 01. 2002 sind in der Bundesrepublik Deutschland zur amtlichen Personendosi- metrie nur noch so genannte Gleitschatten-Filmdosimeter zugelassen. Dieses Ver- fahren berücksichtigt, dass bei Schrägeinfall der Photonen der zurückgelegte Weg länger ist und somit die Strahlung stärker absorbiert wurde, bevor sie auf den Film trifft. Um die Schwärzung des Films abhängig von der Strahlendosis, aber weitge- hend unabhängig von der Energie der Strahlung zu halten, ist ein Filtersystem mit unterschiedlicher Dicke in die, dem Strahleneintritt abgewandte Seite eingebettet, so genannte Gleitschattenfilter. Dadurch bleibt die gemessene Schwärzung nahezu un- abhängig vom Einfallswinkel der ionisierenden Strahlung.
Filmdosimeter sind zur Dosismessung in Photonenstrahlungsfeldern mit Energien zwischen 20 keV und 3 MeV geeignet. Die üblichen Filmdosimeter sind mit Filmen ausgestattet, die den Dosisbereich zwischen 0,2 mSv und 1 Sv erfassen (REICH, 1990; KRIEGER, 2002).
Literatur
2.2.4 Thermolumineszenzdosimetrie
Wie in Kapitel 2.1.1 erwähnt, kann ionisierende Strahlung auch optische Phänomene auslösen. Dazu gehört u. a. die Emission von Lumineszenzlicht in bestimmten Fest- körperkristallen.
Das Prinzip der Thermolumineszenzdosimetrie kann mit Hilfe des Energiebändermo- dells erklärt werden. Elektrischer Strom ist die Bewegung elektrisch geladener Teil- chen. Dies können Ionen oder Elektronen sein. In Festkörpern sind nur Elektronen in der Lage, sich ausreichend frei zu bewegen. Grundsätzlich wird zwischen elektrisch leitfähigen Stoffen (Leiter) und elektrisch nicht leitfähigen Stoffen (Isolatoren) unter- schieden. Darüber hinaus gibt es Materialien mit temperaturabhängiger Leitfähigkeit (Halbleiter). Zur Erklärung eines Teils dieser Phänomene wurde das so genannte Bändermodell entwickelt. Für Halbleiter beschreibt das Bändermodell ein Valenz- band, in dem keine Leitfähigkeit besteht. Dem gegenüber gibt es ein Leitungsband, in dem die Elektronen weitgehend frei beweglich sind. Zwischen beiden Bändern be- steht eine für Ladungsträger nicht auf direktem Weg zu überwindende energetische Lücke.
Thermolumineszenzdosimeter (TLD) bestehen aus Kristallen mit besonderen Eigen- schaften. Auch hier besteht eine Modellvorstellung. Energieabhängig können Elek- tronen im Valenzband (niederenergetisch) sein oder in angeregtem Zustand (höher energetisch) im Leitungsband. Zwischen beiden Energiebändern ist der Übergang nur direkt möglich. Zwischenstufen sind energetisch besonders und werden als Haft- stellen bezeichnet.
Die Atome in diesen Kristallen werden durch auftreffende ionisierende Strahlung an- geregt. Dabei werden Elektronen in höhere Energieniveaus (bzw. Energiebänder) gehoben. Viele dieser Elektronen fallen strahlungsfrei oder unter Abgabe von Fluo- reszenzstrahlung in den ursprünglichen Zustand zurück. Einige Elektronen geraten jedoch in metastabile Zustände innerhalb der Haftstellen (Traps). Aus diesen können sie nicht durch einfache Abgabe von Photonen „entkommen“. Zur Wiederherstellung des Ausgangszustandes ist es notwendig, dass diese Elektronen unter Zufuhr von Energie zunächst wieder in ein höheres Energieniveau gehoben werden. Aus diesem wiederum können sie dann auf ihr Grundniveau zurückkehren. Diese Rückkehr er-
Literatur
folgt unter Abgabe von sichtbarem Licht. Der freigesetzten Lichtmenge wird mit Hilfe eines Photomultiplieres eine elektrische Ladung zugeordnet. Die gesamte Lichtmen- ge, die ein TL-Kristall beim Erwärmen frei setzt, ist somit ein Maß für die absorbierte Strahlendosis.
Die Fremdatome in einem TL-Kristall, d.h. die Dotierungen, bestimmen durch ihren Anteil und ihre Anordnung die Eigenschaften der Haftstellen. Die für die Freigabe des Elektrons aus der Haftstelle notwendige Energie ist von deren Abstand zum Lei- tungsband abhängig, so dass als Funktion der zugeführten thermischen Energie im- mer nur bestimmte Haftstellen entleert werden. Während des Ausheizens mit einer definierten Aufheizrate wird die Glühkurve (Def. s. Kapitel 4.5.2), d.h. der TL- strahlungsinduzierte Photomultiplierstrom in Abhängigkeit von der Temperatur auf- gezeichnet.
In Abhängigkeit von den Materialeigenschaften, der Abkühlrate während der Haftstel- lenleerung vor der Messung, der Aufheizrate im Messgerät und weiteren Einflüssen treten in einer Glühkurve mehrere Intensitätsmaxima auf. Die Fläche unter der Kurve entspricht der gemessenen elektrischen Ladung und ist somit ein Maß für die freige- setzte Lichtmenge (Peakflächenmethode) (vgl. auch Kapitel 4.5.2.3).
In der klinischen Dosimetrie sind verschiedene TLD in Verwendung. Diese unter- scheiden sich hinsichtlich Material und Dotierung. Die als TLD-100H der Firma Thermo erhältlichen Dosimeter sind mit Magnesium, Kupfer und Phosphor dotierte Lithiumfluoridkristalle. Sie werden in verschiedenen Größen und Formen angeboten.
Die TLD -100H Rods besitzen eine hohe Empfindlichkeit und sind mit 6 mm Länge und 1 mm Durchmesser sehr klein. Ihre untere Nachweisgrenze wird vom Hersteller mit 1 µSv angegeben (Fa. THERMO, 1999). PITERS u. BOS, (1990) haben für Li- thiumfluoridkristalle mit Magnesium-, Kupfer- und Phosphordotierung den Einfluss des Abkühlverfahrens auf die Form der Glühkurve untersucht. Ihre Untersuchungen zeigten, dass die Abkühlgeschwindigkeit einen deutlichen Einfluss auf die Form der Glühkurve hat. Unter Nutzung strenger Ausleseprogramme konnte die untere Nach- weisgrenze definierter Chargen dieser TLD-100H auf 0,5 µSv gesenkt werden (PAUTSCH et al., 2005).
Literatur
2.3 Allgemeine Grundlagen des Strahlenschutzes 2.3.1 Charakterisierung des Strahlenrisikos
Um das gesundheitsgefährdende Potenzial von ionisierender Strahlung abzuschät- zen, ist der Begriff des Strahlenrisikos geprägt worden. Der Begriff des Strahlenrisi- kos beschreibt die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer bestimmten nachteili- gen Strahlenwirkung (REICH, 1990).
Um die biologischen Wirkungen und damit die Risiken infolge der Absorption ver- schiedener Strahlungen miteinander vergleichen zu können, wird die biologisch be- wertete Dosisgröße Äquivalentdosis mit der Einheit Sievert [Sv] verwendet. Die phy- sikalischen Grundlagen zur Bestimmung der Äquivalentdosis sind in Kapitel 2.1 be- schrieben.
Prinzipiell sind Strahlenrisikoabschätzungen für jeden Menschen möglich. Regelmä- ßig werden derartige Überlegungen für Personen mit beruflichem Strahlenrisiko vom Gesetzgeber verlangt. Für die Gesamtbevölkerung werden in regelmäßigen Abstän- den die von natürlicher und kosmischer Strahlung sowie nach Unfällen mit Freiset- zung ionisierender Strahlung ausgehenden Risiken abgeschätzt. Berechnungsgrund- lagen dazu finden sich in der StrlSchV und der Richtlinie 96/29 EURATOM (1996) (s. Kapitel 2.3.3).
2.3.2 Prinzipien des Strahlenschutzes
Der Schutz vor den Wirkungen ionisierender Strahlung (Strahlenschutz) beruht auf mehreren Überlegungen. Wie schon 1977 von der ICRP (International Commision on Radiation Protection) gefordert, ist ionisierende Strahlung und damit auch Röntgen- strahlung nur anzuwenden, wenn der zu erwartende Nutzen größer als der mögliche Schaden ist („Nettonutzen“). Darüber hinaus sind Strahlenexpositionen so gering zu halten, wie unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und sozialer Faktoren vernünfti- gerweise erreichbar ist. Des Weiteren ist gefordert, dass die Äquivalentdosis von Einzelpersonen die von der Kommission an bestimmte Bedingungen geknüpften, festgelegten Grenzwerte nicht überschreiten darf (ICRP, 1977).
Aus dem Vorherigen ergeben sich wichtige Prinzipien des praktischen Strahlen- schutzes. Jeder Einsatz von Röntgenstrahlung bedarf der Begründung. Vom Einsatz
Literatur
ist diagnostischer oder therapeutischer Nutzen zu erwarten, der größer als die mit dem Einsatz verbundenen Strahlenrisiken sein muss. Die Strahlenexposition unmit- telbar oder mittelbar beteiligter Personen ist so gering wie möglich zu halten. Dazu sind sowohl die Nutzstrahleinstellungen als auch die technische Durchführung der Radiographie zu optimieren. Weiterhin sind bauliche und praktische Aspekte sind zu berücksichtigen (vgl. auch Kapitel 2.5). Die Strahlenexposition der Einzelpersonen, v.
a. der beruflich Exponierten, aber auch anderer, wie z. B. der Tierbetreuungsperson (Def. s. Kapitel 2.3.3), kann durch überlegte Anwendung physikalischer Eigenschaf- ten ionisierender Strahlung begrenzt werden. Ist die Anwesenheit von Personen während der Strahlenemission nicht zu vermeiden, so sind diese Personen mit ge- eigneter Schutzkleidung auszustatten.
Die Strahlenschutzkleidung dient aufgrund ihrer hohen Ordnungszahl und der be- sonderen Beschaffenheit des Materials zur Absorption ionisierender Strahlung. Weit- gehenden Schutz bietet die übliche Strahlenschutzkleidung jedoch nur gegen Streu- strahlung und nicht gegen Nutzstrahlung (DIN 61331-3, 2002).
Zum erfolgreichen Strahlenschutz gehört auch die regelmäßige Kontrolle des Strah- lenschutzes. Die physikalische Strahlenschutzkontrolle ist in den einschlägigen Rechtsvorschriften beschrieben (vgl. Kapitel 2.3.3).
2.3.3 Gesetze und Richtlinien
Die zunehmende Verbreitung der Röntgentechnik konfrontierte einen größeren Per- sonenkreis mit den damit verbundenen gesundheitlichen Risiken. Somit wurden Überlegungen über den Schutz der an Röntgenuntersuchungen beteiligten Personen angestrengt.
In diesem Sinne ist die von der Deutschen Röntgengesellschaft 1913 beschlossene allgemeine Strahlenschutzempfehlung zu beachten. Staaten übergreifend, wurde 1928 die erste Internationale Strahlenschutzkommission (International Commission on Radiological Protection) in Stockholm gegründet. Sie bestand zunächst aus zwölf anerkannten Strahlenfachleuten. Auf Vorschlag von MUTSCHELLER übernahm die- se nicht staatliche Kommission 1934 eine Tagesdosis von 0,2 R als Toleranzdosis für Personen, die mit ionisierender Strahlung arbeiten (GEYER, 2003).
Der gesetzliche Rahmen ist in der Bundesrepublik Deutschland zunächst dem Ge-
Literatur
setz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Ge- fahren (Atomgesetz v. 23.12.1959) zu entnehmen. Hier wird auf der gesetzgebenden Seite durch die Verordnung über den Schutz vor Schäden durch Röntgenstrahlen (1969/70) auf das wirtschaftliche Erstarken in den 1960er Jahren und damit das An- wachsen des potenziell gefährdeten Personenkreises reagiert. Die erste Strahlen- schutzverordnung vom 15.10.1965 war noch ohne Bedeutung für Röntgenanlagen.
Die ICRP verabschiedete 1990 die Richtung weisende Publikation Nr. 60, in der grundlegende Empfehlungen zum Strahlenschutz bei ionisierender Strahlung fest- gehalten sind. Wesentliche Änderungen gegenüber älteren Veröffentlichungen waren die Höherbewertung des Strahlenrisikos, neue Gewebewichtungsfaktoren für die Be- rechnung der effektiven Dosis und die Empfehlung niedrigerer Dosisgrenzwerte für beruflich strahlenexponierte Personen und die Bevölkerung (WUCHERER et al., 1995).
In den Richtlinien 96/29/EURATOM (Grundnormen) und 97/43/EURATOM (medizini- sche Exposition / Patientenschutz) übernahm die Europäische Union diese Empfeh- lungen. Alle Staaten der Europäischen Union sind auf Grundlage der abgeschlosse- nen Verträge von Rom 1957 (Europäische Atomgemeinschaft) verpflichtet, die EU- RATOM Strahlenschutzregelungen in nationales Recht umzusetzen. In der Bundes- republik Deutschland sind diese Regelungen in den Novellierungen der Verordnung über den Schutz vor Schäden durch ionisierende Strahlen - Strahlenschutzverord- nung (StrlSchV) und der Verordnung über den Schutz vor Schäden durch Röntgen- strahlen - Röntgenverordnung (RöV) sowie den daraus resultierenden Richtlinien umgesetzt worden.
In der Bundesrepublik Deutschland bildet das Atomgesetz die gesetzliche Grundlage zum Umgang mit ionisierender Strahlung. Der zuständige Bundesminister wird in
§ 54 ermächtigt, Rechtsverordnungen zur Regelung weiterer Details zu erlassen.
Derartige Verordnungen bedürfen der Zustimmung des Bundesrates.
In der RöV, neu gefasst durch Bekanntmachung vom 30.04.2003 (I 604), in Kraft ge- treten am 01.07.2003, wird die Erzeugung und Nutzung von Röntgenstrahlung gere- gelt. Danach ist die Strahlenexposition als Einwirkung ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper definiert. Ganzkörperexposition ist die Einwirkung ionisie-
Literatur
render Strahlung auf den ganzen Körper, Teilkörperexposition ist die Einwirkung io- nisierender Strahlung auf einzelne Organe, Gewebe oder Körperteile. Die berufliche Strahlenexposition wird als die Strahlenexposition einer Person festgelegt, „die a) zur Ausübung einer Tätigkeit nach dieser Verordnung in einem Beschäftigungs- oder Ausbildungsverhältnis steht oder die Tätigkeit selbst ausübt “ oder unter b), c) und d) näher erläuterte Tätigkeiten im Zusammenhang mit dem Atomgesetz oder der Prü- fung, Erprobung, Wartung und Instandsetzung von Röntgeneinrichtungen oder Stör- strahlern wahrnimmt. Nicht mit der beruflichen Tätigkeit zusammenhängende Strah- lenexpositionen bleiben dabei unberücksichtigt (§ 2 RöV, 2003). § 2a legt fest, dass die Nutzung von Röntgenstrahlung, die zur Strahlenexposition beim Menschen führt, nur dann gerechtfertigt ist, wenn der (erwartete) wirtschaftliche, soziale oder sonstige Nutzen größer ist, als die mögliche gesundheitliche Beeinträchtigung. Die Dosis- grenzwerte sind nicht zu überschreiten (§ 2b). In § 2c wird festgelegt, dass die unnö- tige Strahlenexposition von Mensch und Umwelt zu vermeiden ist. Jede Strahlenex- position ist auch unterhalb der Grenzwerte so gering wie möglich zu halten.
In § 19 RöV ist die Einrichtung von Strahlenschutzbereichen für genehmigungs- und anzeigebedürftige Tätigkeiten festgelegt. Diese sind wie folgt definiert: „Je nach Hö- he der Strahlenexposition wird zwischen Überwachungsbereich und Kontrollbereich unterschieden:
1. Überwachungsbereiche sind nicht zum Kontrollbereich gehörende betriebli- che Bereiche, in denen Personen im Kalenderjahr eine effektive Dosis von mehr als 1 Millisievert oder höhere Organdosen als 15 Millisievert für die Augenlinse oder 50 Millisievert für die Haut, die Hände, die Unterarme, die Füße und die Knöchel erhal- ten können,
2. Kontrollbereiche sind Bereiche, in denen Personen im Kalenderjahr eine effektive Dosis von mehr als 6 Millisievert oder höhere Organdosen als 45 Millisievert für die Augenlinse oder 150 Millisievert für die Haut, die Hände, die Unterarme, die Füße und die Knöchel erhalten können.“ Des Weiteren bestimmt der § 19 die Ab- grenzung und Kennzeichnung der Kontrollbereiche.
Der Zugang zum Kontrollbereich wird in § 22 Personen erlaubt, die einer dem Betrieb der Anlage dienenden Aufgabe nachgehen. Darüber hinaus ist der Aufenthalt zu
Literatur
Ausbildungszwecken, wenn es notwendig ist, als helfende Person oder Tierhalter oder als Besucher nicht untersagt. § 25 setzt den Tierhalter in bestimmten Vorschrif- ten den helfenden Personen gleich. Dies betrifft die Unterrichtung über mögliche Ge- fahren der Strahlenexposition, wie auch die Bestimmungen zur Ermittlung der Kör- perdosen, die in § 35 näher ausgeführt sind. In § 29 RöV werden die in der Tierheil- kunde zur Anwendung von Röntgenstrahlung berechtigten Personen festgelegt. Zu Kontroll- und arbeitsmedizinischen Vorsorgezwecken werden den beruflich strahlen- exponierten Personen in § 31 zwei Kategorien, Kat. A und Kat. B, zugeordnet. Diese Kategorien sind aufgrund der maximalen Höhe der erlaubten Strahlenexposition festgelegt (Dosisgrenzwert DGW) (Tab. 3). Die auf das Kalenderjahr bezogenen ma- ximalen effektiven und Organdosen sind in § 31 a festgelegt und Tab. 4 zu entneh- men.
Für Frauen im gebärfähigen Alter gilt zusätzlich eine maximale monatliche Orgando- sis der Gebärmutter von 2 mSv. Sobald eine weibliche beruflich strahlenexponierte Person ihre Schwangerschaft feststellt, hat sie diese dem Strahlenschutzbeauftrag- ten bekannt zu geben. Ab diesem Zeitpunkt darf die gesamte Strahlenexposition des heranreifenden Kindes bis zu dessen Geburt 1 mSv nicht überschreiten. Als Maß für die dieser Strahlenexposition gilt die Organdosis der mütterlichen Gebärmutter.
Tab. 3: Dosisgrenzwerte für beruflich strahlenexponierte Personen der Kategorien A und B nach § 31 RöV.
Körperteil oder Organ
Kategorie A (Kat. A)
Kategorie B (Kat. B)
effektive Dosis DGW < 20 mSv DGW < 6 mSv Augenlinse DGW < 150 mSv DGW < 45 mSv Haut, Hände,
Unterarme, Füße und Knöchel
DGW < 500 mSv DGW < 150 mSv
DGW: Dosisgrenzwert
Literatur
Die StrlSchV in der Fassung vom 01.08.2001 enthält Vorschriften zum Umgang mit radioaktiven Stoffen und ionisierender Strahlung. Diese umfassen Tätigkeiten, die im Zusammenhang mit Erwerb oder Umgang mit künstlich erzeugten oder natürlich vor- kommenden radioaktiven Stoffen oder dem Betrieb von Anlagen zur Erzeugung ioni- sierender Strahlung mit Teilchen- oder Photonenenergie von mindestens 5 keV ste- hen. Es werden Grenzwerte für die Strahlenexposition der Bevölkerung festgelegt.
Diese sind der Tab. 4 zu entnehmen.
Die Richtlinie „Strahlenschutz in der Tierheilkunde“ wurde auf Grundlage der StrlSchV vom 20.07.2001 und der RöV in der Fassung der Bekanntmachung vom 30.04.2003 erlassen. Sie gilt für die diagnostischen und therapeutischen Anwendun- gen radioaktiver Stoffe und ionisierender Strahlung in der Tierheilkunde. Die Richtli- nie führt aus, in welcher Art die für den Anwendungsbereich der Tierheilkunde gel- tenden Strahlenschutzregelungen der RöV und StrlSchV unter Berücksichtigung des Standes der Technik vollzogen werden sollen (RL StrlSchTH, 2005).
In Kapitel 2 werden die erforderlichen Qualifikationen und der Erwerb dieser ausge- führt. Dass zum Schutz strahlenexponierter Personen mittels geeigneter Verfahren die Körperdosis unverzüglich zu ermitteln ist, ist in Kapitel 3 festgelegt.
In Kapitel 4 sind Tier - Betreuungspersonen als Personen definiert, die außerhalb ihrer beruflichen Tätigkeit im Sinne des § 3 Abs. 2 Nr. 31 StrlSchV oder § 2 Nr. 20 RöV freiwillig oder mit Einwilligung ihres gesetzlichen Vertreters Tiere betreuen, an denen in Ausübung der Tierheilkunde radioaktive Stoffe oder ionisierende Strahlung angewendet werden. Es wird diesen Personen erlaubt, anwesend zu sein, um das Tier zu beruhigen oder festzuhalten. Die Tier - Betreuungspersonen sind über die Gefahren und Verhaltensweisen im Umgang mit ionisierender Strahlung zu unterrich- ten. Über diese Unterrichtung sind Aufzeichnungen zu führen. Auch für die Tier - Betreuungspersonen sind Körperdosen zu ermitteln, aufzuzeichnen und auf Verlan- gen der Tier - Betreuungsperson mitzuteilen. Es ist zu beachten, dass die Höhe der Strahlenexposition der Tier - Betreuungsperson den Grenzwert von 1 mSv pro Jahr für Einzelpersonen der Bevölkerung nach § 32 RöV und § 46 StrlSchV nicht über- schreiten darf. Für Tier - Betreuungspersonen ist der Zutritt zum Überwachungsbe- reich nur gestattet, wenn ihr Aufenthalt erforderlich ist. Zu Kontrollbereichen darf der
Literatur
Tier - Betreuungsperson der Zutritt nur gestattet werden, wenn der Aufenthalt bei der Anwendung ionisierender Strahlung am Tier erforderlich ist und der Verantwortliche zugestimmt hat.
In Kapitel 5 sind spezielle Regelungen für die Anwendung der RöV getroffen. Sie betreffen die Kennzeichnung der Strahlenschutzbereiche während der Einschaltzei- ten der Röntgeneinrichtung. Erfordern Zustand oder Größe des zu untersuchenden Tieres dies, ist auch der Betrieb einer Röntgeneinrichtung außerhalb von Röntgen- räumen möglich. Hierzu sind besondere Vorkehrungen zum Schutz Dritter vor Rönt- genstrahlung zu treffen.
Tab. 4: Dosisgrenzwerte der im Kalenderjahr erlaubten Strahlenexposition nach RöV und StrlSchV.
Körperteil Bevölkerung nach
beruflich strahlenexponierte Personen
oder § 32 RöV u. nach RöV u.
Organ § 46 StrlSchV § 45 StrlSchV
effektive Dosis 1 mSv 20 mSv
Augenlinse 15 mSv 150 mSv
Haut, Hände, Unterarme, Füße
und Knöchel (beruflich strahlenexponierte Personen) bzw. Haut
(Bevölkerung)
50 mSv 500 mSv
Keimdrüsen, Gebärmutter, rotes
Knochenmark
keine Angaben je 50 mSv
Schilddrüse,
Knochenoberfläche keine Angaben 300 mSv
Dickdarm, Lunge, Magen, Blase, Brust,
Leber, Speiseröhre, andere Organe oder
Gewebe
keine Angaben 150 mSv
Literatur
Für Personen, die ein Tier während der Röntgenuntersuchung fixieren, sind gegebe- nenfalls zusätzliche Abschirmhilfen einzusetzen. Bei der Positionierung von Röntgen- filmkassetten sind grundsätzlich Haltesysteme zu verwenden. Zur Reduzierung der Körperdosis der im Kontrollbereich anwesenden Personen sind die Grundsätze nach Anlage 12 zu berücksichtigen.
2.4 Radiographische Standardverfahren in der equinen Radiologie 2.4.1 Standardisierung in der equinen Radiologie
In Anlehnung an humanmedizinische Röntgenuntersuchungen haben ZELLER und Mitarbeiter (1975) grundsätzliche Festlegungen getroffen. Die Empfehlungen bezie- hen sich auf Aufnahmen am stehenden Tier. Sie definieren Standardaufnahmen an den Extremitäten sowie an Kopf, Hals und Rumpf. Alle weiteren Aufnahmen werden als Spezialaufnahmen bezeichnet. Danach sind Standardaufnahmen an den Extremi- täten Aufnahmen mit horizontalem Strahlengang. Der Zentralstrahl ist auf das Zent- rum des aufzunehmenden Bereiches zu richten und hat senkrecht zur Gliedmaßen- achse im rechten Winkel auf die Kassette zu treffen. Bei Standardaufnahmen an Kopf, Hals und Rumpf ist der Zentralstrahl auch auf das Zentrum des aufzunehmen- den Bereiches gerichtet. Der Zentralstrahl muss ebenfalls senkrecht zur Körperachse stehen und im rechten Winkel auf die Kassette treffen. In dieser Veröffentlichung sind zusätzlich Festlegungen zur Benennung der Strahlenrichtung nach Winkelgraden getroffen. So wird in der equinen Radiologie die median von cranial nach caudal ver- laufende Ebene auch als 0°-Ebene benannt (ZELLER et al., 1975).
MÜNZER (1983) erweiterte den Begriff der Standardaufnahme. Danach sind Stan- dardaufnahmen allgemein anerkannte Projektionen, vergleichbar den Standardauf- nahmen in der Humanmedizin, die in genau festgelegten und beschriebenen Positio- nen des Patienten angefertigt werden. In der vorliegenden Arbeit wird der Begriff der Standardaufnahme in dieser Definition verwendet.
Radiologische Untersuchungen an Pferden wurden von STASHAK (1989) detailliert beschrieben. Dabei wurden vor allem Festlegungen zur technischen Durchführung und Interpretation von Gliedmassenuntersuchungen getroffen (STASHAK, 1989).
Literatur
Auch in der internistischen Pferdemedizin sind radiologische Untersuchungen von bedeutendem diagnostischem Wert. Grundlegende Festlegungen zur radiologischen Lungenuntersuchungstechnik sind von VENNER (1994) zusammengetragen und untersucht worden. Bei diesen Radiographien positionieren die Kassettenhalter die Filmkassette in einem im Röntgenraum beweglichen Gestell. Die Kassettenhalter treten vor Auslösung der Radiographie vom Pferderumpf in Kopfrichtung weg und nehmen eine streukörperferne Position ein (vgl. Kapitel 4).
Zur Untersuchung des equinen Strahlbeins stellte OXSPRING (1935) schon früh ra- diologische Untersuchungstechniken vor. Dabei ist die Untersuchung mit dorsopro- ximo-palmarodistalem Strahlengang an der aufgehobenen Gliedmaße, die OXSPRING (1935) als „upright pedal route“ beschrieb, auch als Aufnahmetechnik nach Oxspring bekannt. Sie besitzt bis heute ihren festen Platz in der equinen Ra- diographie (GEYER 2003, KOCK 2003).
Mit der zunehmenden Verbreitung der digitalen Röntgentechnik ergaben sich für ei- nige radiologische Standardverfahren neue Herausforderungen an die technische Durchführung. KOCK (2003) stellte im Rahmen ihrer Dissertation Verfahren zur Ver- besserung der radiologischen Darstellung des Strahlbeins vor. Diese sind als Wei- terentwicklung der radiologischen Untersuchung nach OXSPRING zu verstehen.
Die Röntgenuntersuchung der Phalanx distalis und des Os sesamoideus in palma- roproximal-palmarodistaler-obliquus Ansicht nach STAHAK (1989) wird in dieser Ar- beit als Standardaufnahme Strahlbein in tangentialer Strahlenrichtung (Strahlbein tang.) bezeichnet.
Zur radiographischen Untersuchung des Kopfes sind in Hinblick auf die Diagnostik der Zahngesundheit und der Nasen- und Rachenerkrankungen Untersuchungsgänge und radiographische Standards entwickelt und verfeinert worden (BIENERT, 2002).
Radiographische Untersuchungen des Abdomens sind beim Pferd nur bei kleinen Volumina möglich. Diese Untersuchungen erfolgen daher nur bei kleinen Rassen oder jungen Tieren, den Fohlen. Tiere, bei denen eine Abdominaldiagnostik notwen- dig erscheint, sind überwiegend schwer erkrankt, oft bestehen lebensbedrohliche Zustände, die von starken Schmerzen oder Schockzuständen gekennzeichnet sind (DIETZ u. HUSKAMP, 1999).
Literatur
2.4.2 Indikationen in der equinen Radiographie
In der RL StrSchTH sind rechtliche Ausführungen zu diagnostischen Anwendungen ionisierender Strahlung in der Tierheilkunde gemacht. Die Bestimmungen gelten un- ter Berücksichtigung des Standes der Technik. Indikationen zur Anfertigung radio- graphischer Untersuchungen sind nicht streng gefasst (RL StrSchTH, 2005). Unter Berücksichtigung der RöV ist eine Abwägung zwischen wirtschaftlichem Wert einer Radiographie, also auch der Aussagesicherheit eines solchen Untersuchungsgan- ges, einerseits und andererseits der möglichen Schäden an den beteiligten Personen zu treffen. Die Rechtfertigung eines radiographischen Untersuchungsganges beruht auf dieser Abwägung (RöV, 2003).
Die Pferdemedizin kennt die Radiographie um Verdachtsdiagnosen zu sichern, v. a.
bei Fissuren und Frakturen (z. B. der Wirbelbögen oder –körper, des Humerus, bei gedeckten Skapulafrakturen etc.). Weiterhin sind Radiographien angezeigt, um pa- thologische Zustände an Gelenken, wie Luxationen oder Subluxationen, die Osteo- chondrosis dissecans und Arthritiden bzw. Arthrosen zu diagnostizieren. Auch selte- ne Erkrankungen, wie Osteochondrome am distalen Radius erfordern radiographi- sche Diagnostik (DIETZ u. HUSKAMP, 1999).
Wie auch im „Pferdeheilkunde - Untersuchungsvertrag“ dargestellt, sind alle Unter- suchungen medizinische Momentaufnahmen, die den aktuellen Gesundheitsstatus darzustellen suchen. Es wird betont, dass keine Angaben über die weitere Entwick- lung von Einzelbefunden sicher zu geben sind. Bei den 10 standardmäßig vorge- schlagenen Röntgenaufnahmen (OXSPRING vorn beidseits, Zehe 90° an allen 4 Beinen, Tarsus in je 2 Ebenen) wird betont, dass mit diesen nur eingeschränkte Aus- sagekraft über Strahlbein und Fesselgelenke erreicht werden kann. Für eingehende Beurteilungen wird vorgeschlagen, weitere Röntgenuntersuchungen vorzunehmen.
Die Röntgenuntersuchung im Rahmen der Kaufuntersuchung wird als ergänzende Untersuchung zur klinischen Befundung dargestellt. Die Gesamtbeurteilung soll durch die klinischen Befunde erfolgen (Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft, Fachgruppe Pferdekrankheiten, 2007).
