DGMP- und DRG-Bericht

für Medizinische Physik e.V.

DGMP- und DRG-Bericht

Deutsche Röntgengesellschaft

Gesellschaft für Medizinische Radiologie e.V.

DGMP-Bericht Nr. 7 überarbeitete und ergänzte Neuauflage 2019

ISBN 978-3-00-064613-3

Pränatale Strahlenexposition aus medizinischer Indikation

Dosisermittlung, Folgerungen für die Ärztin/den Arzt und Schwangere

Arbeitsausschuss zur Ermittlung der pränatalen Strahlenexposition Deutsche Gesellschaft für Medizinische Physik e.V.

In Zusammenarbeit mit der

Arbeitsgemeinschaft Physik und Technik in der bildgebenden Diagnostik der Deutschen Röntgengesellschaft, Gesellschaft für Medizinische Radiologie e.V.

unter Mitwirkung

der Deutschen Gesellschaft für Nuklearmedizin e.V.

und der Deutschen Gesellschaft für Radioonkologie e.V.

Der vorliegende Bericht kann auf der Homepage der DGMP (www.dgmp.de) kostenlos heruntergeladen werden. Von den Geschäftsstellen der DGMP und DRG können ausgedruckte Exemplare angefordert werden.

Pränatale Strahlenexposition aus medizinischer Indikation Dosisermittlung, Folgerungen für die Ärztin/den Arzt und Schwangere

Überarbeitete und ergänzte Fassung 2019 (Erstfassung 1990, 1. Überarbeitung 2002)

Inhalt

1 EINLEITUNG ... 6

2 MÖGLICHE EFFEKTE NACH PRÄNATALER STRAHLENEXPOSITION ... 8

2.1 Übersicht ... 8

2.2 Effekte nach Exposition während der Präimplantationsphase ... 10

2.3 Effekte nach Exposition während der Organbildungsphase ... 10

2.4 Effekte nach Exposition während der Fetalphase ... 10

2.5 Maligne Erkrankungen nach pränataler Strahlenexposition ... 11

2.6 Vererbbare Defekte nach pränataler Strahlenexposition ... 12

2.7 Lage des ungeborenen Kindes ... 12

2.8 Anwendungsbeispiele ... 13

3 ERLÄUTERUNG DES ZWEI-STUFENKONZEPTS ... 15

4 RÖNTGENDIAGNOSTIK ... 17

4.1 Grobe Abschätzung der Dosis des Ungeborenen (Stufe I) ... 18

4.2 Berechnung der Dosis des Ungeboren (Stufe II) ... 21

5 NUKLEARMEDIZIN ... 30

5.1 Grobe Abschätzung der Dosis des Ungeborenen (Stufe I) ... 30

5.2 Berechnung der Dosis des Ungeborenen (Stufe II) ... 31

6 STRAHLENTHERAPIE ... 36

7 WEITERFÜHRENDE LITERATUR ... 42

ANHANG A: TABELLEN UND DIAGRAMME ZUR DOSISABSCHÄTZUNG NACH DEM QUELLEN- UND BILDEMPFÄNGERKONZEPT ... 47

ANHANG B: TABELLEN VON KONVERSIONSFAKTOREN ... 55

ANHANG C: TABELLEN VON GEWEBE-LUFT-VERHÄLTNISSEN ... 61

ANHANG D: ANWENDUNGSBEISPIELE ... 64

ANHANG E: CHECKLISTE DER ZUR DOSISABSCHÄTZUNG BENÖTIGTEN DATEN ... 67

ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ... 68

Vorwort

Der DGMP- und DRG-Bericht „Pränatale Strahlenexposition aus medizinischer Indikation, Dosisermittlung, Folgerungen für Arzt und Schwangere“ erschien erstmals im Juni 1990. Die schnelle Weiterentwicklung der radiologischen Technik, die damit verbundene Erweiterung des Gerätespektrums und neue strahlenbiologische Erkenntnisse waren Anlass, den Bericht nach der letzten Überarbeitung im Jahr 2002 wieder zu überarbeiten.

In der jetzigen Neufassung wurde das 1980 vom Ausschuss für Strahlenschutz der DRG vorgeschlagene Drei-Stufenkonzept der Dosisermittlung in ein Zwei-Stufenkonzept abgeändert, da praktisch bei Überschreiten einer Organ-Äquivalentdosis des Uterus von 20 mSv immer eine genaue Berechnung nach der früheren dritten Stufe durchgeführt wird. Gleichzeitig wird auch eine leichte Inkonsistenz bei der früheren zweiten Stufe entfernt. Die Gliederung des Textes wurde verändert und insbesondere beide Stufen für die einzelnen Anwendungsbereiche ionisierender Strahlung in der Medizin jeweils zusammengefasst in einem Kapitel dargestellt. Eine Anpassung an die neuen in der Medizin verwendeten Geräte, neue zum Einsatz kommende Nuklide und Radiopharmaka und neuen Vorgehensweisen wurde ergänzt bzw. erfolgte. Für die strahlendiagnostisch tätigen Ärztinnen bzw. Ärzte sind vor allem die Kapitel 2 bis 3 und 4.1 und 5.1 von Bedeutung. Hier finden sie sowohl eine kurzgefasste wissenschaftliche Begründung des Zwei- Stufenkonzepts als auch Tabellen, aus denen sich Einschätzungen des Strahlenrisikos ableiten lassen. Kapitel 4 bis 6 und die im Anhang zusammengefassten Daten sind in erster Linie für MPE (Medizinphysik-Expertinnen bzw. -Experten) gedacht. Diese finden hier alle Unterlagen, um aus Angaben über die Untersuchungsbedingungen und ggf. den Abmessungen der Patientin die Strahlenexposition genauer zu ermitteln und so eine zuverlässige Basis für weitere ärztliche Entscheidungen zu schaffen. Das Literaturverzeichnis soll in Spezialfällen eine Hilfe sein.

1 Einleitung

Dieser Bericht soll Ärztinnen und Ärzten oder den MPE, in deren Zuständigkeitsbereich die Exposition einer Schwangeren aus medizinischer Indikation erfolgte oder aus zwingender Indikation eine Untersuchung oder Therapie erfolgen soll, Hinweise über die Höhe der Dosis für das ungeborene Kind und für das weitere Verhalten geben. Generell gilt, dass die Anwendung ionisierender Strahlung bei Schwangeren in der Diagnostik möglichst vermieden und Alternativen genutzt werden sollen. In Tabelle 1 findet sich eine Zusammenstellung der Korrelationen zwischen Dosis und möglichen Schädigungen für den Embryo bzw. Fetus.

Anhand vieler praktischer Erfahrungen ist bekannt, dass in der Röntgendiagnostik und in der diagnostischen Anwendung von Radionukliden in deutlich über 95 % der Fälle nur ein vernachlässigbar geringes Risiko für eine Schädigung des Embryos bzw. Feten im Sinne einer Fehlbildung vorliegt, da die mit der Untersuchung verbundenen Strahlendosen sehr niedrig sind.

Es ist also sinnvoll, schnell feststellen zu können, ob ein individueller Fall in diese große Gruppe fällt, bei der keine Gefährdung des Embryos oder Feten vorliegt. Ist dies der Fall, so soll die Schwangere von der Ärztin/dem Arzt, die/der die Exposition durchgeführt hat, sogleich davon unterrichtet werden, damit Ängste gar nicht erst entstehen.

Wegweisend für das stufenweise Vorgehen ist ein Konzept des Ausschusses für Strahlenschutz der DRG aus dem Jahr 1980 [1]. Die am Uterus wirksame Dosis wird der Höhe nach in zwei Stufen unterteilt und eine entsprechend abgestufte Vorgehensweise zur Ermittlung der Dosis empfohlen.

Für das praktische Vorgehen finden sich in den Tabellen 3 bis 5 sowie Tabelle 8 Schätzwerte der Dosis des Ungeborenen bei röntgendiagnostischen und nuklearmedizinischen Verfahren und Anleitungen zur Handhabung. Dieses Konzept gewährleistet, dass die Abschätzung der Dosis des Ungeborenen sehr schnell erfolgen kann und erhöht damit die Sicherheit vor Fehleinschätzungen des mit der Untersuchung verbundenen Strahlenrisikos.

Wird die Stufe I des Zwei-Stufenkonzepts (siehe Kap. 3, Dosis für das Ungeborene bis 20 mSv) nicht überschritten, so ist ein Risiko für das Auftreten von Fehlbildungen einschließlich einer geistigen Retardierung vernachlässigbar gering. Das Risiko der Erhöhung der postnatalen Tumorrate ist so gering, dass es weit unter den Risiken liegt, denen ein Embryo oder Fetus in utero normalerweise auch ohne zusätzliche Strahlenexposition ausgesetzt ist. Der Wert 20 mSv liegt deutlich unterhalb der Dosiswerte, bei denen Fehlbildungen sowie geistige Retardierung als möglich angesehen werden. Diese liegen oberhalb von 100 mGy (entspricht 100 mSv bei locker ionisierender Strahlung), siehe Tab. 1. Der große Unterschied ist gewählt worden, um den mit den tabellierten Dosiskoeffizienten verbundenen Unsicherheiten Rechnung zu tragen. Liegt die geschätzte Dosis am Uterus also nicht über 20 mSv (Stufe I des Zwei-Stufenkonzepts, über 95 % aller Fälle), so fertigt die Ärztin/der Arzt ein Protokoll an, in dem die Ergebnisse der Dosisschätzung niedergelegt sind und in dem außerdem vermerkt ist, dass die Schwangere unterrichtet ist, dass eine Gefahr, die sich aus der Strahlenexposition ergeben könnte, für das Kind nicht besteht. Eine strahlenbiologisch begründete Indikation für einen Abbruch der Schwangerschaft liegt in diesem Dosisbereich nicht vor. Es ist bekannt, dass von anderen ärztlichen Fachdisziplinen gelegentlich gegensätzliche Auffassungen vertreten werden und unbenommen der bestehenden fachlichen Basis ein Schwangerschaftsabbruch empfohlen wird. In diesem Fall hat die Ärztin/der Arzt, die/der die

Exposition verantwortet hat, die Aufgabe, diesen gegensätzlichen Auffassungen zum Wohle der Schwangeren und des sich entwickelnden Kindes entgegenzutreten.

Ist der Schätzwert der Dosis des Ungeborenen größer als 20 mSv, dann soll gemäß dem in Kap. 3 näher erläuterten Stufenkonzept gehandelt werden. Steht aus strahlenbiologischer Sicht eine Interruptio nicht komplett außer Frage, sollte das weitere Vorgehen in einem interdisziplinären Konsil geklärt werden.

Literatur:

[1] Deutsche Röntgengesellschaft: Diskussionsentwurf: Richtlinie für das ärztliche Verhalten nach Exposition der menschlichen Frucht mit ionisierender Strahlung und nach der Inkorporation radioaktiver Stoffe aus medizinischer Indikation. Fortschr. Röntgenstr. 132 (1980) 595-603.

2 Mögliche Effekte nach pränataler Strahlenexposition

2.1 Übersicht

Die Bewertung der pränatalen Strahlenexposition beschäftigt Klinik und Wissenschaft seit Jahrzehnten. Hierzu existiert eine umfangreiche wissenschaftliche Literatur. Detaillierte Darstellungen erfolgten u.a. durch die Strahlenschutzkommission [1], im UNSCEAR Report 1986 [2]

oder die ICRP[3-5].

Auf der Basis dieser Darstellungen und unter Einbeziehung neuerer Literaturdaten werden im Folgenden grundlegende biologische Effekte einer Strahlenexposition in utero beschrieben und wenn möglich die Schwellenwerte der Dosis und Risiko-Koeffizienten ggf. oberhalb der Schwellenwerte angegeben. Bei ihrer Anwendung ist zu berücksichtigen, dass in diese Werte eine Reihe von Annahmen und Unsicherheiten eingehen, beispielsweise bei der Extrapolation von tierexperimentellen Ergebnissen auf den Menschen oder von hohen auf niedrige Dosiswerte.

Die Angabe derartiger Werte soll im konkreten Fall einer pränatalen Strahlenexposition, ggf. nach einer Dosisabschätzung, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens verschiedener biologischer Effekte abzuschätzen helfen. Diese Information kann bei der Risikoabwägung im Rahmen der Beratung betroffener Schwangerer bezüglich einer diagnostischen oder therapeutischen Maßnahme oder eines Schwangerschaftsabbruchs berücksichtigt werden. Anwendung und Nutzung dieser Information u.a. zur Beratung schwangerer Patientinnen wurde unter anderen durch Brent 2009 umfassend dargestellt [6].

Die pränatale Entwicklung des Menschen ist wie bei allen Säugern durch die Zell-Proliferation, die -Differenzierung und die -Migration geprägt. Alle diese Prozesse können empfindlich durch ionisierende Strahlen gestört werden. Infolgedessen ergibt sich eine relativ hohe Strahlenempfindlichkeit des Embryos bzw. Feten während der gesamten intrauterinen Entwicklung. Allerdings unterscheiden sich die Sensitivität und die Art der Strahleneffekte während der verschiedenen Phasen der pränatalen Entwicklung. Die Entwicklung des Menschen im Mutterleib wird üblicherweise in drei große Entwicklungsabschnitte eingeteilt: Die Präimplantationsphase (1 – 2 Woche nach der Konzeption, p. c.), die Organbildungsphase (3 – 8.

Woche p. c.) und die Fetalphase (ab der 9. Woche p. c.). Stark vereinfachend gilt, dass die Strahlenempfindlichkeit des Embryos/Fetus im ersten Trimenon am höchsten ist und danach abnimmt.

Für eine größere Zahl von Strahleneffekten sind in diesen verschiedenen Entwicklungsphasen Dosiswirkungsbeziehungen durch Tierexperimente vor allem an Mäusen und Ratten ermittelt worden. In einer Reihe von Fällen konnten die Daten durch Beobachtungen am Menschen überprüft und verifiziert werden. In anderen Fällen werden Extrapolationen vom Tierexperiment zum Menschen durchgeführt.

Für die pränatale Strahlenexposition durch medizinisch-diagnostische Verfahren sind vor allem vier Wirkungskategorien bedeutsam: (1) Schwangerschaftskomplikationen (Spontanabort, Totgeburt), (2) kongenitale Malformationen, (3) geistige und Wachstumsretardierung sowie (4) mutagene und karzinogene Effekte.

Für das Auftreten von Letalität, Fehlbildungen sowie geistiger Retardierung wurden sigmoide Dosiswirkungsbeziehungen beobachtet. Aus diesen Kurven können Schwellenwerte für die Strahlendosen abgeschätzt werden, nach denen die betreffenden Effekte beobachtet werden können. Aus der Steilheit der dann folgenden Kurven werden Faktoren für das Risiko pro Dosisinkrement abgeschätzt. Dieses kann jedoch nur annäherungsweise erfolgen, da die Dosiswirkungsbeziehungen nicht linear sind. Die Entstehung vererbbarer Defekte sowie Krebsentstehung haben möglicherweise keine Schwellendosis, sondern werden im Strahlenschutz am besten durch lineare Dosiseffektkurven beschrieben.

Tabelle 1 enthält eine Zusammenstellung möglicher nicht-maligner biologischer Effekte des relevanten Zeitraums nach Konzeption, in dem eine Strahlenexposition zu diesen Effekten führt, sowie untere Schwellenwerte der Dosis für das Auftreten eines Effektes und derzeit angenommene Risikokoeffizienten, die für Strahlenexpositionen oberhalb der Schwellenwerte angenommen werden können. Tabelle 2 fasst, in Abhängigkeit von der intrauterin erhaltenen Strahlendosis, die Wahrscheinlichkeit ein gesundes Kind zu gebären zusammen. In den dort angegebenen Zahlenwerten wird nur das mit der Strahlenexposition verbundene Risiko berücksichtigt und nicht die Spontan-Fehlbildungsrate von etwa 3 % [6]. Im Anschluss hieran werden Erläuterungen zu den einzelnen Effekten gegeben. Abschließend wird an zwei Beispielen die Anwendung der genannten Zahlenwerte demonstriert.

Tabelle 1: Mögliche strahleninduzierte nicht-maligne Gesundheitsauswirkungen von intrauteriner Strahlenexposition mit locker ionisierender Strahlung in Abhängigkeit vom Entwicklungsstadium. Bei den angegebenen Dosiswerten handelt es sich um die Uterusdosis (Organ-Äquivalentdosis) bei externer Photonenstrahlung bzw. die Dosis des ungeborenen Kindes bei nuklearmedizinischen Anwendungen.

Entwicklungs- stadium

ungefährer Zeitraum nach Konzeption

≤ 20 mSv > 20 - 100 mSv > 100 mSv Risikokoeffizient pro Dosis*

Präimplanta-

tionsphase 1. - 2. Woche keine

bisher kein Nachweis eines Spontanaborts

Abort möglich 0,1 % pro mSv

Organogenese 3. - 8. Woche keine

mögliche Effekte klinisch nicht erkennbar

angeborene

Fehlbildungen 0,05 % pro mSv

> 200 mSv Wachstums- retardierung Fetogenese 9. - 15. Woche

IQ-Reduktion sehr unwahr- scheinlich

IQ-Reduktion IQ-Reduktion 0,03 IQ pro mSv

> 300 mSv schwere geistige Retardierung

0,04 % pro mSv 16. - 25. Woche IQ-Reduktion IQ-Reduktion 0,01 IQ pro mSv

> 300 mSv schwere geistige Retardierung

0,01 % pro mSv

> 27. Woche im Bereich der diagnostischen Dosen keine nachweisbaren Effekte

* konservative Abschätzungswerte, die mit einer entsprechenden Unsicherheit behaftet sind

2.2 Effekte nach Exposition während der Präimplantationsphase

Strahlenexpositionen während der Präimplantationsphase können zum Absterben des Embryos häufig bereits vor der Implantation führen. Derartige Effekte werden beim Menschen nicht erkannt, da das Bestehen einer Schwangerschaft in diesem Stadium im Allgemeinen nicht festgestellt worden ist. Auf der Grundlage entsprechender tierexperimenteller Untersuchungen wird diesem Effekt im UNSCEAR Report 1986 [2] ein Risikokoeffizient pro Dosis von 1 Sv^-1 (entsprechend 0,1 % pro mSv) zugeordnet.

2.3 Effekte nach Exposition während der Organbildungsphase

Strahlenexpositionen in dieser Entwicklungsphase können makroskopisch-anatomische Fehlbildungen, Wachstumshemmungen und auch funktionelle Störungen verursachen. Die experimentellen Untersuchungen ergeben für die Induktion dieser Effekte Dosiswirkungsbeziehungen mit Schwellendosen, die bei mindestens 100 mSv liegen. Daten, die an den Atombombenüberlebenden in Hiroshima und Nagasaki erhoben worden sind, lassen vermuten, dass die Schwellendosen beim Menschen höher liegen. Die Studien in Hiroshima und Nagasaki haben vor allem einen verringerten Kopfumfang bei den geborenen Kindern nach Bestrahlung in utero mit Dosen in Höhe von etwa 500 mSv und mehr ergeben.

Von UNSCEAR [2] wird angenommen, dass das bei tierexperimentellen Untersuchungen beobachtete Risiko einer Erhöhung der Anzahl fetaler Fehlbildungen pro Dosis von 0,5 Sv^-1 (entsprechend 0,05 % pro mSv) auch für den Menschen gelten könnte, und zwar für den Zeitraum von der Organbildungsphase. Die Verdopplung des Fehlbildungsrisikos wird etwa im Dosisbereich von 200 mSv angenommen. [3]

2.4 Effekte nach Exposition während der Fetalphase

Die Entwicklung des Zentralnervensystems nimmt eine sehr lange Zeit in Anspruch. Daher treten nach Strahlenexpositionen Fehlentwicklungen in diesem Bereich gegenüber anderen Effekten relativ häufig auf. Untersuchungen an Kindern, die während ihrer pränatalen Entwicklung durch die Atombombenkatastrophen in Japan strahlenexponiert waren, haben relativ häufig schwere geistige Retardierungen ergeben. Dies war allerdings nur bei denjenigen Kindern der Fall, die die Strahlenexposition während der Fetalphase in der 9. – 15. bzw. 16. – 25. Woche p.c. erhalten haben. Die neueren Analysen haben gezeigt, dass Schwellendosen im Bereich von etwa 550 bzw.

870 mSv mit einem unteren 95 % Vertrauensbereich von etwa 300 mSv auftreten [7]. Der Risiko- Koeffizient für eine Exposition mit Strahlung niedrigen LET's im Zeitraum 9. – 15. Woche wird mit 0,4 Sv^-1 (entsprechend 0,04 % pro mSv) und im Zeitraum 16. – 25. Woche mit 0,1 Sv^-1 (entsprechend 0,01 % pro mSv) angegeben.

Neben der schweren geistigen Retardierung wurde bei Kindern, die in Hiroshima und Nagasaki exponiert worden sind, auch eine Abnahme des Intelligenzquotienten (IQ) beobachtet. Für diesen

Effekt gibt es möglicherweise keine Schwellendosis. Nach Expositionen in der 9. – 15. Woche p.c.

betrug die Reduktion etwa 30 IQ-Punkte pro Sv und in der 16. – 25. Woche p.c. etwa 10 IQ-Punkte pro Sv.

2.5 Maligne Erkrankungen nach pränataler Strahlenexposition

Für die Krebsentstehung werden im Strahlenschutz lineare Dosiswirkungsbeziehungen ohne Schwellendosen angenommen. In einer großen retrospektiven Fall-Kontroll-Studie, der sog.

Oxford-Studie, sind bei Kindern, die in utero eine Strahlenexposition wegen einer Röntgenuntersuchung der Mutter (überwiegend Pelvimetrie) erhalten haben, bis zum Alter von 15 Jahren vermehrt Leukämien und maligne Tumoren beobachtet worden. Der deutlichste Hinweis, dass Strahlenexpositionen in utero bereits im niedrigen Dosisbereich (< 100 mSv) zu einer signifikanten Erhöhung der Leukämie- und Krebsrate in den ersten 15 Lebensjahren führen können, kommt von der Analyse der Einzel- und Zwillingsgeburten aus den Daten der Oxford-Studie [8].

In weiteren Studien sind ähnliche Daten berichtet worden, es gibt aber auch Resultate vor allem von Kohortenstudien, die diesen Befunden widersprechen. Bei den Kindern, die bei den Atombombenabwürfen in Hiroshima und Nagasaki in utero exponiert worden sind, sind maligne Erkrankungen in den ersten 10 – 15 Lebensjahren nicht vermehrt gesehen worden, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, dass die Erfassung von malignen Erkrankungen erst im Jahr 1950 begann und v.a. Leukämien eine relativ kurze Latenzzeit aufweisen. Es wird heute davon ausgegangen, dass während der pränatalen Entwicklung eine Strahlenempfindlichkeit wie bei Kindern vorliegt. Die Datenlage hierzu ist jedoch sehr heterogen, u.a. da die Interpretation der vorliegenden Daten stark auf Annahmen beruht. Auf Basis derselben Daten wird beispielsweise ein zusätzliches Risiko der Krebsmortalität pro Dosis für Kinder unter 10 Jahren nach intrauteriner Strahlenexposition von 0,95 % bis 5,72 % pro Gy angegeben. Das zusätzliche Risiko für die Tumorinzidenz pro Dosis für Kinder unter 15 Jahren wird mit 2,05 % bis 8 % je Gy angenommen [9]. Das geschätzte relative Risiko der Krebsmortalität pro Dosis für Erwachsene (15 - 46 Jahre), die in utero exponiert wurden, wurde in nur einer Studie durch Nachverfolgung der Atombombenopfer von Hiroshima und Nagasaki untersucht und bei spärlicher Datenlage mit nur 10 verstorbenen Personen aus der Risikogruppe mit 2,1 % je Sv angegeben. [9]

Für Risiko-Abschätzungen wird bei diesen Effekten von einer linearen Dosiswirkungsbeziehung ohne Schwellendosis ausgegangen. In welcher Weise sich das strahlenbedingte Krebsrisiko im Verlaufe der pränatalen Entwicklung ändert, kann aufgrund der bisherigen Daten nicht eindeutig beurteilt werden. Manche Daten deuten darauf hin, dass die Strahlenempfindlichkeit während des ersten Trimesters am höchsten ist. Weiterhin sind zahlreiche weitere Einflussfaktoren wie erbliche Disposition, Exposition gegenüber anderen Umweltnoxen ebenfalls zu berücksichtigen. In der medizinischen Bewertung dieser Risikoabschätzung sind Leukämie- und Krebshäufigkeit von nicht strahlenexponierten Vergleichsgruppen zu berücksichtigen. Entsprechende Vergleichswerte finden sich beispielsweise bei Brent [6] oder Nguyen und Goodman [10].

Tabelle 2: Dosisabhängige Wahrscheinlichkeit nach intrauteriner Strahlenexposition keinen malignen Tumor zu entwickeln [5]

Zusätzlich zur natürlichen Strahlenexposition absorbierte Dosis des pränatalen Organismus

HU/mSv

Dosisabhängige Wahrscheinlichkeit nach intrauteriner Strahlenexposition keinen malignen Tumor zu entwickeln

(Alter 0 bis 19 Jahre) P/%

0 bis 5 99,7

10 99,6

50 99,4

100 99,1

2.6 Vererbbare Defekte nach pränataler Strahlenexposition

Epidemiologische Daten konnten bisher keinen eindeutigen Anstieg vererbbarer Defekte nach pränataler Strahlenexposition zeigen, diesen umgekehrt aber auch nicht ausschließen [11].

Angesichts der relevanten Anzahl erblicher Defekte ohne pränatale Strahlenexposition ist der vermutlich vergleichsweise geringe Anstieg nach Strahlenexposition nur schwer zu identifizieren.

Für die Induktion vererbbarer Defekte wird daher im Strahlenschutz analog zum Erwachsenen angenommen, dass keine Schwellendosis besteht und im Bereich kleiner Dosen lineare Dosiswirkungsbeziehungen gegeben sind. Belastbare Daten über genetische Veränderungen beim Menschen liegen bisher nicht vor. Tierversuche haben ergeben, dass, wahrscheinlich bedingt durch die geringe Strahlensensibilität und das höhere Reparaturvermögen in den frühen Entwicklungsstadien, bei der Strahlenexposition der Keimdrüsen in utero die Häufigkeit der Induktion vererbbarer Schäden niedriger ist als in den postnatalen Entwicklungsstadien. Weiterhin gibt es deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Spezies.

Auf der Grundlage der Ergebnisse tierexperimenteller Untersuchungen lassen sich aus den im UNSCEAR-Report 1986 [2] genannten Angaben zur Wahrscheinlichkeit strahleninduzierter Mutationen mit dominanten Effekten und reziproken Translokationen Risikokoeffizienten für genetische Anomalien in der ersten Generation pro Lebendgeburt nach pränataler Strahlenexposition der Keimdrüsen herleiten. Diese liegen bei 0,0003 % pro mSv bei Männern und 0,0001 % mSv bei Frauen.

Bei Dosen größer als etwa 100 mSv kann es zumindest zur vorübergehenden Infertilität beim Menschen kommen, die oberhalb von etwa 1,5 Sv permanent werden kann [12], so dass sich eventuelle Mutationen in Keimzellen nicht auf Nachkommen auswirken können.

2.7 Lage des ungeborenen Kindes

In diesem Bericht wird für die Dosis des ungeborenen Kindes mit Ausnahme der Anwendung von Radionukliden synonym der Begriff Uterusdosis verwendet. Abhängig von der Schwangerschaftswoche und der Größe des ungeborenen Kindes ist die Lage im Körper der Mutter unterschiedlich (Abbildung 1) und muss bei der Dosisberechnung berücksichtigt werden.

Abbildung 1: Lage des ungeborenen Kindes in Abhängigkeit von der Schwangerschaftswoche [13]

2.8 Anwendungsbeispiele

Abschließend seien zwei Beispiele zur Anwendung der in Tabelle 1 genannten Werte gegeben:

Beispiel 1:

Die Dosisabschätzung hat eine Strahlenexposition von Embryo bzw. Fetus von 20 mSv ergeben. Die Effekte Abort während der Präimplantationsphase, Fehlbildungen und schwere geistige Retardierung sind in diesem Fall nicht zu diskutieren, da die Dosis unterhalb der dort angegebenen Schwellendosis liegt. Hat die Exposition in der 9. – 15. Woche stattgefunden, so findet eine Reduktion des Intelligenzquotienten im Mittel um weniger als 1 IQ-Punkt statt. Für die Induktion maligner Erkrankungen für Kinder unter 15 Jahren errechnet sich ein Risiko in einer Größe zwischen 0,04 % bis 0,16 % entsprechend zwischen 1:2500 bis 1:625. Für das Risiko der Induktion vererbbarer Defekte bei der Exposition eines männlichen Feten ergibt sich ein Wert in der Größenordnung von < 0,006 % entsprechend < 1:15000, bei der Exposition eines weiblichen Feten ein Risiko von < 0,002 % entsprechend einem Risiko von < 1:50000.

Beispiel 2:

Hat die Dosisabschätzung eine Exposition von Embryo bzw. Fetus von 200 mSv (d. h. 100 mSv über der Schwelle) ergeben, so sind auch die Effekte Abort während der Präimplantationsphase und Fehlbildungen zu diskutieren. Je nachdem, ob man die Risikokoeffizienten auf die ermittelte Dosis abzüglich der Schwellendosis oder auf die ermittelte Dosis selbst anwendet, erhält man

• bei einer Exposition während der Präimplantationsphase ein Risiko des Absterbens des Embryos vor der Implantation im Bereich von 10 - 20 %;

• bei einer Exposition im Zeitraum zwischen 3. und 8. Woche ein Fehlbildungsrisiko im Bereich von 5 - 10 %;

• bei einer Exposition zwischen der 9. und 15. Woche ein Risiko der Reduktion des Intelligenzquotienten um 3 bis 6 IQ-Punkte;

• bei einer Exposition zwischen der 16. und 25. Woche ein Risiko der Reduktion des Intelligenzquotienten um 1 bis 2 IQ-Punkte;

• ein Risiko der Induktion maligner Erkrankungen zwischen 0,4 % und 1,6 %,

• ein Risiko vererbbarer Defekte in der Größenordnung < 0,06 % (männl.) bzw. < 0,02 % (weibl.).

Derartige Zahlenwerte sind nach gegenwärtigem Kenntnisstand als konservative Abschätzungen der Größenordnung des Strahlenrisikos anzusehen, wobei die Lückenhaftigkeit der Ausgangsdaten und der eingangs erwähnten Annahmen, auf denen diese Risikoabschätzungen beruhen, zu berücksichtigen sind.

Literatur:

[1] Gumprecht D, Kind A [Red.]: Wirkungen nach pränataler Bestrahlung. Veröffentlichungen der Strahlenschutzkommission, Band 2, 2. Aufl. Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, New York, 1989 [ISBN 3-437-11293-7]

[2] UNSCEAR: Genetic and Somatic Effects of Ionizing Radiation. United Nations, New York 1986 [3] ICRP Publication 90: Biological Effects after Prenatal Irradiation (Embryo and Fetus), United

Nations, New York 1990

[4] Streffer C, Shore R, Konermann G, Meadows A, Uma Devi P, Preston Withers J, Holm LE, Stather J, Mabuchi K, H R: Biological effects after prenatal irradiation (embryo and fetus). A report of the International Commission on Radiological Protection. Ann ICRP. 2003;33(1-2):5- 206

[5] ICRP Publication 84: Pregnancy and Medical Radiation. Annals of the ICRP, Vol. 30 No. 1, Pergamon, New York, 2000

[6] Brent RL: Saving lives and changing family histories: appropriate counseling of pregnant women and men and women of reproductive age, concerning the risk of diagnostic radiation exposures during and before pregnancy. Am J Obstet Gynecol. 200(1): 4-24, 2009

[7] Otake M, Schull WJ, Lee S: Threshold for radiation-related severe mental retardation in prenatally exposed A-bomb survivors: a re-analysis. Int. J. Radiat. Biol. 70 (1996) 755-763 [8] Mole RH: Antenatal irradiation and childhood cancer: causation or coincidence? Br. J. Cancer

30 (3): 199-208, 1974.

[9] Wakeford R, Little MP: Risk coefficients for childhood cancer after intrauterine irradiation: a review. Int J Radiat Biol. 2003 May; 79(5): 293-309.

[10] Nguyen CP, Goodman LH: Fetal risk in diagnostic radiology. Semin Ultrasound CT MR. 2012 Feb; 33(1): 4-10

[11] UNSCEAR 2010 Report: Summary of low-dose radiation effects on health. United Nations, New York 2010

[12] Dörr W, Herrmann T: Prophylaxe von Fertilitätsstörungen nach Strahlentherapie. Onkologie 9: 58-60; 2005

[13] Lenzen H: Private Kommunikation (2019)

3 Erläuterung des Zwei-Stufenkonzepts

Als repräsentativ für die Strahlenexposition HU des ungeborenen Kindes wird bei externer Bestrahlung die Organ-Äquivalentdosis im Uterus der Patientin angesehen. Für Expositionen durch Anwendungen im Bereich der Nuklearmedizin ist dieses nicht möglich, da zahlreiche Radiopharmaka plazentagängig sind. Es ist in beiden Fällen jedoch möglich, die Abschätzung der Exposition des Ungeborenen anhand zweier nach Aufwand und Methodik unterschiedlicher Verfahren durchzuführen:

Stufe I: grobe Abschätzung nach Tabellen

Stufe II: Berechnung auf der Basis individueller Untersuchungsparameter sowie geräte- und patientenspezifischer Daten.

Das prinzipielle Vorgehen ist in Abbildung 2 in Form eines Ablaufdiagramms zur schnellen Orientierung über die zu treffenden Maßnahmen zusammengefasst. Zunächst wird die zwischen Konzeption und Strahlenexposition vergangene Zeit bestimmt. Ist mit Sicherheit zu ermitteln, dass höchstens 10 Tage vergangen sind, ist keine Dosisabschätzung notwendig, weil der möglicherweise gesetzte Schaden entweder repariert wird oder keine Implantation stattfindet. Die Möglichkeit der Induktion von Fehlbildungen während einer sehr kurzen Phase vor der Implantation kann außer Betracht bleiben.

Bei einer Strahlenexposition nach dem 10. Tag p. c. ist es sinnvoll, zunächst eine grobe Abschätzung über die Höhe der erfolgten Exposition durchzuführen. Die Ermittlung der Dosis des Ungeborenen ist aufgrund der vielfältigen Untersuchungstechniken komplex. Die grobe Abschätzung der Dosis mithilfe der in Kapitel 4 bis 6 angegebenen Tabellen ermöglicht jedoch mit wenig Aufwand eine Orientierung, die die Entscheidung ermöglicht, ob eine differenziertere Betrachtung erforderlich ist oder die Exposition hinreichend klein ist, sodass keine relevante Schädigung des Ungeborenen zu erwarten ist. Nach der bisherigen Erfahrung bleibt die Strahlenexposition des Uterus in der überwiegenden Zahl der Fälle unter dem Schwellenwert von 20 mSv, bei dessen Überschreitung eine genauere Betrachtung erfolgen soll. Die vom MPE auszuführenden Dosisberechnungen und Messungen sind daher nur in wenigen Fällen notwendig. Die resultierenden Konsequenzen sind in der Abbildung 2 dargestellt. Das Ergebnis der Dosisabschätzung sollte in der Patientenakte unter Hinweis auf diesen Bericht vermerkt werden.

Bei medizinisch bedingten Strahlenexpositionen wird im Folgenden zwischen Röntgendiagnostik, Strahlentherapie und nuklearmedizinischer Diagnostik bzw. Therapie unterschieden.

Abbildung 2: Ablaufdiagramm zur Ermittlung der Dosis des Ungeborenen HU (bei externer Photonenstrahlung die Uterusdosis) nach Strahlenexposition

4 Röntgendiagnostik

Wie die Praxis zeigt, wird unter allen medizinischen Anwendungen ionisierender Strahlen die Frage nach einem Schwangerschaftsabbruch im Zusammenhang mit einer Röntgenuntersuchung am häufigsten gestellt. Unter Berücksichtigung der Ausführungen in Kapitel 2 erübrigt sich eine Dosis- und Risikoabschätzung meist, wenn der Embryo/Fetus sich nicht im Nutzstrahlenbündel befindet, da dann die Dosis für das Ungeborene in fast allen Fällen niedrig ist. Dies gilt jedoch nicht für dosisintensive Projektionsradiographien oder CT-Untersuchungen von an den Uterus grenzenden Körperregionen.

Es wird zunächst die zwischen Konzeption und Strahlenexposition vergangene Zeit bestimmt. Ist dieser Zeitraum mit Sicherheit nicht größer als 10 Tage, ist keine Dosisabschätzung notwendig. Hat die Strahlenexposition dagegen nach dem 10. Tag p. c. stattgefunden, wird zunächst die orientierende Abschätzung der Expositionshöhe empfohlen. Dazu benötigt man für Durchleuchtungsuntersuchungen die Zeit, während der der Uterus im direkten Strahlengang war.

Für Projektionsradiographien werden die Anzahl der Aufnahmen, bei denen der Uterus im direkten Strahlengang war, sowie grobe Angaben über die Körperabmessungen der Patientin benötigt.

Wenn keine gegenteiligen Informationen vorliegen ist davon auszugehen, dass der Uterus während der gesamten Durchleuchtungszeit im Strahlengang gelegen hat. Mit diesen Daten können aus den Tabellen 3 und 4 orientierend Höchstwerte für die Dosis HU entnommen werden.

Für computertomographische Untersuchungen sind Dosiswerte in Tabelle 5 angegeben. Ergibt die grobe Abschätzung der Exposition Dosiswerte bis zu 20 mSv, ist keine weitere Dosisberechnung notwendig. Erhält man hingegen bei der groben Abschätzung Werte für die Dosis des Ungeborenen oberhalb von 20 mSv, so sollte eine Dosisberechnung auf der Basis der Messwerte der Dosis oder Dosisleistung für den Röntgenstrahler und Messwerten der Geometrie von Patientin und Gerät durchgeführt werden (Stufe II). Die Berechnung erfolgt nach dem Quellenkonzept oder dem Bildempfängerkonzept.

Beim Quellenkonzept wird die Einfalldosis bei Kenntnis der Aufnahme- oder Durchleuchtungsparameter aus der Kenndosisleistung ermittelt. Beim Bildempfängerkonzept wird aus dem Dosisbedarf des Bildempfängers mit einem Schwächungsfaktor die Einfalldosis abgeschätzt. Für beide Methoden wird die Strahlungsqualität, gegeben durch Röhrenspannung und Gesamtfilterung bzw. Halbwertschichtdicke, benötigt. Für das Quellenkonzept sind zusätzlich das Röhrenstrom-Zeit-Produkt (mAs-Produkt) für Aufnahme und Durchleuchtung oder das Dosisflächenprodukt erforderlich. Zur Berechnung der Dosis des Ungeborenen anhand des Bildempfängerkonzeptes werden Aussagen zum Dosisbedarf des Nachweissystems, der Rasterfaktor sowie die Durchleuchtungszeit benötigt. Die einzige notwendige Information im Hinblick auf die Patientin beschränkt sich auf die Schichtdicke in Strahlrichtung. An geometrischen Angaben werden der Fokus-Haut- und der Fokus-Bildempfänger-Abstand sowie die Feldgröße benötigt. Es besteht die Möglichkeit, die Feldgröße aus dem Bildformat und dem Fokus- Bildempfänger-Abstand zu berechnen, wenn die Feldränder auf der Röntgenaufnahme sichtbar sind. Bei Durchleuchtungsuntersuchungen sollten die Projektionen und die zugehörigen Durchleuchtungszeiten bekannt sein. Die mittlere Feldgröße muss geschätzt werden.

Ausgehend von der Einfalldosis wird mit dem Gewebe-Luft-Verhältnis, der relativen Tiefendosis oder dem Organdosis-Konversionsfaktor die Uterusdosis abgeschätzt. Die Konversionsfaktoren wurden mit Monte Carlo-Methoden an einem mathematischen Phantom berechnet. Mit Konversionsfaktoren, die sich auf das Dosisflächenprodukt beziehen, kann die Dosis des Ungeborenen auch direkt aus dem Dosisflächenprodukt abgeschätzt werden.

4.1 Grobe Abschätzung der Dosis des Ungeborenen (Stufe I) Radiographie/ Fluoroskopie

Entsprechend dem Zwei-Stufenkonzept zur Ermittlung der Exposition des Ungeborenen HU wird in Stufe I eine grobe Abschätzung mit Hilfe von Tabellen vorgenommen. Ziel der Abschätzung ist die Gewinnung konservativer, aber noch realistischer Höchstwerte. Auf diese Weise kann die Anzahl der durchzuführenden aufwendigen Berechnungen auf ein Minimum beschränkt werden. Die Abschätzung geht vereinfachend von einer festen Strahlqualität aus, die mit 70 – 80 kV Röhrenspannung bei einer Filterung von etwa 2,5 mm Al angenommen wird. Zudem wird ein Dosisbedarf am Bildempfänger von 5 µGy pro Aufnahme, von 2 µGy bei digitalen Durchleuchtungs- Aufnahmen sowie von 10 µGy bei DSA-Aufnahmen angenommen. Für die Durchleuchtung wurde vom maximalen Wert der Dosisleistung von 0,6 µGy/s am Bildempfängereingang (bei 25 cm Bezugsformat des Bildempfängers) ausgegangen. Als Schwächungswerte von Raster und Stützwand werden konservativ Höchstwerte angenommen, die zusammen zu einem Geräteschwächungsfaktor von 4 führen.

Im Bereich der Röntgendiagnostik wird die Dosis des Ungeborenen durch die Uterusdosis abgeschätzt. Unter den oben aufgeführten Annahmen wird die Dosis am Uterus im Wesentlichen nur noch von der durchstrahlten Patientendicke bestimmt. Lageanomalien des Uterus wurden nicht berücksichtigt und zur Vereinfachung angenommen, dass der Uterus bei einer a. p.- Aufnahme bei 3/10 des Patientendurchmessers liegt, bzw. seitlich etwa in Patientenmitte. Die unter diesen Bedingungen geltenden Dosiswerte für drei feste durchstrahlte Körperdicken sind in Tabelle 3, die Dosisleistungswerte in Tabelle 4 zusammengestellt.

Wenn weitere Informationen, über die Expositionsbedingungen vorliegen, können diese verwendet werden. Ist z. B. der Dosis- bzw. Dosisleistungsbedarf am Bildempfänger bekanntermaßen kleiner als die angenommenen Werte (Messwerte bei Abnahmeprüfung), können die Tabellenwerte um den Faktor vermindert werden, der sich aus dem Verhältnis zwischen der für die Errechnung der Tabelle angenommenen Dosis bzw. Dosisleistung und der tatsächlichen Dosis bzw. Dosisleistung am Bildempfänger ergibt. Analog kann mit dem Geräteschwächungsfaktor verfahren werden.

Die Uterusdosis bei Durchleuchtungsuntersuchungen ist stark von der Gerätetechnik und der Untersuchungstechnik abhängig. In der Praxis muss daher von einer großen Bandbreite ausgegangen werden. Die Tabelle 4 geht vom ungünstigsten Fall aus. Bei der Dosisermittlung sind daher nur die Durchleuchtungszeiten einzurechnen, bei denen der Uterus im direkten Strahlengang gelegen hat.

Tabelle 3: Höchstwerte der Organ-Äquivalentdosis (konservative Abschätzung) für den Uterus bei Röntgenaufnahmen

Aufnahmeart Organ-Äquivalentdosis für den Uterus pro Aufnahme/mSv

a.p. p.a. lat.

Konstitution

dünn 17 cm

normal 22 cm

dick 26 cm

dünn 17 cm

normal 22 cm

dick 26 cm

normal 36 cm

Projektionsaufnahme 2 3 5 1 1,5 2,5 4

Aufnahmen an Durchleuchtungs- oder C-Bogen-Geräten

1 1,5 2,5 0,5 0,8 1,3 2

DSA-Aufnahme 4 6 10 2 3 5 8

Tabelle 4: Höchstwerte der Organ-Äquivalentdosisleistung für den Uterus bei Röntgendurchleuchtung

Projektion

Organ-Äquivalentdosisleistung für den Uterus ^/"#$"%&

a.p. p.a. lat.

Konstitution dünn

17 cm

normal 22 cm

dick 26 cm

dünn 17 cm

normal 22 cm

dick 26 cm

normal 36 cm

Durchleuchtung 16 24 40 8 12 20 32

Beispiel für eine Abschätzung der Uterusdosis anhand der Tabellen 3 und 4:

Eine Patientin mit einem sagittalen Durchmesser von 20 cm wurde in der 3.

Schwangerschaftswoche durch folgende Untersuchungen exponiert:

- Thorax in 2 Ebenen

- Beckenaufnahme

- Abdomenaufnahme

- Intraoperative Durchleuchtung 2 Minuten; davon im Bereich des Beckens 30 Sekunden Durchführung und Ergebnis der Abschätzung

Nach Tabelle 3: Da nur bei der Becken- und Abdomenaufnahme der Uterus exponiert wurde, werden auch nur diese Expositionen einbezogen: 2 · 3,0 mSv = 6,0 mSv.

Nach Tabelle 4: Es zählt nur die Exposition im Bereich des Beckens 0,5 Minuten · 24,0 mSv/min = 12,0 mSv

Ergebnis der Abschätzung: 6,0 mSv + 12,0 mSv = 18,0 mSv

Der Wert liegt unterhalb des Schwellenwerts von 20 mSv. Eine weitergehende Berechnung ist daher nicht notwendig.

Computertomographie

Besteht bei computertomographischen Untersuchungen Grund zur Annahme, dass der Uterus im Nutzstrahlenfeld lag, so kann zunächst eine grobe, konservative Abschätzung auf Basis des dokumentierten CTDIVol anhand der Faktoren aus Tabelle 5 erfolgen. Der Faktor aus Tabelle 5 ist dabei entsprechend der anzunehmenden Lage des Fetus zu wählen und berücksichtigt bereits, dass bei langstreckigen Untersuchungen und Kombinationsprotokollen (z. B. Thorax und Abdomen und Becken) im Patientenprotokoll üblicherweise der mittlere CTDIVol angezeigt wird. Bei mehreren Serien (z. B. nach Kontrastmittelgabe arteriell und portalvenös) sind die Werte für die einzelnen Serien entsprechend aufzusummieren.

Tabelle 5: Grobe konservative Abschätzung der Uterusdosis anhand des bei der Untersuchung dokumentierten Wertes für den CTDIvol.

Lage des Uterus

Konversionsfaktor zur Umrechnung des CTDIvol in eine Uterusdosis

𝑓/𝑚𝑆𝑣 𝑚𝐺𝑦

Teilweise oder ganz im Scanbereich 1,5 [1]

Angrenzend, aber sicher außerhalb des

Scanbereichs 0,2 *

Sicher weit außerhalb des Scanbereichs (z.B. Schädel, Hals, untere distale und

obere Extremitäten) < 0,001

* Abschätzung anhand der Konversionsfaktoren aus CT-Expo [2] (z.B. Thorax+Oberbauch, LWS-Fraktur)

𝐻_. = 𝑓 ∙ 𝐶𝑇𝐷𝐼₅₆₇ Gl. (1)

Beispiel für eine grobe Abschätzung der Uterusdosis anhand Tabelle 5:

Der im Dosisbericht in Abbildung 3 angezeigte CTDIVol für eine Untersuchung des Abdomens beträgt 10,43 mGy. Daraus lässt sich die Uterusdosis grob abschätzen zu:

𝐻_. = 1,5 mSv/mGy * 10,43 mGy = 15,6 mSv.

Gesamt mAs 4411 Gesamt DLP 638 mGycm

Scan kV mAs / ref. CTDIvol* DLP TI cSL

mGy mGycm s mm

Patientenposition H-SP

Topogramm 1 120 34 mA 0.14 L 9 6.4 0.6

PreMonitoring 2 100 20 0.73 L 1 0.5 10.0

Kontrast

Monitoring 3 100 20 1.47 L 1 0.5 10.0

ThxAbd pv 5 100 253 / 234 10.43 L 627 0.5 0.6

Abbildung 3: Beispiel für einen typischen Dosisbericht (Patientenprotokoll) einer CT-Untersuchung von Thorax und Abdomen (Thx Abd pv) mit Kontrastmittel in der portalvenösen Phase.

Die Cone-Beam-Computertomographie (CBCT), manchmal auch als Digitale Volumentomographie (DVT) bezeichnet, hat sich in den letzten Jahren in vielen klinischen Bereichen verbreitet [3]. Das CBCT-Verfahren wird zum einen als technische Ergänzung bei fluoroskopischen Anwendungen mittels z. B. C-Bögen oder Angiographieanlagen eingesetzt. Weiter befinden sich dedizierte Modalitäten mit dem CBCT-Verfahren im Bereich der Zahnmedizin, der Mund-Kiefer- Gesichtschirurgie, Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde und Orthopädie. Für CBCT-Untersuchungen ist die Datenlage hinsichtlich belastbarer Publikationen zu Konversionsfaktoren auch wegen der großen Bandbreite an verschiedenen CBCT-Geräten sehr dürftig. Aus diesem Grund wird in dieser Neufassung zunächst auf eine Abschätzung für diese Untersuchungsverfahren verzichtet. Sobald ausreichend Daten zur Verfügung stehen, wird dieser Teil des Berichts entsprechend aktualisiert.

Neben den klassischen diagnostischen Röntgen- oder Durchleuchtungsgeräten werden auch Röntgenarbeitsplätze zur Knochendichtebestimmung (DXA) verwendet.

Die dedizierten DXA-Knochendichtearbeitsplätze (Dual X-ray Absorptiometry) werden vorzugsweise für die Bestimmung der Knochendichte bei metabolischen Knochenerkrankungen wie z.B.

Osteoporose oder primären Überfunktion der Nebenschilddrüsen (primärer Hyperparathyreoidismus) eingesetzt. Die Strahlenexposition ist im Vergleich zu diagnostischen Röntgenuntersuchungen gering. Die effektive Dosis pro Untersuchung liegt zwischen 0,2 – 15 µSv [4]. Wegen der geringen Dosis ist keine Abschätzung oder Berechnung der Dosis des Ungeborenen 𝐻_.notwendig.

4.2 Berechnung der Dosis des Ungeboren (Stufe II) Radiographie / Fluoroskopie

Bei der Ermittlung der Uterusdosis nach Stufe II müssen gerätespezifische Eingangsgrößen, z. B. aus Protokollen der Abnahmeprüfung nach § 115 der StrlSchV verwendet werden und die Expositionsbedingungen unter Berücksichtigung der Patientengeometrie individuell berechnet oder in Ausnahmefällen mit entsprechenden Phantomen messtechnisch erfasst werden.

Die Berechnung der Dosis des Ungeborenen geht aus von der Ermittlung der Einfalldosis 𝐾₉nach dem Quellenkonzept oder Bildempfängerkonzept oder vom Dosisflächenprodukt DFP, das besonders an Röntgenanlagen für Durchleuchtung oft als Messwert der gesamten Röntgenuntersuchung vorliegt. Die Dosis des Ungeborenen kann dann nach drei verschiedenen Verfahren ermittelt werden:

a) Mit Hilfe von Organdosis-Konversionsfaktoren (Tabelle 6) aus der Einfalldosis oder dem Dosisflächenprodukt standardisierter Untersuchungen,

b) mit Hilfe des Gewebe-Luft-Verhältnisses ausgehend von der Einfalldosis und der daraus abgeleiteten Gewebe-Energiedosis in Uterustiefe und

c) mit Hilfe von Tiefendosistabellen aus der Einfalldosis oder der strahleneintrittsseitigen Oberflächendosis.

Dabei liefert das Konversionsfaktorenkonzept die Dosis des Ungeborenen in der Regel als mittlere,

d. h. über die Masse des Organs gemittelte Organdosis HT (Organ-Äquivalentdosis). Die anderen Verfahren liefern die Organ-Energiedosis bzw. die Organ-Äquivalentdosis als Punktgröße.

Grundsätzlich ist die Ermittlung der Einfalldosis 𝐾₉ nach dem Quellenkonzept zu bevorzugen, da die Unsicherheiten bei der Bestimmung der Einfalldosis 𝐾₉ aus dem Bildempfängerkonzept wesentlich größer sind. [5]

Die Einfalldosis 𝐾₉ wird nach dem Quellenkonzept bei bekannten Aufnahme- oder Durchleuchtungs-Parametern aus der auf den Röhrenstrom bezogenen Luftkermaleistung im Fokusabstand 𝑟₉(s. auch Kenndosisleistung) ermittelt nach:

𝐾₉ = 𝑌_=>>(𝐼, 𝑟_A) ∙ 𝐼_C ∙ 𝑡 ∙ E^F_F^G

HI^J Gl. (2)

In Gleichung (2) bedeuten:

𝑌_=>>(𝐼, 𝑟_A) Richtwerte für die Kenndosisleistung von Röntgenstrahlern mit W-Re-Anode und 10°

Anodenwinkel in 100 cm Fokusabstand bei einer Eigenfilterung von 2,5 mm Al und unterschiedlicher Zusatzfilterung für Röhrengleichspannungen von 40 bis 150 kV.

[DIN6809-3]. Die Dosisausbeute hängt hauptsächlich von der Röhrenspannung und der Gesamtfilterung ab. (s. Anhang Abb. A-1).

𝐾₉ Einfalldosis pro Aufnahme oder Durchleuchtungsabschnitt. Die Einfalldosis ist die Luftkerma auf dem Zentralstrahl am Ort des Strahleneintritts in die Patientin ohne Rückstreuung aus der Patientin.

𝐼_C Röhrenstrom

𝑡 Aufnahme- oder Durchleuchtungszeit

𝑟₉ Fokusabstand der Strahleneintrittsseite der Patientin (Fokus-Haut-Abstand) 𝑟_A Bezugsfokusabstand zur Angabe der Kenndosisleistung

Nach dem Bildempfängerkonzept wird die Einfalldosis 𝐾9aus dem Dosis- bzw. Dosisleistungsbedarf des Bildempfängers unter Berücksichtigung der Schwächung der Röntgenstrahlung zwischen der Strahleneintrittsseite der Patientin und dem bildgebenden System bestimmt.

Es gilt für Aufnahmen: 𝐾₉ = 𝑚_KLMN"O∙ 𝐾_P Gl. (3)

und für Durchleuchtung: 𝐾₉ = 𝑚_KLMN"O∙ 𝐾̇_P∙ 𝑡 Gl. (4)

In den Gleichungen (Gl. 3) und (Gl. 4) bedeuten:

𝐾₉ Einfalldosis pro Aufnahme oder Durchleuchtungsabschnitt 𝐾_P Dosis (Luftkerma) pro Aufnahme am Bildempfänger

𝐾̇_P Dosisleistung (Luftkermaleistung) am Bildempfänger-Eingang (Messwert mit gewebeäquivalentem Phantom, falls hinter dem Streustrahlenraster gemessen werden kann). Wenn anlagenspezifische Messwerte benutzt werden, ist die Energieabhängigkeit des Bildempfängers zu berücksichtigen.

𝑡 Durchleuchtungszeit

𝑚_KLMN"O Gesamtschwächungsfaktor zwischen der Strahleneintrittsseite der Patientin und dem Bildempfänger. Erläuterung der Komponenten von 𝑚_KLMN"O siehe Text zu den Gleichungen 5 und 6

Der Gesamtschwächungsfaktor 𝑚_KLMN"O ist in Faktoren zerlegt, die den Einfluss der geometrischen Anordnung (Geometriefaktor 𝑚KL6"LOF%L = (𝑟_P⁄ )𝑟₉ ^J, die Schwächung durch die Patientin (Patientenschwächungsfaktor 𝑚SNO%L&O), durch den Lagerungstisch (Tischschwächungsfaktor 𝑚_TUM6FULF) und durch das Raster (Rasterfaktor 𝑚_CNMOLF) bei fester Eintrittsfeldgröße von 100 cm² und schließlich die Abhängigkeit von Feldgrößenänderungen (Feldgrößenfaktor 𝑚_VL7W) wiedergeben.

Es gilt:

𝑚_KLMN"O = 𝑚_{𝐺𝑒𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑒}∙𝑚𝑃𝑎𝑡𝑖𝑒𝑛𝑡,100∙ 𝑚𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑟,100∙ 𝑚_{𝑅𝑎𝑠𝑡𝑒𝑟,100}∙ 𝑚_{𝐹𝑒𝑙𝑑} Gl. (5) Näherungswerte für 𝑚TUM6FULF,=>>und 𝑚CNMOLF,=>>und 𝑚_VL7W werden im Anhang A, Tabelle A-1, angegeben. Gemessene Werte für die Schwächung durch Wasser finden sich in Tabelle A-2.

Betrachtet man für den Gesamtschwächungsfaktor 𝑚KLMN"O nur den Primärstrahlungsanteil (1-a) der bildgebenden Strahlung, so sind die Schwächungsfaktoren für die Patientin oder deren Wasseräquivalent, für Lagerungstisch und Raster unter streustrahlungsfreien Bedingungen (d. h. bei Feldgröße 0) zu ermitteln. Für 𝑚_KLMN"O gilt dann:

𝑚_KLMN"O = 𝑚_{𝐺𝑒𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑒}∙ 𝑚_{𝑃𝑎𝑡𝑖𝑒𝑛𝑡,0}∙ 𝑚_{𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑒𝑟,0}∙ 𝑚_{𝑅𝑎𝑠𝑡𝑒𝑟,0}∙ (1 −α^′) Gl. (6) Der Patientenschwächungsfaktor wird aus der Primärstrahlungsdurchlässigkeit 1 𝑚⁄ SNO%L&O,> von Wasser ermittelt, die in den Abb. A-2 bis A-4 des Anhangs A für drei Gesamtfilterwerte dargestellt ist. Die Schwächungsfaktoren 𝑚TUM6FULF,> und 𝑚CNMOLF,> sind Komponenten des Geräteschwächungsfaktors m, der nach DIN 6809-3 [5] oder DIN 6815 [6] unter streustrahlungsfreien Bedingungen ermittelt wird. (1 − 𝛼) ist der Primärstrahlungsanteil der bildgebenden Strahlung und a der Anteil der Streustrahlung. Der Anteil der Streustrahlung 𝛼^k hinter einem Streustrahlenraster mit der Selektivität S kann aus dem Streustrahlenanteil a ohne Raster mit

α^k = _lm(=nl)^l _{∙ ∑} Gl. (7)

ermittelt werden (s. auch DIN EN 60627 [7]). Der Streustrahlungsanteil a ohne Raster ist in den Abb.

A-5 und A-6 des Anhangs A in Abhängigkeit von Wasserphantomdicke, Feldgröße und Röhrenspannung dargestellt. Richtwerte für die Selektivität S verschiedener Streustrahlenraster sind im Anhang A Tabelle A-3 angegeben.

Berechnung der Uterusdosis aus der Einfalldosis 𝐾9oder dem Dosisflächenprodukt 𝑃V mit Hilfe von Organdosis-Konversionsfaktoren

Eine Berechnung der Einfalldosis 𝐾₉aus dem gemessenen Dosisflächenprodukt setzt voraus, dass bei einer Durchleuchtungsuntersuchung eine Unterteilung in Abschnitte mit konstanten Durchleuchtungsbedingungen und bekannter Feldgröße möglich ist. Die Einfalldosis ergibt sich dann gemäß:

𝐾_𝐸 = (𝑃_𝐹⁄ ) mit 𝐴𝐴_{9 9} = 𝐴_P∙ (𝑟₉⁄ )𝑟_P ^J Gl. (8) In Gleichung (8) bedeuten:

𝐾_𝐸 Einfalldosis pro Aufnahme oder Durchleuchtungsabschnitt 𝑃_V Dosisflächenprodukt

𝑟_P Fokus-Bildempfänger-Abstand

𝑟₉ Fokusabstand der Strahleneintrittsseite der Patientin (Fokus-Haut-Abstand) 𝐴_P Feldgröße am Bildempfänger

𝐴₉ Feldgröße an der Strahleneintrittsseite der Patientin

Nach dem Konversionsfaktorenkonzept kann die Uterusdosis sowohl aus der Einfalldosis 𝐾₉als auch aus dem Dosisflächenprodukt 𝑃_Vnach

𝐻_. =𝐾_𝐸∙ 𝑓_𝑈 Gl. (9)

oder 𝐻_. =𝑃_𝐹∙𝑓′_. Gl. (10)

berechnet werden. In Gl. (9) und (10) bedeuten:

𝐻_. Organdosis für das Ungeborene (über die Organmasse des Uterus gemittelte Organ- Äquivalentdosis)

𝐾_𝐸 Einfalldosis

𝑃_V Dosisflächenprodukt

𝑓_., 𝑓′_𝑈 Organdosis-Konversionsfaktor für Uterus in mSv/mGy bei Bezug auf die Einfalldosis oder in mSv/(Gy ^∙ cm²) bei Bezug auf das Dosisflächenprodukt für standardisierte Projektionen Werte für fU bzw. f _Uʹ finden sich mit Bezug auf die Einfalldosis im Anhang B, Tabelle B-1, mit Bezug auf das Dosisflächenprodukt in den Tabellen B-2 bis B-12.

Weitere tabellierte Organdosis-Konversionsfaktoren, die mit Monte Carlo-Rechnungen für standardisierte Verfahren und Phantome mit Bezug auf die Einfalldosis 𝐾₉ berechnet wurden, finden sich in Drexler et al. [8] oder auch mit Bezug auf die eintrittsseitige Oberflächendosis 𝐾_rund auf das Dosisflächenprodukt 𝑃_V in NRPB- SR262 [9].

Berechnung der Uterusdosis aus der Einfalldosis 𝐾₉ mit dem Gewebe-Luft-Verhältnis:

Die Uterusdosiserhält man durch Multiplikation der Energiedosis 𝐷_W"eines Gewebeelementes dm frei in Luft im Fokusabstand des Uterus mit dem Gewebe-Luft-Verhältnis Ta

𝐻_. = 𝐷(𝑟₉, 𝑥_., 𝐴_.) ∙ 𝑤_F = 𝐷_W"(𝑟₉ + 𝑥_.) ∙ 𝑇_N(𝑥_., 𝐴_.) ∙ 𝑤_F Gl. (11) 𝐷_W"(𝑟₉+ 𝑥_.) = 𝐾₉ ∙ E_F ^FH

Hm v_wI^J∙ 𝑡_x/N Gl. (12)

𝐻_. = 𝐾₉ ∙ E_F ^FH

Hm v_wI^J∙ 𝑡_{x N⁄} ∙ 𝑇_N(𝑥_., 𝐴_.) ∙ 𝑤_F Gl. (13)

In den Gleichungen (11) bis (13) bedeuten neben den bekannten Symbolen:

𝐷(𝑟₉, 𝑥_., 𝐹_.) Uterusdosis (Organ-Energiedosis) im Fokusabstand 𝑟₉+ 𝑥_.

𝐷_W"(𝑟₉+ 𝑥_.) Dosis im Gewebeelement dm im Fokusabstand 𝑟₉ + 𝑥_. frei in Luft 𝑥_. Gewebetiefe des Uterus in Strahlenrichtung

𝐴_. Feldgröße (quadratisches Äquivalentfeld) in der Tiefe 𝑥.

𝑇_N(𝑥_., 𝐴_.) Gewebe-Luft-Verhältnis für Gewebetiefe 𝑥_. und Feldgröße 𝐴_. 𝑡_x/N Der Dosisumrechnungsfaktor 𝑡_x/N ist der Quotient der

Massenenergieabsorptionskoeffizienten für Wasser und Luft; er liegt im Energiebereich der Röntgendiagnostik (40 - 80 keV) bei 1,05 ± 0,03.

𝑤_F Strahlungswichtungsfaktor Rechenbeispiele finden sich in Anhang D.

Computertomographie

Eine genauere Abschätzung der Uterusdosis bei CT-Untersuchungen lässt sich über die deutlich differenzierten Konversionsfaktoren nach Tabelle 6 durchführen. Durch die Verwendung des CTDIvol wird gleichzeitig auch die Abhängigkeit der unterschiedlichen Definitionen des Pitch durch die verschiedenen Hersteller eliminiert.

Tabelle 6: Genauere Abschätzung der Uterusdosis anhand eines Konversionsfaktors f für die verschiedenen Untersuchungsregionen. Mitaufgeführt sind die jeweiligen typischen Scanlängen und der diagnostische Referenzwert für den CTDIVol.

Region Bereich vonbis¹⁾ Typ.

Scanlänge/cm DRW 2016

CTDIvol/mGy ²⁾ 𝑓 /_"Ky^"#$

Thorax inkl. Nebennieren HWK7/B WK1

Unterrand

Nebennieren 31 10 0,01

Thorax + Oberbauch Unterer

Nierenpol

42 10 0,13

Abdomen + Becken Zwerchfell

kuppe Symphysen-

Unterrand 41 15 1,52

Oberbauch Unterer

Nierenpol 18 15 0,12

CT-Urographie Oberer

Nierenpol Symphyse 36 -- 1,48

Becken Unterer

Nierenpol 23 15 1,34

Gesamter Rumpf HWK7/BW

K1 Symphysen-

Unterrand 64 13 1,67

Kopf+Rumpf Vertex 89 -- 1,84

Ganzkörper Fuß 160 -- 1,90

Gesamte Aorta BWK1 Symphysen-

Unterrand 64 13 1,67

Aorta thorakal BWK12 22 13 0,01

Aorta abdominal BWK12 Unterrand

Kreuzbein 29 13 1,27

Cardio-CTA (Bypass) BWK5/6 Sinus 18 20 0,01

Becken-Bein-CTA Becken-

kamm Fuß 92 8 1,66

LWS Bandscheibe LWK3/4 LWK5/S1 6 25 0,07

LWS Fraktur LWK1 LWK5 16 10 0,14

Beckenskelett

Becken-kamm Symphysen-

Unterrand

21 10 1,30

1) Typische anatomische Scangrenzen

2) Referenzwerte des Bundesamtes für Strahlenschutz [10]

Für die Scanbereiche und Untersuchungsregionen im Kopf-Hals-Bereich inklusive Dental und Schulter kann der Konversionsfaktor 𝑓 immer zu < 0,001 angenommen werden. Für Scanbereiche und Untersuchungsregionen wie Pulmonalgefäße und Thorax muss abhängig von der Schwangerschaftswoche ggf. mit einem Konversionsfaktor von 𝑓 = 0,1 als konservative Abschätzung gerechnet werden.

Beispiel:

Spiral-CT-Untersuchung Polytrauma (CCT Spirale und CTA Thorax/Abdomen + Abdomen venös) Gerät: Siemens Somatom AS+

Die CCT-Spirale wird aufgrund der großen Entfernung zum Uterus und der damit verbundenen vernachlässigbaren Streustrahlung nicht berücksichtigt.

Parameter Wert des Parameters Bemerkung

Röhrenspannung 120 kV

Kollimierte Schichtdicke 0,6 mm

CTDI CTA-Serie 6,3 mGy

DLP CTA-Serie 550 mGy * cm Länge (DLP/CTDI): 87 cm

CTDI Abdomen ven. 8 mGy

DLP Abdomen ven. 370 mGy * cm Länge (DLP/CTDI): 46 cm Konversionsfaktoren (nach Tabelle 6)

Serie f ^/ _"Ky^"#$

Gesamter Rumpf 1,67

Abdomen+Becken 1,52

Damit ergeben sich folgende Werte für die Dosis des Ungeborenen:

1. CTA-Serie: 6,3 mGy * 1,67 mSv/mGy = 10,5 mSv 2. Abdomen venös: 8 mGy * 1,52 mSv/mGy = 12,2 mSv

Für die gesamte Dosis des Ungeborenen wird damit ein Wert von 22,7 mSv abgeschätzt.

Anmerkungen und größenabhängige Dosisbestimmung (Size-Specific Dose Estimate = SSDE) Die Abschätzung der Organdosis unterliegt zahlreichen Fehlereinflüssen (Variabilität von Organlage und -ausdehnung), die zu großen Unsicherheiten führen können.

Der SSDE ist ein Ansatz, Unterschiede in der Patientenstatur dosimetrisch zu berücksichtigen und wird im AAPM-Report 204 [11] beschrieben. In der Literatur wird allerdings zum Teil kritisch auf die Anwendung des SSDE eingegangen [12]. Eine patientenindividuelle Abschätzung von effektiver Dosis und Organdosis anhand des SSDE ist daher immer nur eine sehr grobe Korrektur, bei der lediglich Unterschiede in den äußeren Abmessungen berücksichtigt werden. Für den hier

vorliegenden Bericht kann die nachfolgende Tabelle 7 herangezogen werden, um einen Korrekturfaktor auf Basis des SSDE durch die beiden anhand der Schichtaufnahmen leicht zugänglichen Durchmesser in a. p. und lateraler Richtung zu ermitteln. Der effektive Durchmesser ist die Wurzel des Produkts des a. p.- und des lateralen Durchmessers (𝑑_Lzz = √𝐴𝑃 ∙ 𝐿𝐴𝑇).

Tabelle 7: Korrekturfaktor fSSDE in Abhängigkeit des effektiven Patientendurchmessers deff für den am Gerät angezeigten CTDIvol auf Basis des SSDE. Mitaufgeführt sind die jeweiligen Summen der Patientendurchmesser in a. p. und lateraler Richtung (AP+LAT).

AP+LAT [cm] Effektiver Durchmesser deff/cm Korrekturfaktor fSSDE*

40 19,6 1,8

46 22,6 1,62

52 25,6 1,45

60 29,6 1,25

68 33,5 1,08

78 38,5 0,9

90 44,4 0,72

* 𝑓##}9(32 𝑐𝑚) = 3,7055 𝑒n>,>ƒ„ ∙W_…†† für Untersuchungen im Rumpfbereich (32 cm Phantom) [11]

Beispiel:

Bei einer Patientin mit einem a. p.-Durchmesser von 267 mm und einem lateralen Durchmesser von 409 mm ergibt sich aus der Summe 26,7 cm + 40,9 cm = 67,6 cm ein effektiver Durchmesser von ca. 33,5 cm und damit ein Korrekturfaktor fSSDE von 1,08.

Abbildung 4: Beispiel einer Messung des a. p.- und lateralen Durchmessers

Eine von der AAPM veröffentlichte Studie [13] weist auf einen Zusammenhang zwischen der auf den CTDIvol normierten Uterusdosis DU,n/CTDIvol und dem wasseräquivalenten Durchmesser WED hin:

𝐻_.,& = 5,23 ∙ 𝑒n>,>‡ƒ ∙ˆ9}∙ 𝐶𝑇𝐷𝐼_$67 Gl. (14)

HU,n auf den CTDIvol normierte Dosis des Ungeborenen

WED Wasseräquivalenter Durchmesser eines Objektes, berechnet aus dem mittleren Hounsfield- Wert einer ROI, die das Objekt enthält (entweder aus der Übersichtsaufnahme oder besser

anhand einer axialen CT-Schicht).

In dieser Formel wird durch die auf den CTDIvol normierte Uterusdosis die Variation durch die unterschiedlichen Scanner ausgeglichen, durch den wasseräquivalenten Durchmesser WED die Variationen in den unterschiedlichen Abmessungen der Patientinnen. Die Bestimmung des WED ist jedoch nicht ohne weiteres zugänglich, deshalb wird in diesem Bericht nicht näher darauf eingegangen.

Analog zu Kapitel 4.1 werden hier für Cone-Beam-CT-Untersuchungen keine Daten für eine genauere Berechnung der Uterusdosis aufgeführt. Sobald auch hier ausreichend Daten zur Verfügung stehen, wird dieser Teil des Berichts entsprechend aktualisiert.