Verabschiedet in der 217. Sitzung der Strahlenschutzkommission am 20./21. September 2007

1 Einleitung

Die "Interventionelle Radiologie", den Begriff prägte 1971 Margulis (siehe [Katzen 1993]), hatte in den vergangenen Jahren erstaunliche Erfolge zu verzeichnen.

"Interventionelle Radiologie beinhaltet medizinische Eingriffe an Kranken, an denen entweder pathologische Veränderungen, die zu Symptomen führen, beseitigt oder gelindert werden oder das Fortschreiten der Krankheit beendet bzw. verlangsamt wird. Dies geschieht durch einen perkutanen Zugang, ohne eine Körperhöhle zu öffnen, meist in Lokalanästhesie. Im Rahmen dieser Interventionen werden Röntgenstrahlen eingesetzt, um die Maßnahme sichtbar zu machen und das Ergebnis zu kontrollieren." [WHO 1995].

Da interventionell tätige Ärzte in der Regel nicht primäre Ansprechpartner für Patienten sind, empfiehlt es sich, dass bereits die Überweiser Kenntnisse im sinnvollen Einsatz interventioneller radiologischer Verfahren und alternativer Behandlungsverfahren besitzen. Aus diesem Grunde wurden gemäß den Vorgaben der EU-Richtlinie 97/43/EURATOM [EU 1997] von den Mitgliedstaaten Überweisungskriterien für bildgebende Verfahren erstellt. Die Überweisungskriterien für Deutschland wurden nach Abstimmung mit den medizinischwissenschaftlichen Fachgesellschaften in der 201. Sitzung der Strahlenschutzkommission (SSK) am 23. September 2005 verabschiedet. Sie sind als "Orientierungshilfe für radiologische und nuklearmedizinische Untersuchungen" veröffentlicht [SSK 2006], im Internet als interaktive Webseite, als interaktive PDA-Version und als PDF-Datei zum Download verfügbar (www.ssk.de) sowie über die SSKGeschäftsstelle als CD-ROM mit allen genannten Varianten erhältlich. In der deutschen Orientierungshilfe sind erstmals, im Unterschied zu früheren Versionen anderer EU-Mitgliedstaaten, auch interventionelle Verfahren enthalten.

Zu den interventionellen Maßnahmen gehören:

• die Wiedereröffnung von Koronararterien (perkutane transluminale Coronar-Angioplastie = PTCA, Lyse),
• die Wiedereröffnung von zentralen und peripheren Gefäßen (z.B. perkutane transluminale Angioplastie = PTA, Aspiration, Fragmentation, Lyse),
• die Implantation von Gefäßprothesen (verschiedene Formen von Stents),
• die Implantation von Katheter- oder Port-Systemen (z.B. Port zur Chemotherapie oder parenteralen Ernährung),
• der Verschluss von Gefäßen mit verschiedenen Verfahren (z.B. Embolisation),
• die Erzeugung und Behandlung neuer künstlicher Gefäßverbindungen (z.B. TIPS-Shunt der Leber, Hämodialyse-Shunt),
• die perkutane Ableitung von Flüssigkeiten (z.B. Erguss, Abszess),
• die Behandlung von Gangsystemen des Gastrointestinaltrakts, der Gallenwege und des Urogenitalsystems,
• die Hochfrequenzablation rhythmogener Foci oder Reizleitungsstrukturen,
• sonstige spezielle Interventionen wie z.B. Valvuloplastien,
• das Heranführen therapeutischer Substanzen mit Kathetern unmittelbar an einen Krankheitsherd (z.B. Chemoembolisation).

Der Erfolg der interventionellen Radiologie erklärt sich aus der im Vergleich zu operativen Eingriffen geringeren Invasivität und dem damit geringeren Morbiditäts- und Mortalitätsrisiko.

Zum Teil werden neue Therapieoptionen bei Patienten, die z.B. für eine Operation nicht in Frage kommen, erst durch die interventionelle Radiologie möglich. Beispiele sind Stentbehandlung und Lyse in den Koronararterien, die Ablation von Raumforderungen der Leber mittels Hochfrequenz- oder Laser-Sonden oder die Therapie von cerebralen Aneurysmen und vaskulären Malformationen.

Eine wichtige Maßnahme zur Reduktion der Strahlenexposition von Patienten und Personal ist die regelmäßige Schulung. Verschiedene nationale und internationale Gremien haben hierzu Material zur Verfügung gestellt. So existieren zum Beispiel von der IAEA mehrere Trainings-CD's für interventionell tätige Radiologen und Kardiologen [IAEA 2005]. Von der Europäischen Union wurde in fünf Sprachen (englisch, deutsch, französisch, italienisch und spanisch) eine Trainings-CD erstellt (MARTIR = Multimedia and Audiovisual Radiationprotection Training in Interventional Radiology), die sich auf verschiedenen Anforderungsniveaus an Radiologen, Medizinphysiker und Hilfspersonal richtet. Die jeweiligen Trainings-Kurse können zur Selbstevaluierung mit einer Multiple-Choice-Prüfung abgeschlossen werden [MARTIR 2002; Hirshfeld et al. 2004]. Ungeachtet dieser Aktivitäten kann auf ein regelmäßiges Training in allen Belangen des Strahlenschutzes vor Ort mit allen beteiligten Personen nicht verzichtet werden.

Im Unterschied zur "Orientierungshilfe für radiologische und nuklearmedizinische Untersuchungen", die sich an überweisende Ärzte richtet, soll diese Stellungnahme der SSK interventionell tätigen Radiologen, Kardiologen und sonstigen Ärzten einen aktualisierten Überblick zu den Themen stochastische und deterministische Strahlenwirkung, Strahlenexposition von Patienten und Personal, optimierte Untersuchungsverfahren und neue technische Entwicklungen geben.

2 Strahlenbiologische Aspekte in der interventionellen Radiologie

2.1 Patientenexposition und Konsequenzen

2.1.1 Effekte und Schwellenwerte

Als Folge der hohen Exposition wurden in Einzelfällen bei interventionellen Maßnahmen frühe Strahlenreaktionen an der Haut untersuchter Patienten beobachtet. So berichten die Dennatologen Wolff und Heinrich [Wolff und Heinrich 1993] bei zwei ihrer Patienten von Strahlenschäden der Haut.

Abb. 1: Radiodermatitis in der Folge komplexer kardiologischer Interventionen

Die Fachpresse [Ärztezeitung 1993, 1995] hat diese Fälle aufgegriffen und auf hohe Strahlendosen bei der interventionellen Kardiologie hingewiesen. In Amerika haben sowohl wissenschaftliche Gesellschaften [SCIR 1994, Wagner et al. 1994] als auch die Food and Drug Administration (FDA) [FDA 1992, 1994] auf die prinzipielle Möglichkeit von Strahlenschäden bei interventionellen Maßnahmen hingewiesen. Dabei werden vor allem die in Tabelle 1 aufgeführten deterministischen Effekte an der Haut und die aufgeführten Schwellendosen diskutiert.

In Tabelle 1 sind auch die Durchleuchtungszeiten zur Erreichung der angegebenen Schwellendosen aufgeführt. Die International Commission an Radiological Protection (ICRP) [ICRP 1990] und das United Nations Scientific Committee an the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR) [UNSCEAR 1993] geben für die feuchte Desquamation eine Schwellendosis von 20 Gy an, wobei diese Hautveränderungen nach etwa 4 Wochen auftreten. Eine dermale Nekrose wird durch eine Dosis von 50 Gy oder mehr induziert und tritt nach ca. 10 Wochen auf.

Tab. 1: Strahlenbedingte Hautreaktionen (nach [SSK 2007]), bezogen auf die Dosisleistung von 0,02 Gy/min (Normal-Mode) bzw. 0,2 Gy/min (High-Level-Mode)

Mögliche weitere Effekte, deren Schwellenwerte der interventionell tätige Arzt kennen sollte, sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tab. 2: Weitere, in der interventionellen Radiologie mögliche deterministische Strahlenreaktionen (modifiziert nach [Wagner 1995])

• Haut:
  Bis ca. 1960 waren Hautschäden in der konventionellen Röntgentherapie gut bekannt. Bei Zugrundelegung der Werte der Tabelle 1 dürfte in den beobachteten Fällen einer akuten Hautreaktion nach interventionellen radiologischen Maßnahmen eine Dosis von 2 Gy deutlich überschritten worden sein.
• Augen:
  Die neuesten Untersuchungen zur strahleninduzierten Katarakt (Linsentrübung, grauer Star) stellen die ursprünglich von der ICRP [ICRP 1990] genannte Schwellendosis von 5 Gy für protrahierte bzw. fraktionierte Expositionen stark in Frage ([Worgul et al. 2007] und weitere in dieser Arbeit zitierte Publikationen). Die Untersuchungen in Tschernobyl, Hiroshima und Nagasaki sowie die an Personen nach CT-Untersuchungen, an Kindern mit Hämangiomen und an Astronauten legen für eine protrahierte/fraktionierte Exposition eine Schwellendosis (falls sie überhaupt existiert) von deutlich weniger als 1 Gy nahe. Damit stellt sich die Frage, ob der Grenzwert von 150 mSv im Kalenderjahr für das Auge einen ausreichenden Schutz darstellt. Die ICRP wird sich im Herbst 2007 mit dieser Frage intensiv beschäftigen.
• Schilddrüse:
  Eine akute Thyreoiditis tritt erst nach recht hohen Dosen von etwa 10 Gy und mehr auf. Die letztgenannte Dosis ist bei radiologischen Interventionen in der Regel nicht zu erwarten.
• Ohrspeicheldrüse:
  Eine strahlenbedingte Parotitis kann nach einer Exposition des Organs von mehr als 2 Gy auftreten. Dosen in dieser Größenordnung können allenfalls bei neuroradiologischen Interventionen auftreten.
• Skelett:
  Besonderer Aufmerksamkeit bedürfen wegen der hohen Strahlenempfindlichkeit die Wachstumsfugen des Kindes. Die Schwellendosis wird heute bei etwa 6 Gy angenommen.

Die ICRP empfiehlt, Patienten über das mögliche Risiko deterministischer Strahlenwirkungen aufzuklären. Sind Hautdosen von jeweils > 3 Gy bei einmaligen Eingriffen oder jeweils > 1 Gy bei wiederholten Eingriffen zu erwarten, sollte eine schriftliche Einverständniserklärung vorliegen. Bei Hautdosen > 3 Gy sollten Patienten nach 10 bis 14 Tagen nachuntersucht werden.

Für das stochastische Risiko ist die Proportionalität (Linearität) der Induktion maligner Neoplasien oberhalb 100 mSv Ganzkörperdosis epidemiologisch nachgewiesen und wird für den Bereich darunter ebenfalls angenommen [ICRP 2007]. Das stochastische Risiko ist von zahlreichen Faktoren, insbesondere dem Alter des Patienten zum Zeitpunkt der Exposition, abhängig.

2.1.2 Untersuchungsfrequenzen

Die häufigsten interventionellen Maßnahmen werden in der Kardiologie erbracht (siehe Tabelle 3). Während invasive Koronardiagnostik und -therapie (PTCA) vorwiegend ältere Patienten betrifft, werden elektrophysiologische Eingriffe, u.a. Hochfrequenzablationen mit meist längeren Untersuchungs- und Durchleuchtungszeiten, häufiger bei jüngeren Patienten durchgeführt.

Tab. 3: Auszüge des Untersuchungsaufkommens typischer Interventionen in der invasiven Kardiologie des Jahres 2003 in Deutschland [van Buuren et al. 2005]

2.2 Personalexposition und Konsequenzen

Interventionelle radiologische Maßnahmen sind stets mit Handlungen des Arztes und des Assistenzpersonals am oder mindestens in unmittelbarer Nähe des Patienten verbunden. Heute haben sich im Wesentlichen zwei Arbeitspositionen zur retrograden und antegraden Punktion am Patienten durchgesetzt.

Hauptarbeitsposition in der interventionellen Radiologie ist der transfemorale retrograde Zugang bei Interventionen im Bereich des Beckens, des Rumpfes oder der supraaortalen Gefäße sowie auch als Zugang zum gegenseitigen Bein in Crossover-Technik.

Des Weiteren kann der Zugangsweg transfemoral auch zur antegraden Punktion der gleichseitigen Extremität genutzt werden.

Der Untersucher steht hierbei jeweils in Höhe der Leiste des in Rückenlage positionierten Patienten, wobei das Bildverstärkersystem in Abhängigkeit von der zu behandelnden Region positioniert wird.

Der transradiale, transbrachiale und transaxilläre Zugang wird als besonderer Zugang genutzt, wenn ein transfemorales Zugehen erschwert oder nicht möglich ist. Bei diesen Zugängen ist die Strahlenexposition für den Untersucher, insbesondere bei Untersuchungen der oberen Körperhälfte mit Hilfe eines transbrachialen Zugangs, gegenüber dem transfemoralen Zugang erhöht.

Ein retrograder transpoplitealer Zugang kann in Einzelfällen bei Rekanalisationen am Oberschenkel genutzt werden; der Patient befindet sich dabei in Bauchlage.

Bei vielen Cavafiltern und allen TIPSS-Anlagen ist ein meist rechtsseitiger transjugulärer Zugang notwendig. Der Untersucher steht dann am Kopfende des Patienten.

Für Zugänge zu nichtvaskulären Interventionen (Drainagen, Punktionen, transhepatische Eingriffe) sind unterschiedliche individuelle Positionen notwendig.

Neben der Wahl der Durchleuchtungs- bzw. Aufnahmeparameter, der Dauer der Untersuchung und der Schwierigkeit des Falles hat die Position Einfluss auf die Strahlenexposition des Personals, insbesondere des Arztes. Eine enge Korrelation zwischen der Patientenexposition und der Exposition des Personals wurde nicht gefunden [Renaud 1992, Tryhus 1987]. Dies lässt vermuten, dass das Verhalten des Einzelnen und die Berücksichtigung von Strahlenschutzmaßnahmen einen entscheidenden Einfluss auf die Personendosis haben.

Im Allgemeinen werden Bleigummischürzen mit 0,35 mm Bleigleichwert getragen, die für den Körperstamm einen den gesetzlichen Bestimmungen entsprechenden Schutz bieten. Augenlinse, Schilddrüse und Hände sind dadurch nicht geschützt. Zuverlässige Erfassungen der Expositionen dieser Organe sind derzeit nicht verfügbar. Es ist nicht auszuschließen, dass entgegen gesetzlicher Bestimmungen auf Dosismessungen an den Händen verzichtet wird, so dass unbemerkt Grenzwerte erreicht oder sogar überschritten werden können. Es ist deshalb notwendig, organisatorische Maßnahmen zu ergreifen, damit die vorgeschriebenen Messungen durchgeführt werden (siehe Kapitel 4.3).

3 Strahlenexposition

3.1 Patient

Ein großer Anteil der Strahlenexposition resultiert aus Filmszenen und Aufnahmeserien.

Bei der inzwischen kaum noch durchgeführten Blattfilm-Angiographie war die Zahl der pro Serie belichteten Filme ein begrenzender Faktor. Die digitale DSA-Technik kann hingegen dazu verführen, dass mehr Aufnahmen pro Serie angefertigt werden als für eine ausreichende Dokumentation nötig sind. Der Bildfrequenz und Länge einer Serie kommt daher eine besondere Bedeutung zu. Beide Parameter sind so zu optimieren, dass weder eine zu hohe Dosis auftritt noch eine unzureichende diagnostische Bildinformation resultiert (siehe Abbildung 4 [Schmidt und Stieve 1996]).

3.1.1 Kardiologie

Der angiographisch tätige Kardiologe muss das schlagende Herz in verschiedenen Interventionsphasen und unterschiedlichen Projektionen darstellen. Wegen des relativ kleinen Objektes reichen Bildverstärker von ca. 23 cm Durchmesser aus. Seit wenigen Jahren werden zunehmend dynamische digitale Festkörperdetektoren (FD) mit besseren Abbildungseigenschaften verwendet. Die mittlere Patientenexposition invasiver kardialer Interventionen ist hoch und variiert in Abhängigkeit von Zentrum und Untersucher für Koronarangiographien und für Koronarangioplastien um den Faktor 20 bis 25 (Abbildung 2).

Abb. 2: Variation der mittleren Patientenexposition invasiver kardiologischer Interventionen
[Arthur et al. 2002, Bernardi et al. 2000, Betsou et al. 1998, Cusma et al. 1999, Clark et al. 2000, Delichas et al. 2003, Den Boer et al. 2001, Efstatopou-Ios et al. 2003, Frannson and Persliden 2000, Katritsis et al. 2000, Kuon et al. 2005a, Larrazet et al. 2003, Lobotessi et al. 2001, Neofotistou et al. 2003, Van de Putte et al. 2000]

Die Aufnahmezeit der Serien sollte diagnostisch und therapeutisch hinreichend kurz und die radiographische Bildfrequenz, ebenso wie die fluoroskopische Pulsung, nicht höher als 12,5 bis 15/s sein. Bei Kindern sollte die Aufnahmezeit aufgrund deren höherer Herzfrequenz um 25 bis 30/s liegen, um Bewegungsartefakte auszuschließen. In der invasiven Kardiologie wird in der Regel auf die Subtraktion verzichtet, um Fehler in der Quantifizierung durch Herzbewegungen zu vermeiden.

Die Durchleuchtungszeit ist hierbei ein, jedoch keineswegs der bestimmende Faktor der Patientenexposition in der elektiven Koronardiagnostik: isoliert betrachtet erlaubt ihre Optimierung eine Dosisreduktion bis zu 20 %. Die konsequente Reduktion radiographischer Bilder und Serien kann mit einem Dosisreduktionspotenzial von > 60 % weitaus größer sein. Eine weitere entscheidende Einflussgröße mit bis zu 45 % Dosiseinsparpotenzial ist die Optimierung der Bildverstärkereingangsdosisleistung auf "adäquate" statt "bestmögliche" Bildqualität und die konsequente Einblendung [Kuon 2005b]. Eine nachhaltige Beherrschung strahlenhygienisch optimierter Untersuchungstechniken ist nach mehreren Monaten Training gegeben und verlängert die Interventionszeit nicht. Aus strahlenhygienischer Sicht sollten extreme laterale Röhrenangulationen ≥ 50°, die zudem ≥ 20° kraniokaudal geneigt sind, möglichst vermieden werden [Kuon 2004b].

Neue Geräteentwicklungen ermöglichen durch eine vorwählbare Serienbegrenzung mittels Triggerung der radiographischen Bilderanzahl auf einen Herzzyklus eine Dosisreduktion auf < 10 % des derzeit publizierten mittleren Dosisniveaus [Kuon et al. 2005a].

Unter Berücksichtigung aller neu entwickelten strahlenhygienischen Arbeitstechniken beträgt die mittlere effektive Patientendosis einer diagnostischen Koronarangiographie nur < 1 mSv. Sie ist damit vergleichbar der mittleren effektiven Patientendosis einer computertomographischen Koronarkalkbestimmung bzw. geringer als diese sowie erheblich geringer als die nichtinvasive Koronarangiographie mittels EBT oder MSCT. An dieser Stelle wird das eingriffsbedingte Risiko nicht einbezogen. Diese unter elektiven Bedingungen erarbeiteten dosisreduzierenden Arbeitstechniken sind auch in Notfallsituationen effizient umsetzbar.

Abb. 3: Mittlere Dosisflächenprodukte (DFPs) für elektive 1-, 2- und 3-Gefäß-PTCA, Rekanalisation chronischer Gefäßverschlüsse (CO), Notfallrekanalisation im frischen Myokardinfarkt (AMI), für 1-Gefäß-PTCA fokaler In-Stent-Rezidivstenosen (F.ISR) und für Excimer-Laserangioplastie diffuser In-Stent-Rezidivstenosen (D.ISR) unter optimierter Arbeitstechnik [Kuon 2004a]

3.1.2 Besonderheiten der Kinderkardiologie

In der Kinderkardiologie werden überwiegend Katheterisierungen zu diagnostischen Zwecken vorgenommen. Die Zahl der Interventionen nimmt allerdings mit zunehmender Erfahrung der Kinderkardiologen auf diesem Gebiet und durch Verbesserung der Untersuchungs- und Behandlungstechniken stetig zu, z.B. bei der Therapie des offenen Ductus arteriosus Botalli (Verbindung zwischen Aorta und Pulmonalarterie) und zum Verschluss des Vorhofseptumdefektes (Öffnung zwischen den beiden Vorhöfen des Herzens). Je nach Lage und Größe der Defekte setzt man sogenannte "Schirmchen" (Occluder) mit Hilfe eines Katheters ein, um den Defekt zu schließen.

Katheterisiert werden bei Kindern fast ausschließlich angeborene Herz-Gefäß-Anomalien. Kinder, an denen üblicherweise im Alter zwischen 2 bis maximal 8 Jahren eine Herzoperation oder eine radiologische Intervention durchgeführt wurde, in zunehmendem Maße auch Neugeborene und Säuglinge, sind meistens bis ins Erwachsenenalter regelmäßig radiologischen Kontrolluntersuchungen unterzogen worden (siehe Tabelle 4). Wiederholungsuntersuchungen werden heute weitgehend durch Kernspintomographie und Echokardiographie ersetzt. Weitere Erhebungen lassen deshalb noch niedrigere Werte erwarten.

Tab. 4: Alter, Durchleuchtungszeit und Dosisflächenprodukt DFP bei diagnostischen und interventionellen Herzkatheteruntersuchungen an Kindern (nach [Barchert et al. 2005])

Die Indikation zu einer interventionellen Maßnahme muss bei Kindern besonders sorgfältig geprüft werden. Bei angeborenen Aorten-, Klappen- und Pulmonalstenosen sowie bei Ventrikelseptumdefekten werden anstelle einer Operation am offenen Herzen auch perkutane transluminale Valvuloplastien oder Ballondilatationen durchgeführt. Die Zahl von Herzrhythmusstörungen als Folge von Herzoperationen hat zugenommen. Elektrophysiologische Maßnahmen, wie die Hochfrequenzablation, werden bei Tachykardien und Sinusknotenfunktionsstörungen eingesetzt.

3.1.3 Allgemeine interventionelle Radiologie

Fluoroskopische Interventionen werden von Radiologen in fast allen Bereichen des Körpers durchgeführt. Die Maßnahmen sind dabei nicht nur auf die Gefäße beschränkt. Hierfür sind meistens große Detektorformate (bis zu 40 cm Durchmesser) notwendig, um z.B. gleichzeitig symmetrische Strukturen, wie die Beine oder die Nieren, überblicken zu können.

Tabelle 5 zeigt anhand einer Erhebung (Stichprobe) der Arbeitsgemeinschaft Interventionelle Radiologie (AGIR) die 10 häufigsten Interventionen in Deutschland im Jahr 2003.

Tab. 5: Die 10 häufigsten Interventionen (n = 25540) nach [AGIR2003]

Aufgrund einer Markterhebung des Bundesverbandes Medizintechnologie e.V. aus dem Jahr 2006 liegen deutschlandweit die folgenden Verkaufszahlen vor:

PTA:

Insofern kann man von etwa 120.000 überwiegend peripheren PTA-Eingriffen pro Jahr ausgehen.

Die Lokalisationen der perkutanen transluminalen Angioplastie (PTA) nach Erhebungen der Arbeitsgemeinschaft Interventionelle Radiologie (AGIR) aus dem Jahr 2003 sind in Tabelle 6 dargestellt.

Tab. 6: Lokalisationen der perkutanen transluminalen Angioplastie (PTA) (nach [AGIR 2003])

Bei der Embolisation ist die Datenlage nicht eindeutig. Es wird jedoch von ca. 9.700 Embolisationen ausgegangen.

Die Pulsfrequenz bei der Durchleuchtung muss hoch genug sein, um die Katheterposition sicher kontrollieren zu können. Im Allgemeinen sind 7,5 bis 15 Bilder/s hierfür ausreichend. Die digitale Subtraktion dient der besseren Erkennung und gegebenenfalls der Reduktion der Kontrastmittelmenge.

Die Strahlendosis und die verwendete Kontrastmittelkonzentration sind bei gleichem Signal/Rauschverhältnis voneinander abhängig. Es gilt:

D ~ 1 / K² [Zeitler und Schmidt 1987],

wobei D die Dosis und K die Kontrastmittelkonzentration bezeichnen.

Prinzipiell gelten für die allgemeine interventionelle Radiologie ähnliche Überlegungen wie in der interventionellen Kardiologie hinsichtlich Durchleuchtungszeit, Dosisflächenprodukt, effektiver Dosis und Altersverteilung.

Die Abbildung 4 zeigt das Dosisflächenprodukt (DFP) bei verschiedenen Durchleuchtungszeiten am Beispiel der perkutanen transluminalen Angioplastie (PTA). Während bei konventionellen Anlagen eine weitgehende Proportionalität zwischen Dosisflächenprodukt und Durchleuchtungszeit zu beobachten ist, gilt dies für digitale Anlagen nicht mehr. Dies ist erklärlich durch die Wahl der verschiedenen Kennlinien als auch der verschiedenen Programme z.B. hinsichtlich Pulshöhe, -dauer und -pausen. Der Abbildung 4 ist außerdem zu entnehmen, dass eine generelle Aussage: "Digitale Anlagen führen zu einer Dosisreduzierung" nicht gilt. Zum gleichen Ergebnis kommen auch Untersuchungen im Klinikum Augsburg [Schmidt und Stieve 1996].

Abb. 4: Dosisflächenprodukt und Durchleuchtungszeit; Gegenüberstellung von digitaler Subtraktionsangiographie (DSA) und konventioneller Röntgenanlage bei gleicher Fragestellung

An 16 verschiedenen großen deutschen Krankenhäusern wurde die Verteilung der mittleren Durchleuchtungszeiten für die Angioplastie mit mindestens 100 Interventionen pro Krankenhaus erhoben. Die Angaben beziehen sich insgesamt auf mehr als 6.200 Patienten. Die mittlere Durchleuchtungszeit (Median) betrug 13,9 min, minimal 8,5 min und maximal 28,4 min. Mit angegeben wurden die erste (11,7 min) und dritte Quartile (18,0 min).

Weiterhin wurde an den 16 Krankenhäusern mit mindestens 30 Embolisationen pro Krankenhaus die Verteilung der mittleren Durchleuchtungszeit für Embolisationen erhoben. Insgesamt beziehen sich die Angaben auf mehr als 800 Patienten. Die mediane Durchleuchtungszeit betrug 18,0 min, die minimale 8,6 min und die maximale 52,1 min. Mit angegeben wurden die erste (15,4 min) und dritte Quartile (29,1 min).

Bei der Angioplastie wurden für die Durchleuchtungszeit Unterschiede um den Faktor 3, bei der Embolisation fast um den Faktor 8 erhoben. Bei den Angioplastien zeigten die Untergruppen, wie z.B. Beine und Becken, ähnliche Streubreiten wie die Gesamtheit.

Erhebungen von Seifert [Seifert et al. 2000] erbrachten ähnliche Ergebnisse. Die großen Unterschiede (Faktor 3 bis 5) sind sicherlich z. T. auf verschiedene Röntgenanlagen zurückzuführen. In Tabelle 7 ist eine Literaturauswertung für die Durchleuchtungszeit bei interventionellen Maßnahmen (ohne Herz) zusammengestellt.

Tab. 7: Beispiele für die mittleren Durchleuchtungszeiten bei verschiedenen Interventionen (ohne Aufnahmen, Dokumentation, DSA-Serien usw.)

Wie verschiedene Arbeiten gezeigt haben (z.B. [EU 1993]), ist die Durchleuchtungszeit allein wenig aussagekräftig hinsichtlich der Exposition des Patienten. Wie Abbildung 4 zeigt, ist insbesondere bei digitalen Anlagen einerseits kaum eine Korrelation zwischen Durchleuchtungszeit und Exposition herzustellen und andererseits ist in der Durchleuchtungszeit die Exposition aufgrund von Aufnahmen nicht mit erfasst. Bei der PTA und Embolisation sind die Dosisbeiträge von Aufnahmen und Durchleuchtungen etwa gleich [Schmidt und Stieve 1996]. Bei transjugulären intrahepatischen portosystemischen Stent Shunts (TIPSS) und Lyse beträgt dagegen das Verhältnis von Aufnahme- und Durchleuchtungsdosis etwa 1 : 2 [EU 1993]. Bei konsequenter Anwendung der gepulsten Durchleuchtung kann der Anteil des durchleuchtungsbedingten DFP auf bis zu ca. 3 % des Gesamt-DFP abgesenkt werden (üblich ist zzt. ein Verhältnis von etwa 50 % zu 50 %). Daher ist auch die Frage der notwendigen Aufnahmen für Dokumentationen und deren Dosisbedarf in die Strahlenschutzüberlegungen einzubeziehen [Schmidt und Stieve 1996].

Für die Vorhersage von deterministischen Schäden ist die Kenntnis der Oberflächendosis von Bedeutung. Die Oberflächendosis kann entweder direkt gemessen (Thermolumineszenzdosimeter) oder aus Einstell- und Geometriedaten abgeschätzt werden. In Tabelle 8 sind einige Durchschnittswerte verschiedener Autoren für interventionelle Maßnahmen zusammengestellt. Bei den angegebenen Maximalwerten sind Reaktionen der Haut nicht auszuschließen.

Tab. 8: Beispiele für Mittelwerte der Oberflächendosen (mGy) und Dosisflächenprodukte (cGy x cm²) bei verschiedenen Interventionen (beim Dosisflächenprodukt ist jeweils der Gesamtbetrag, unabhängig von Projektionsrichtung und Expositionsmode (Aufnahme oder DL), erfasst)

Für eine Beurteilung des patientenbezogenen Risikos ist die Kenntnis der effektiven Dosis, die Dosis kritischer Organe (z.B. Brustdrüsen und Geschlechtsorgane bei Jugendlichen) bzw. der Hautdosis am Expositionsort und des Alters des Patienten notwendig. Für eine Abschätzung der effektiven Dosis wird im Allgemeinen vom Dosisflächenprodukt (siehe auch Tabelle 8) ausgegangen. Das Dosisflächenprodukt kann wie in der Kardiologie (siehe Kapitel 3.1.1) in Anlehnung an die Publikation NRPB 262 [Hart et al. 1994] mit der effektiven Dosis verknüpft werden.

Für die Einschätzung des stochastischen Risikos ist der Ort der Intervention (Schädel, Thorax, Abdomen, Extremitäten) von Bedeutung. Laut AGIR-Register [AGIR 2003] betreffen 56 % der Untersuchungen das Bein, 27 % das Becken (Shunts) und 4 % sonstige Regionen inclusive Carotis 13 % (siehe auch Tabelle 6).

Neben den Extremitäten (Beine) werden die meisten Interventionen im Becken-Abdomen-Bereich durchgeführt. Trotz der relativ hohen Exposition ist die effektive Dosis, z.B. bei Interventionen an den Extremitäten, klein. Dies gilt hingegen nicht für Eingriffe im Beckenbereich: hier sind bei gleichen Durchleuchtungszeiten die Dosisflächenprodukte DFP's um ein Vielfaches erhöht.

Bei einer durchschnittlichen Durchleuchtungszeit zwischen 8,7 und 10,3 min und jeweils 12 Eingriffen betrug das DFP bei angioplastischen Eingriffen im Becken 4.040 cGy x cm2, am Bein 1.070 cGy x cm² und am Arm (Shunt-Angioplastie) 2.200 cGy x cm² (Klinikum Ingolstadt).

Die Altersverteilung der Patienten in der interventionellen Radiologie unterscheidet sich; ebenso wie in der interventionellen Kardiologie, deutlich von der Gesamtbevölkerung und ist bei der Beurteilung des stochastischen Risikos in Betracht zu ziehen. Mit dem Alter des Patienten und der Abnahme der Lebenserwartung sinkt die Gefahr eines letalen stochastischen Schadens [Hjadat et al.1996].

Anders hingegen ist das Risiko bei jüngeren Patienten und Kindern zu bewerten. Dies gilt insbesondere für neuere Techniken, wie z.B. die Myomembolisationen, die bevorzugt bei Frauen im jüngeren und mittleren Alter durchgeführt werden. Hier müssen alle geeigneten Maßnahmen zur effektiven Dosisreduktion einschließlich reduzierter Bildserien, Bildfrequenzen und Bildaufnahmedosen getroffen werden. Diese Maßnahmen sind geeignet, die Dosis erheblich zu mindern ohne eine Beeinträchtigung der Qualität bei der Intervention zu erleiden.

In Abbildung 5 ist die Altersverteilung der Patienten, bezogen auf alle Interventionen, nach [AGIR 2003] skizziert. Das Durchschnittsalter der Bevölkerung Deutschlands liegt im Vergleich dazu bei 42 Jahren [Statistisches Bundesamt 2007].

Abb. 5: Altersverteilung bei Interventionen im Vergleich zur deutschen Gesamtbevölkerung (nach [AGIR 2003, Statistisches Bundesamt 2007])

In Anlehnung an ICRP 60 [ICRP 1990] Anhang C.5 liegt das Strahlenrisiko der Patienten aufgrund der Altersverteilung deutlich unter dem der Allgemeinbevölkerung. Unter Berücksichtigung der höheren Risiken, die mit Operationen verbunden sind, besteht daher für interventionelle Maßnahmen trotz hoher Strahlenexposition fast immer eine rechtfertigende Indikation.

3.1.4 Neurointerventionen

Besondere Aufmerksamkeit verdienen Interventionen in der Neuroradiologie. Interventionelle neuroradiologische Eingriffe zeigen in den letzten Jahren erhebliche Zuwachsraten (Tabelle 9). Bei einer Reihe zerebrovaskulärer Erkrankungen stellt die endovaskuläre interventionelle Therapie mittlerweile eine schonende Therapiealternative dar oder ist, wie bei zerebralen Aneurysmen, mittlerweile die Behandlungsmethode der Wahl. Eine prospektive, randomisierte Studie, die das endovaskuläre Coiling mit ablösbaren Platinspiralen mit dem chirurgischen Clipping verglich, musste nach einem Jahr vorzeitig abgebrochen werden, da die Outcome-Daten der endovaskulär behandelten Patienten den chirurgischen deutlich überlegen waren [Molyneux et al. 2002, 2005].

Auch die Stentimplantationen in der Behandlung von Stenosen der A. carotis verzeichnen erhebliche Zuwachsraten. Im Vergleich dazu werden auch arteriovenöse Malformationen (AVM) oder intrakranielle Stenosen zunehmend häufiger endovaskulär behandelt.

Tab. 9: Häufigkeit neuroradiologischer Interventionen in Deutschland (persönliche Kommunikation: Dörfler, Abteilung für Neuroradiologie, Universitätsklinikum Erlangen)

Wegen der Komplexität der Eingriffe können sich insbesondere bei den zerebralen Angiomembolisationen erhebliche Expositionszeiten ergeben (siehe auch Tabelle 7).

Literaturangaben zur Strahlenexposition bei neurointerventionellen Eingriffen, und damit vorrangig zur Wahrscheinlichkeit des Auftretens deterministischer Schäden, sind sehr heterogen. Während Bergeron et al. [Bergeron et al. 1994] aufgrund der registrierten Durchleuchtungszeit eine Hautreaktion ausschließen, beobachten Huda und Peters [Huda and Peters 1994] oder Mooney et al. [Mooney et al. 2000] in einigen Fällen eine temporäre Alopezie und andere Hautreaktionen. Die maximale, mit Thermolumineszenz-Dosimetern gemessene Oberflächendosis während der AVM-Embolisationen betrug hierbei 6 bzw. 4 Gy. In Einzelfällen wurden Durchleuchtungszeiten von bis zu 100 min (29 Aufnahmeserien) erreicht. Ähnliche Ergebnisse zeigen die Untersuchungen von Struelens et al. [Struelens et al. 2005], die die Oberflächendosis am Kopf während diagnostischer und interventioneller neuroradiologischer Untersuchungen mittels Thermolumineszenz-Dosimetern erfassten. Während bei den diagnostischen Untersuchungen der Schwellenwert für deterministische Effekte von 2 Gy nicht annähernd erreicht wurde (Oberflächendosen < 320 mGy), zeigten sich bei den zerebralen Embolisationen maximale Oberflächendosen bis zu 5,4 Gy. Hierbei zeigten sich, abhängig vom Untersucher und von der Institution, erhebliche Unterschiede, die natürlich auch in der Komplexität der verschiedenen zugrundeliegenden Läsionen und interventionellen Behandlungen begründet waren.

Bei neuroradiologischen Interventionen sind besonders die möglichen Spätreaktionen der kritischen Organe, wie Auge und Schilddrüse, zu beachten. Bei Patienten mit neuroradiologischen Interventionen am Kopf sollte durch entsprechende Positionierung (z.B. pa-Strahlengang) die Dosis am Auge so gering wie möglich gehalten werden (Tabelle 2). Eine einfache, aber effektive Methode der Dosisreduktion für den Untersucher ist die Platzierung der lateralen Röntgenröhre auf der dem Untersucher gegenüberliegenden Tischseite.

Die Durchschnittsdosis am rechten (der Röntgenröhre zugewandten) Auge des Patienten betrug bei Theodorakou und Horrocks [Theodorakou and Horrocks 2003] 60 mGy (lat- und pa-Strahlengang addiert), an der Schilddrüse 24 mGy. Auch die Dosis am Auge des Untersuchers wurde während 17 Behandlungen gemessen und betrug durchschnittlich unkritische 0,13 mGy (maximal Wert 0,47 mGy). Dabei zeigte sich eine eher schlechte Korrelation des gesamten Dosisflächenproduktes mit der Durchleuchtungszeit. Daher unterschätzt ein Monitoring der Durchleuchtungszeit das Potenzial einer Hautschädigung. Hingegen zeigte sich eine gute Korrelation von Dosisoberflächenprodukt und Anzahl der Aufnahmeserien.

Tab. 10: Oberflächendosis in mGy und effektive Dosis in mSv bei Neurointerventionen

Die im Rahmen der Neurointerventionen verwendeten Materialen sind sehr klein (Mikrokatheter, Mikrodrähte, Coils etc.). Die Anforderungen an die Bildqualität während der Durchleuchtung sind deshalb sehr hoch Zwei-Ebenen-Systeme sind mittlerweile als Standard für die Neurointerventionen zu fordern. Hilfreich ist außerdem die 3D-Rotationsangiographie, die das Leistungsspektrum der diagnostischen Angiographie deutlich erweitert hat. Vor allem komplexere Gefäßabschnitte können damit dreidimensional in beliebigen Projektionen dargestellt werden. Die endovaskuläre Therapieplanung wird dabei insbesondere bei zerebralen Aneurysmen erheblich erleichtert. Vergleichende Untersuchungen zur 3D-Rotations-Angiographie und konventionellen zerebralen Angiographie ergaben deutlich niedrigere Dosiswerte für die 3D-Rotations-Angiographie (maximale Hauteintrittsdosis in der Rotationsangiographie 15 mGy versus 58 mGy in der konventionellen Angiographie; kumulative Einfallsdosis in der Rotationsangiographie 33 mGy versus 53 mGy in der biplanaren Angiographie [Schueler et al. 2005]).

Eine nicht zu unterschätzende kumulative Strahlendosis kann bei Patienten mit akut rupturierten zerebralen Aneurysmen auftreten, die im Rahmen der Akutdiagnostik zunächst mittels CT und CT-Angiographie diagnostiziert und unmittelbar im Anschluss endovaskulär behandelt werden (Coiling). Aus Strahlenschutzgründen sollte hier die Serienanzahl der Angiographie so gering wie nötig gehalten werden. Die Rotationsangiographie oder auch die 3D-Visualisierung der CT-Angiographie können beim schnellen Auffinden der "Arbeitsprojektion" für die endovaskuläre Therapie sehr hilfreich sein und damit Serien sparen.

Bei der Durchführung der Eingriffe an geeigneten neuroradiologischen Zentren durch einen im Strahlenschutz erfahrenen Untersucher ist in der interventionellen Neuroradiologie kein deterministischer Schaden zu erwarten. Andererseits zeigen die Literaturdaten, dass bei neurointerventionellen Embolisationen in Einzelfällen die Schwellenwerte für deterministische Effekte erreicht oder überschritten werden. Notwendig ist daher ein Monitoring der Oberflächendosis dieser Patienten und die Aufklärung über diese möglichen Reaktionen. Auf jeden Fall aber sollten (elektive) neurointerventionelle Eingriffe in Zentren mit hohen Fallzahlen und dadurch entsprechend ausgeprägter Expertise durchgeführt werden.

3.1.5 Vertebroplastie

Vertebroplastien und Kyphoplastien werden zunehmend zur minimalinvasiven Behandlung osteoporotischer Wirbelkörper-Kompressionsfrakturen, zur Linderung von vertebrogenen Schmerzen bei osteolytischen Metastasen und in der Therapie symptomatischer Wirbelkörperhämangiome eingesetzt. Vereinzelt sind hierbei lange Durchleuchtungszeiten beschrieben, die mit einer erhöhten Exposition der behandelten Patienten einhergehen [Fituosi et al. 2006, Ortiz et al. 2006]. So betrug die mittlere Durchleuchtungszeit für die Kyphoplastie 10±2 min. Die mittlere effektive Dosis betrug dabei 8,5 bis 12,7 mSv, die mittlere gonadale Dosis (abhängig von der Lokalisation des behandelten Wirbelkörpers) 0,04 bis 16,4 mGy. Hautschäden durch Vertebro- bzw. Kyphoplastien sind insgesamt unwahrscheinlich, wenn der Röhren-Haut-Abstand > 35 cm beträgt.

Auch die Untersucherdosis ist nicht zu unterschätzen. So ergaben Messungen Dosiswerte von bis zu 3,2 mGy über und 0,47 mGy unter der Bleischürze. Die Dosen an der Hand lagen mit bis zu 8,5 mGy deutlich höher. Durch spezielle Knochenzementinjektoren kann die Strahlendosis für den Untersucher deutlich reduziert werden [Mehdizade et al. 2004, Kallmes et al. 2003, Komemushi et al. 2005, Perisinakis et al. 2004].

3.2 Personal

Eine Korrelation zwischen der Exposition des Patienten und der des Personals kann nicht erwartet werden, weil letztere von einer Vielzahl von Faktoren abhängt. Hierzu zählen:

• der Abstand zum Nutzstrahlenfeld bzw. die Katheterisierungsstechnik,
• das behandelte Organ,
• die Körpermaße des Patienten,
• die individuelle Situation und die dadurch bedingte Untersuchungsdauer,
• die verwendeten Einstellparameter der Röntgeneinrichtung, die Erfahrung des Arztes,
• die Kooperationsbereitschaft bzw. -fähigkeit des Patienten,
• die Verwendung raumfester oder persönlicher Strahlenschutzmittel,
• die Wahl der Kontrastmittelkonzentration (hoch oder niedrig) und
• die Wahl unterschiedlich strahlenabsorbierender Interventionshilfsmittel (z.B. Katheter).

Wie Eder [Eder 1995] in prinzipiellen Messungen nachwies, kommt den raumfesten Strahlenschutzvorrichtungen entscheidende Bedeutung zu. Bei Verwendung einer Dauerschutzeinrichtung mit einem Bleigleichwert von 0,5 mm kann die Strahlenschutzschürze mit 0,25 mm Bleigleichwert ausreichend sein, was zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung fihrt. Dies ist wegen der häufig langen Untersuchungszeiten im Stehen und der auch sonst hohen Belastung des Untersuchers von besonderer Bedeutung, um körperliche Belastungen auf Wirbelsäule und Schultergelenk zu reduzieren.

In Tabelle 11 sind Messwerte für die Exposition von Hand und Augen des Untersuchers, an denen am ehesten mit einer Grenzwertüberschreitung zu rechnen ist, angegeben; Nicht zum Ausdruck kommen dabei die häufig erheblichen Streuungen, die abhängig sind von der Schwierigkeit des Falles, der Erfahrung des Untersuchers u. A. Nahezu alle Untersuchungen haben dabei ergeben, dass die Exposition des ärztlichen Assistenzpersonals geringer als die des Untersuchers ist.

Tab. 11: Messwerte für die Exposition von Händen und Augen des Untersuchers bei verschiedenen Interventionen; Organdosis pro Untersuchung in mSv

Unter Zugrundelegung der Grenzwerte nach der RöV für beruflich strahlenexponierte Personen der Kategorie A liegt die maximal zulässige Anzahl von Interventionen in der Größenordnung von 100 bis 1.000 pro Jahr. Berücksichtigt man, dass der gleiche Untersucher auch diagnostische Röntgenuntersuchungen durchführt, die zur gesamten beruflichen Exposition beitragen, reduziert sich diese Zahl erheblich.

Nach [Fischer et al. 1995] kann in grober Näherung das Dosisverhältnis von diagnostischer Angiographie zu Intervention mit 1 : 1,5 angenommen werden.

In der Kardiologie ist bei Kindern im Gegensatz zur Erwachsenenkardiologie, bei der Schrägprojektionen bevorzugt werden, der laterale Strahlengang erforderlich. Bezogen auf die gesamte radiologische Maßnahme überwiegt in der Kinderkardiologie allerdings die ap-Projektion gegenüber der lateralen deutlich. Der Standort des behandelnden Arztes beim lateralen Strahlengang - das gilt auch für die Katheterisierungstechnik - ist unmittelbar neben dem Röntgenstrahler. Die Ortsdosisleistung im Bereich des Rumpfes des Untersuchers liegt in der Größenordnung von 900 μSv/h.

Von den amtlichen Auswertestellen für Personendosimeter liegen kaum Informationen über Teilkörperdosen bei interventionellen Maßnahmen vor, weil zusätzliche Teilkörperdosimeter kaum benutzt werden bzw. Messungen am Kopf gar nicht vorgeschrieben sind. Deshalb darf dies keinesfalls zu dem Schluss führen, dass die Grenzwerte tatsächlich nicht erreicht werden. Diese Situation ist unbefriedigend. Deshalb werden in Kapitel 4.3 entsprechende Maßnahmen empfohlen (siehe auch Kapitel 5 Nr. 11). Es sei zusätzlich auf § 40 RöV hingewiesen.

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