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Strahlenexposition und Strahlenschutz
bei der Mehrschicht-CT
Dr. med. Sebastian Schindera
Gabriel von Allmen
Universitätsinstitut für Diagnostische, Interventionelle und Pädiatrische Radiologie
Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Gliederung
• Wirkung ionisierender Strahlung, Strahlenbiologie
• CT-Strahlenkrebsrisiko
• Abschätzung des Krebsrisikos einer CT-Untersuchung
20 min
• Aktueller Stand der CT in der Schweiz
• Praktische Tipps zur CT-Dosisreduktion
20 min
• Fragen und Diskussion
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Strahlenbiologische Grundlagen
• Schädigung der DNA im Zellkern durch ionisierende Strahlung:
1. Reparatur der DNA-Schäden
2. Zelltod (hohe Dosen, deterministischer Schaden)
3. Zellveränderungen (niedrige Dosen, stochastischer Schaden)
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Dosis-Wirkungsbeziehung
Zellveränderung
Zelltod
> 100 mSv
CT-Strahlenschutz
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Strahlenkrebsrisiko
• Schwierige Abschätzung des Strahlenrisikos:
- spontane DNA-Veränderungen
- weitere Karzinogene (z.B. natürliche, chemische, virale, etc.)
• Epidemiologische Beobachtungen mit grossem Kollektiv
• Heutige Kenntnisse über Strahlenkrebsrisiko:
- Überlebende Atombombenabwürfe (10-100 mSv)
in Japan (Hiroshima-Nagasaki-Studie)
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Strahlenkrebsrisiko
• Lebenszeit-Krebsmortalitätsrisiko (ICRP):
Durchschnitt:
5% pro Sv
Männliche Neugeborene:
15% pro Sv
Weibliche Neugeborene:
30% pro Sv
Beispiel: - Auf 2`000 Personen mit 10 mSv (CT-Abdomen) 1 letaler Krebsfall
- In Schweiz bei 800`000 CT-Scans / Jahr ca. 400 letale Krebsfälle
• Zeitlicher Verlauf von strahleninduzierten Tumoren:
- Leukämien: Maximum nach 10-15 Jahren, danach Abfall
- Solide Tumoren: exponentieller Verlauf mit Maximum nach 30-40 Jahren
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Strahlendosen von CT-Untersuchungen
CT-Untersuchung
Effektive Dosis
# Rö-Thoraces
Schädel
2 mSv
12
Thorax
5-7 mSV
42
Abdomen
8-11 mSV
66
Abdomen (mehrere Phasen)
bis 40 mSv
240
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Kollektive Effektive Dosis von CT-Untersuchungen
Kollektive Effektive Dosis
Gesamtzahl Untersuchung
CT:
6%
CT: 60%
Restliche
Radiologische
Unters.: 40%
Restliche Radiologische
Untersuchungen: 94%
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Abschätzung der effektiven Dosis
CT Schädel
CT Abdomen
Effektive Dosis: Dosislängenprodukt (DLP) x Umrechnungsfaktor
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Abschätzung der effektiven Dosis
CT-Untersuchung
Umrechnungsfaktor
(mSV / mGy x cm)
Schädel
0,002
Hals
0,005
Thorax
0,017
Abdomen
0,016
Huda et al. Radiology 2008;248:995-1003
Beispiele:
1.
CT-Schädel:
2.
CT-Abdomen:
1089 x 0,002 = 2,2 mSv
552 x 0,016 = 8,8 mSV
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Diagnostische Referenzwert für CT
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Strahlenkrebsrisiko durch CT
• Detailierte Abschätzung des Strahlenkrebsrisikos durch die CT
• Risikoabschätzung basiert auf Hiroshima-Nagasaki-Studie
• 57 Millionen CT-Untersuchungen in USA in 2007
- 60% Frauen
- 80% > 35 Jahre
Berrington de Gonzalez et al. Arch Intern Med, December 2009;169:2071-2077
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Strahlenkrebsrisiko durch CT
Berrington de Gonzalez et al. Arch Intern Med, December 2009;169:2071-2077
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Strahlenkrebsrisiko durch CT
Berrington de Gonzalez et al. Arch Intern Med, December 2009;169:2071-2077
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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CT-Strahleninduzierte Tumoren
Berrington de Gonzalez et al. Arch Intern Med, December 2009;169:2071-2077
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Aktuelle Stand der CT in der Schweiz
• Jährliche CT-Untersuchungszahlen in der Schweiz:
1998: ca. 330`000
aktuell: 800`000 - 1`000`000
• Ursachen für rapiden Anstieg der CT-Untersuchungszahlen:
- rasante technische Entwicklung, mehr Indikationen
- breite Verfügbarkeit (ca. 250 CT-Scanner)
- schnelle und einfache Durchführbarkeit
• Weitere Ursachen:
- sehr „schwache“ Indikation
- CT-Untersuchungen ohne Behandlungskonsequenzen
- CT-Untersuchungen ohne gründliche klinische Untersuchung
- zu engmaschige CT-Verlaufskontrollen
ca. 10-15% vermeidbare CT-Untersuchungen
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Aktuelle Stand der CT in der Schweiz
• Grosse Dosisunterschiede für gleiche CT-Untersuchung
CT-Schädel
160
140
CTDI (mGy)
120
100
80
60
40
20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
21 Institute mit GE 16-MDCT
BAG-Daten
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Aktuelle Stand der CT in der Schweiz
• Lösungsansätze:
- Ausbildung MTRA, Radiologen und andere Ärztegruppen
- Standardisierte CT-Untersuchungsprotokolle (DRW des BAG)
- Beratung Radiologischer Institute
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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CT-Consulting Service zur Reduktion CT-Strahlendosis
• Gemeinschaftsprojekt Diagnostische Radiologie Inselspital und dem BAG
• 100% finanziert durch das BAG
• Ziel: effizienter Einsatz der CT in Bezug auf die Strahlenexposition im
Sinne des ALARA-Prinzips (As Low As Reasonably Achievable)
• Beratung bestehend aus 2 Teilen:
- Individuelle CT-Protokollberatung
- Praktische Strategien zur Reduktion der CT-Strahlenexposition
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 1
Kein CT durchführen
- Indikation überprüfen
- Alternativen: US oder MRT
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 2
Einschränkung der Scanlänge
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 2: Einschränkung der Scanlänge
• Nur den Körperbereich scannen, der absolut notwendig zur Beantwortung
der Fragestellung ist
• Oft zu grosszügige Wahl der Scanlänge (ca. 10% zu viel)
• Ursache ist oftmals Unsicherheit etwas zu verpassen
• Besondere Vorsicht:
- CT-Hals:
- CT-Thorax:
Gesichtsschädel nicht miteinschliessen
Hals reduzieren wegen Schilddrüse, Oberbauch
nur knapp miterfassen
- LE-Protokoll: sehr eingeschränkte Scanlänge
- CT-Abdomen: bei Männern auf die Gonaden achten
• Verlaufskontrollen mit eingeschränkter Scanlänge
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 2: Einschränkung der Scanlänge
26-jähriger Patient, Ausschluss
Pneumonie und Pneumothorax
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
Reduzierten Scanlänge:
52 mGy cm (ca. 0,83 mSv)
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Regel Nr. 2: Eingeschränkte Scanlänge LE-CT
Standard CT-Thorax vs. CT-Thorax
mit sehr kleinem Scanfeld:
30% Reduktion der Dosis
Schaefer-Prokop et al. Eur Radiol 2005:15 [suppl]: B595
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 2: Eingeschränkte Scanlänge Stein-CT
Probeschnitt auf Höhe Nierenoberpol
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 2: CT-Thorax und -Abdomen
2-mal Oberbauch miterfasst
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
ca. 4 mSv zusätzliche Dosis
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Regel Nr. 2: Eingeschränkte Scanlänge für
CT-Thorax und -Abdomen
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 3
Optimale Patientenzentrierung in der CT-Gantry
- Oberflächendosis
- Bildqualität
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 3: Optimale Patientenzentrierung
Bow-Tie Filter
Hohe Dosis
Zu tiefe Lagerung
Tiefe Dosis, hohes Bildrauschen
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 3: Optimale Patientenzentrierung
• 95% der Patienten mit einem CT-Thorax oder -Abdomen nicht
im Isozentrum zentriert
• Durchschnittliche Abweichung: 2,6 cm (range, 0,6 – 6,4 cm)
• Folge: Höhere Oberflächendosis, schlechtere Bildqualität
Oberflächendosis
Bildrauschen
0
0
- 3 cm
+ 21%
+ 6%
- 6 cm
+ 49%
+ 22%
Zentriert
Li, J. et al. Am. J. Roentgenol. 2007;188:547-552
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 4
Verwendung von Schutzmitteln für CT-Scan
- Abschirmung CT-Nutzstrahlung und Reduktion CT-Streustrahlung
- Empfehlung des BAG:
1. Hodenkapseln für CT-Abdomen und -Becken
2. Schilddrüsenschutz für CT-Schädel
3. Abdeckung der Brust für CT-Schädel
4. Abdeckung der Brust für CT-Abdomen und -Becken
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 4: Hodenkapseln
- Strahlenreduktion bis 95% *
- Einfache und kostengünstige Methode zur Dosisreduktion
- Hohe Akzeptanz beim Patienten
- Keine Beeinträchtigung der Bildqualität
- Routine Gebrauch bei Kindern, Jugendlichen und jungen Männern
empfohlen
* Hidajat N et al, RoFo 1996;165:462-465
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Regel Nr. 4: Abdeckung mit Röntgenschürze
- Grundsätzlich bei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen
CT-Streustrahlung reduzieren
- Körperbereich ausserhalb des Untersuchungsfeld mit Röntgenschürze
oder Schilddrüsenschutz abdecken
- CT-Schädel *:
Abdeckung Schilddrüse (-33% Dosis)
Abdeckung der weiblichen Brust (-91% Dosis)
Abdeckung Oberbauch (-84% Dosis)
- Effekt des Schutzmittels um so grösser, je näher das Schutzmittel am
Nutzstrahlenrand positioniert wird
- Absolute Dosisreduktion gering (0,05-0,32 mSv)
* BAG-Studie 2009, Ott et al
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 5
Dosisreduktion für CT-Planungsaufnahme
- Tiefe Röhrenspannung und Röhrenstrom
- Röntgenröhre unterhalb CT-Tisch (pa-Position)
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Regel Nr. 5: Dosisreduktion für CT-Planungsaufnahme
- Reduzierte Bildqualität ausreichend für CT-Planungsaufnahme
- Röhrenspannung: 80 kV
- Röhrenspannung: 10-50 mA
- Röntgenröhre unterhalb des CT-Tischs (pa-Position, 180° Position)
- CT-Thorax: Dosisreduktion bis zu 4 Thoraxaufnahmen*
* O`Daniel et al, AJR 2005;185:509-515
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 6
Dosisreduktion für Bolus Tracking
- Tiefe Röhrenspannung (80 kV)
- Tiefer Röhrenstrom (ca. 50 mA)
- Beginn des Bolus Trackings nicht zu früh wählen
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Regel Nr. 7
Lagerung der Arme oberhalb des Schultergürtels
für Polytrauma-CT
- Röhrenstrommodulation führt zu Dosisanstieg bis 45%*
- Deutlich schlechtere Bildqualität im Oberbauch
* Brink M et al. Radiology 2008;249:661-670
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 7: Arme oben für Polytrauma-CT
Arme oben
Arme unten
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
ED =13,5 mSv
ED = 26,7 mSv
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Regel Nr. 8
Vermeidung von Mehrphasen-CT
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Regel Nr. 8: Vermeidung von Mehrphasen-CT
• Mehrphasen-Untersuchungsprotokolle auf keinen Fall routinemässig
• Mehrphasen-Untersuchungsprotokolle nur bei sehr wenigen
Fragestellungen indiziert
• In >50% der Fälle Mehrphasen CT-Abdomen nicht indiziert*
• Native CT-Scan liefert selten Zusatzinformationen
• Indikationen für native CT-Untersuchung:
- Blutung
- Wandhämatom der Aorta
- NN-Raumforderung
- Erstuntersuchungen nach Endoprothesenimplantation
- Raumforderung der Niere (z.B. eingeblutete Zyste)
* Guite K. et al, RSNA 2009
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Regel Nr. 8: Vermeidung von Mehrphasen-CT
Einsparen von Untersuchungsphasen mittels Splitbolustechnik:
1. CT der Niere
2. Polytrauma-Spirale (arterielle und venöse Phase)
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Regel Nr. 8: Einsparung von Untersuchungsphasen
1. Splitbolustechnik für CT der Niere
Nephrographische Phase
Ausscheidungs Phase
40 ml
2 ml/s
4 min Pause
80 ml
3-4 ml/s
80 s delay
Bolus
Tracking
Arterielle Phase
Venöse Phase
Ausscheidungs Phase
Zamboni et al. Am. J. Roentgenol. 2010;194:145-150
Chow et al. Am. J. Roentgenol. 2007;189:314-322
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Regel Nr. 8: Einsparung von Untersuchungsphasen
2. Splitbolustechnik für Polytrauma-Protokoll (arterielle und venöse Phase)
70 ml
3 ml/s
10 s NaCl
75 ml
4 ml/s
Start Scan
Loupatatzis et al. Eur Radiol. 2008;18:1206-1214
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 8: Einsparung des nativen CT Scans
• Virtuelle nichtkontrastierte Datensätze mittels Dual Source CT Scanner:
- Endoleak-Detektion*
- Abklärung von Nierentumoren**
- Intrakranielle Blutungen***
* Stolzmann et al, Radiology; 2008, 249:682-691
** Graser et al, Radiology; 2009, 252:433-700
*** Ferda et al, Eur Radiol; 2009,19:2518-2522
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 9
Low dose für native Phase
- tiefe Röhrenspannung (100 oder 80 kV)
- und/oder niedriger Röhrenstrom
- ohne Röhrenstrom Modulation
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 10
CT Angiographie mit tiefer Röhrenspannung
(100 oder 80 kV)
- CT Angiographie Pulmonalarterien (Ausschluss LE)
- CT Angiographie der Aorta (Thorax und Abdomen)
- CT Angiographie der Viszeralarterien
- CT Angiographie der unteren Extremität
- CT Angiographie der Halsgefässe
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 10: Tiefe kV für CT Angiographie
140 kV
Tiefere kV:
120 kV
100 kV
80 kV
1. Kontrast in Gefässen
2. Bildrauschen
3. Kontrast-zu-Rausch Verhältnis konstant
4. Strahlendosis
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
und KM-Dosis
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Regel Nr. 10: Tiefe kV für pulmonale CTA
80 kV-Protokoll
(< 100 kg)
2,3 mSv
100 kV Protokoll
(> 100 kg)
3,0 mSv
Szucs-Farkas et al, Invest Radiol 2008;43: 871–876
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Regel Nr. 10: Tiefe kV für thorako-abdominale CTA
80 kV-Protokoll
(< 80 kg)
100 kV Protokoll
(> 80 kg)
5,7 mSv
7,5 mSv
Schindera et al, Invest Radiol 2009;44: 650–655
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Zusammenfassung - Schlussfolgerung
• Der Nutzen einer klinisch indizierten CT-Untersuchung überwiegt
wesentlich das potentielle Risiko
• Stetig steigende CT-Untersuchungszahlen führen zukünftig zu
mehr strahleninduzierten Krebsfällen in der Schweiz
• CT-Strahlenschutz betrifft Radiologen und MTRA gleichermassen
• Einfache Strategien zur CT-Dosisreduktion beachten
- Scanlänge reduzieren
- Optimale Patientenzentrierung
- Untersuchungsphasen reduzieren
- Schutzmittel regelmässig anwenden
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Zusammenfassung
Akronym für LOW DOSE
• Länge der Untersuchungsregion minimieren
• Optimierung der Untersuchungsparameter
• Weitreichende Zusammenarbeit mit CT-Hersteller zur Systemoptimierung
• Dosis Modulation (z.B. auto mA, care dose)
• Operator Training (MTRA und Radiologe)
• Sehr gewissenhaft die effektive Dosis für einzelnen Fall hinterfragen
• Evaluierung der Dosis in regelmässigen Abständen
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
[email protected]
[email protected]
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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[email protected]
[email protected]
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Adaptive Filter und iterative Rekonstruktion
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Aktuelle wissenschaftliche Veröffentlichung zu
Strahlenkrebsrisiko der CT
Berrington de Gonzalez, A. et al. Arch Intern Med 2009;169:2071-2077.
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Strahlenkrebsrisiko durch CT
Risiko von 100`000 exponierten Patienten mit 10 mSv
Prokop et al. Radiologe 2008;48:229-242.
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Strahlenwirkung
Deterministische Schäden
Stochastische Schäden
- Akutschäden
- Spätschäden
- Dosisschwellenwert (> 100 mSv)
- Kleinste Dosen reichen aus
- Schweregrad dosisabhängig
- Schweregrad nicht dosisabhängig
- Keine Zufallsabhängigkeit
- Eintrittswahrscheinlichkeit dosisabhängig
- Beispiele: Linsentrübung, Hauterythem
- Auftreten des Schadens zufällig
- Beispiele: Strahleninduzierte Tumoren,
Erbkrankheiten
CT-Strahlenschutz
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Strahlenkrebsrisiko durch CT
Berrington de Gonzalez, A. et al. Arch Intern Med 2009;169:2071-2077.
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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Universitätsinstitut für Diagnostische Radiologie, Inselspital Bern
Regel Nr. 3: Optimale Patientenzentrierung
Li, J. et al. Am. J. Roentgenol. 2007;188:547-552
Strahlenexposition und Strahlenschutz bei der Mehrschicht-CT
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