Jens­Holger Grunert Strahlenschutz für Röntgen­ diagnostik und Computertomografie Grundkurs und Spezialkurse Strahlenschutz für Röntgendiagnostik und Computertomografie Jens-Holger Grunert Strahlenschutz für Röntgendiagnostik und Computertomografie Grundkurs und Spezialkurse Prof. Dr. med. Jens-Holger Grunert Facharzt für Radiologie Röntgenpraxis Georgstraße Hannover, Deutschland ISBN 978-3-662-59274-8 ISBN 978-3-662-59275-5 (eBook) https://doi.org/10.1007/978-3-662-59275-5 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer © Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 2019 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verar- beitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von allgemein beschreibenden Bezeichnungen, Marken, Unternehmensnamen etc. in diesem Werk bedeutet nicht, dass diese frei durch jedermann benutzt werden dürfen. Die Berechtigung zur Benutzung unterliegt, auch ohne gesonderten Hinweis hierzu, den Regeln des Markenrechts. Die Rechte des jeweiligen Zeicheninhabers sind zu beachten. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag, noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Der Verlag bleibt im Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröf- fentlichten Karten und Institutionsadressen neutral. Fotonachweis Umschlag: © Prof. Dr. med. Jens Holger Grunert, Hannover (Symbolbild mit Fotomodell) Umschlaggestaltung: deblik Berlin Springer ist ein Imprint der eingetragenen Gesellschaft Springer-Verlag GmbH, DE und ist ein Teil von Springer Nature. Die Anschrift der Gesellschaft ist: Heidelberger Platz 3, 14197 Berlin, Germany Vorwort Wie muss ich mich bei einer Durchleuchtung hinstellen, um meine Strahlenexposition zu minimieren? In welchem Ausmaß bin ich durch eine Strahlenschutzschürze geschützt? Von wo gehen die für mich gefährlichen Streustrahlen aus? Wie wird meine Personendo- simetrie ermittelt, und wo werden meine persönlichen Messwerte archiviert? Wer darf die rechtfertigende Indikation stellen und wie erhalte ich meine Fachkunde im Strahlenschutz? Was hat sich mit der neuen Strahlenschutzgesetzgebung geändert? Der Autor dieses Buches ist seit über 10 Jahren als Dozent und wissenschaftlicher Lei- ter von medizinischen Strahlenschutzkursen zur Röntgendiagnostik aktiv und kennt die Fragen, die die Teilnehmer der von ihm geleiteten Kurse bewegen. Gleichzeitig ist er selbst als niedergelassener Radiologe mit Themen des Strahlenschutzes in seinem Ar- beitsalltag konfrontiert. Ziel des Buches ist es, ein grundlegendes Verständnis der Gesetz- mäßigkeiten im Strahlenschutz zu vermitteln, die es dem Leser ermöglichen, richtige Ver- haltens- und Verfahrensweisen für den Berufsalltag abzuleiten. Es ist als kursbegleitendes Lehrbuch für die Strahlenschutzkurse zur Erlangung der Fachkunde in der Röntgendiag- nostik und Computertomografie konzipiert. Durch die enge Anbindung der Gliederung und der Inhalte des Buches an die gesetzlichen Vorgaben der Fachkunde-Richtlinie ist si- chergestellt, dass alle erforderlichen Kursinhalte berücksichtigt sind. Darüber hinaus um- fasst die Zielgruppe auch ärztliches und nichtärztliches Personal, das sich für den Strah- lenschutz in der Röntgendiagnostik interessiert, sei es im Rahmen der Ausbildung, zur Prüfungsvorbereitung oder im beruflichen Alltag. Die Sichtweise des Autors ist primär medizinisch mit Betonung praktischer Aspekte des Strahlenschutzes in der Röntgendiagnostik sowie der Computertomografie. Aspekte des Strahlenschutzes betreffend die Nuklearmedizin bzw. die Strahlentherapie werden nur insoweit berücksichtigt, wie es von der Richtlinie zu den Strahlenschutzkursen gefordert wird und wie es dem allgemeinen Verständnis zum Strahlenschutz dient. Neuere techno- logische Entwicklungen im Rahmen der Digitalisierung der Röntgendiagnostik werden ausgiebig behandelt, wogegen auf die Darstellung älterer nur noch selten angewandter Techniken wie zum Beispiel die Filmverarbeitung verzichtet wurde. Seit dem 01.01.2019 gilt eine neue Strahlenschutzgesetzgebung. Viele Details haben sich hinsichtlich der gesetzlichen Vorgaben im Vergleich zur alten Röntgenverordnung V VI Vorwort geändert. Dieses Buch soll helfen, sich in dem Paragrafendickicht der neuen Gesetzge- bung zurechtzufinden, kann jedoch keine Rechtsberatung ersetzen. Für rechtsverbindliche Aussagen sollte man sich an die zuständigen Behörden wenden. Ebenso übernimmt der Autor keinerlei Haftung für Fehler in der Darstellung physikalisch-technischer Prozesse einschließlich der Angabe von Dosiswerten. Für Anregungen und Verbesserungsvor- schläge wäre der Autor sehr dankbar. Mein besonderer Dank gilt Frau Dr. med. vet. Dorothea Grunert für umfassende Kor- rekturtätigkeit und Anregungen, Herrn Ralf Herbers von der HS-Strahlenschutz GmbH für zahlreiche Informationen zur neuen Strahlenschutzgesetzgebung sowie dem Springer- Verlag für die gute Zusammenarbeit. Hannover, Deutschland Jens-Holger Grunert April 2019 Inhaltsverzeichnis Teil I Grundkurs im Strahlenschutz für Ärzte und Medizinphysik-Experten 1 Entdeckung der Röntgenstrahlen und Grundlagen der Strahlenphysik . . . . 3 1.1 Die Entdeckung der Röntgenstrahlen und deren Bedeutung für Grundlagenwissenschaft und Anwendungen außerhalb der Medizin . . . . . 3 1.2 Entstehung und Eigenschaften ionisierender Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.1 Aufbau des Atoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 Arten ionisierender Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3 Wechselwirkung der Strahlung mit Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.3.1 Photoabsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.3.2 Compton-Streuung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.3.3 Massen-Schwächungskoeffizient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.3.4 Strahlenkontrast und Bildgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2 Dosisbegriffe und Dosimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.1 Grundbegriffe der Dosimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.2 Dosisgrößen und Dosiseinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.2.1 Energiedosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.2.2 Lineares Energieübertragungsvermögen, Qualitätsfaktor, relative biologische Wirksamkeit und Strahlungswichtungsfaktor . . . . . . . . 44 2.3 Dosismessverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3 Strahlenbiologische Grundlagen einschließlich der Wirkung kleiner Dosen 53 3.1 Strahlenwirkungen auf DNA, Repair, Zellen, Zellzyklus, Zellüberlebenskurven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.1.1 Radiolyse des Wassers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.1.2 Biologische Wirkung der Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.1.3 Zellzyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.1.4 Zellüberlebenskurven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.2 Strahlenwirkungen auf Gewebe und Organe, Tumorgewebe . . . . . . . . . . . . 57 VII VIII Inhaltsverzeichnis 3.3 Strahlenschäden; deterministische, stochastische, und teratogene Strahlenschäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.4 Natürliche und zivilisatorische Strahlenexposition des Menschen . . . . . . . 60 3.4.1 Natürliche Strahlenbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.4.2 Künstlich erzeugte Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.4.3 Risikobetrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4 Strahlenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.1 Grundlagen und Grundprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.2 Baulicher Strahlenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.2.1 Strahlenschutzbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.3 Apparativer Strahlenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.4 Strahlenschutz des Personals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.4.1 Grenzwerte für beruflich strahlenexponierte Personen . . . . . . . . . . 74 4.4.2 Maßnahmen bei Störfällen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 5 Rechtsvorschriften, Richtlinien, Leitlinien und Empfehlungen . . . . . . . . . . . 79 5.1 Atomgesetz, Strahlenschutzgesetz, Strahlenschutzverordnung, Richtlinien und Leitlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.1.1 Strahlenschutzgesetz(StrlSchG) und die Verordnung zur weiteren Modernisierung des Strahlenschutzrechts . . . . . . . . . . 80 5.1.2 Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 5.1.3 Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.1.4 Leitlinien zur Qualitätssicherung der Bundesärztekammer (BÄK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.1.5 Die alte Röntgenverordnung, das Strahlenschutzgesetz und die neue Strahlenschutzverordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.2 Empfehlungen der Strahlenschutzkommission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 6 Prüfungsfragen zum Grundkurs im Strahlenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 6.1 Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 6.2 Die Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Teil II S pezialkurs im Strahlenschutz bei der Untersuchung mit Röntgenstrahlung (Diagnostik) 7 Röntgeneinrichtungen und Strahlenschutzeinrichtungen in der Röntgendiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 7.1 Erzeugung von Röntgenstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 7.1.1 Gerätetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 7.2 Medizinische Röntgeneinrichtungen für die Diagnostik . . . . . . . . . . . . . . . 115 7.3 Einflussparameter auf Abbildungsgüte und Strahlenexposition . . . . . . . . . 118 Inhaltsverzeichnis IX 7.3.1 Kontrast und Ortsauflösung, Modulationsübertragungsfunktion . . . 118 7.3.2 Bildrauschen, Signal-Rausch-Verhältnis, Quantenwirkungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 7.3.3 Dosisindikator, Deviationsindex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 7.3.4 Zentralprojektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 7.3.5 Abstandsquadratgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 7.3.6 Geometrische Unschärfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 7.3.7 Bewegungsunschärfe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 7.3.8 Betrachtung und Befundung an Monitoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 7.3.9 Grundlagen der digitalen Bildverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 7.4 Strahlenschutzeinrichtungen in der Röntgendiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . 131 7.4.1 Baulicher Strahlenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 7.4.2 Apparativer Strahlenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 7.4.3 Strahlenschutzzubehör . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 8 Dosisbegriffe und Dosimetrie in der Röntgendiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . 137 8.1 Dosisflächenprodukt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 8.2 Organdosis, effektive Dosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 8.3 Abschätzung der Strahlenexposition und deren Bedeutung . . . . . . . . . . . . 141 8.4 Dosismessverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 9 Strahlenschutz des Personals in der Röntgendiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 9.1 Kontroll- und Überwachungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 9.2 Kategorien des beruflich strahlenexponierten Personals . . . . . . . . . . . . . . . 145 9.3 Personendosimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 9.3.1 Gleitschattendosimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 9.3.2 Fingerringdosimeter und Kopf-/Armband-Dosimeter . . . . . . . . . . . 152 9.3.3 Elektronische Personendosimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 9.3.4 Strahlenschutzregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 9.3.5 Grenzwerte für beruflich exponierte Personen . . . . . . . . . . . . . . . . 155 9.4 Schutzkleidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 9.4.1 Blei als Material zum Abschirmen der Strahlung . . . . . . . . . . . . . . 157 9.4.2 Persönliche Schutzausrüstung (PSA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 9.5 Einweisung und Unterweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 9.6 Ärztliche Überwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 10 Strahlenschutz des Patienten in der Röntgendiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 10.1 Schutzmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 10.1.1 Gonadenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 10.1.2 Schilddrüsen- und Brustschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 X Inhaltsverzeichnis 10.1.3 Augenlinsenschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 10.1.4 Becken-Halbschürze oder Becken-Rundumschürze . . . . . . . . . . 175 10.2 Strahlenschutzgerechte Aufnahme- und Untersuchungstechnik in der Röntgendiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 10.2.1 Strahlenqualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 10.2.2 E inblenden des Strahlenfeldes und Lagerung des Patienten . . . . 176 10.2.3 Strahlengang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 10.2.4 Kompression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 10.2.5 Strahlenschutzrelevantes Verhalten im Umgang mit C-Bögen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 10.2.6 Strahlenexposition einer schwangeren Patientin . . . . . . . . . . . . . 181 10.3 Arbeitsanweisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 10.4 Indikationen zur Untersuchung mit Röntgenstrahlung . . . . . . . . . . . . . . . 182 10.4.1 Rechtfertigende Indikation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 10.4.2 Indikationsempfehlungen und alternative Verfahren . . . . . . . . . . 189 10.4.3 Diagnostische Referenzwerte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 10.4.4 U ntersuchungen außerhalb der Heilkunde (Forschung) . . . . . . . 191 10.5 Spezialfragen bei der Röntgenuntersuchung von Kindern . . . . . . . . . . . . 193 10.5.1 Strahlenempfindlichkeit des kindlichen Organismus . . . . . . . . . . 193 10.5.2 Spezielle Geräteanforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 10.5.3 E instellungs- und Untersuchungstechnik bei Kindern und besondere Strahlenschutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 10.5.4 A ufnahmeparameter bei der Untersuchung von Kindern . . . . . . 196 10.5.5 CT in der Pädiatrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 11 Qualitätssicherung, Dokumentation und Organisation des Strahlenschutzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.1 Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.1.1 Abnahme- und Konstanzprüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 11.1.2 Qualitätskriterien für Röntgenaufnahmen und -untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 11.1.3 A ufgaben und Erfahrungen der ärztlichen Stellen . . . . . . . . . . . . 207 11.2 Dokumentation und Bildwiedergabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 11.2.1 Aufzeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 11.2.2 Archivierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 11.3 Organisation des Strahlenschutzes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 11.3.1 Strahlenschutzverantwortlicher und -beauftragter . . . . . . . . . . . . 215 11.3.2 Genehmigungs- und Anzeigeverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 11.3.3 Strahlenschutzanweisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217