Jakob Roth: Strahlenschutz in der Medizin, Verlag Hans Huber, Bern by Verlag Hans Huber, Hogrefe AG, Bern Keine unerlaubte Weitergabe oder

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2 Roth Strahlenschutz in der Medizin

3 Bücher aus verwandten Sachgebieten Voegeli Praktische Skelettradiologie 4. A ISBN Voegeli Praktische Thoraxradiologie 4. A ISBN Fuchs (Hrsg.) Radiologie. Diagnostik durch bildgebende Verfahren ISBN Dobbertin / Dierkesmann / Kohlhäufl Lehrbuch und Atlas der Bronchoskopie 2. A ISBN Berz Krank durch Mobilfunk? ISBN Weitere Informationen über unsere Neuerscheinungen finden Sie im Internet unter

4 Jakob Roth Strahlenschutz in der Medizin Praktische Anleitung zum Strahlenschutz in Röntgendiagnostik, Nuklearmedizin und Strahlentherapie Verlag Hans Huber

5 Anschrift des Autors: Prof. Dr. Jakob Roth Kirchackerstrasse 28 CH-4422 Arisdorf Lektorat: Dr. Klaus Reinhardt Herstellung: Daniel Berger Umschlaggestaltung: Atelier Mühlberg, Basel Druckvorstufe: KONKORDIA GmbH Das Medienunternehmen, Bühl Druck und buchbinderische Verarbeitung: KONKORDIA GmbH Das Medienunternehmen, Bühl Printed in Germany Bibliographische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliographie; detaillierte bibliographische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Einspeicherung und Verarbeitung in elek - tronischen Systemen. Die Verfasser haben größte Mühe darauf verwandt, dass die therapeutischen Angaben insbesondere von Medikamenten, ihre Dosierungen und Applikationen dem jeweiligen Wissensstand bei der Fertigstellung des Werkes entsprechen. Da jedoch die Medizin als Wissenschaft ständig im Fluss ist und menschliche Irrtümer und Druckfehler nie völlig auszuschließen sind, übernimmt der Verlag für derartige Angaben keine Gewähr. Jeder Anwender ist daher dringend aufgefordert, alle Angaben in eigener Verantwortung auf ihre Richtigkeit zu überprüfen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen oder Warenbezeichnungen in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürfen. Anregungen und Zuschriften an: Verlag Hans Huber Lektorat Medizin Länggass-Strasse 76 CH-3000 Bern 9 Tel: 0041 (0) Fax: 0041 (0) verlag@hanshuber.com 1. Auflage 2008 ISBN

6 5 Inhalt Geleitwort von Werner Zeller, Leiter der Abteilung Strahlenschutz im Bundesamt für Gesundheit Vorwort Physikalische Grundlagen Aufbau der Materie Von der Körperzelle zum Atomteilchen Der Mensch physikalisch betrachtet Strahlung Teilchen- und Wellenstrahlung Strahlung aus radioaktiven Quellen Röntgenstrahlung Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie Schwächung von Photonenstrahlung Elektronen- und Beta-Strahlung Lineares Energieübertragungsvermögen (LET) Dosis und Dosismessung Dosisbegriffe Nachweis ionisierender Strahlung Phantome Berechnung von Dosen Bildgebende Systeme Röntgenfilm Speicherfolie Bildverstärker (BV) Flachdetektor Szintillationskamera Digitalisierung Molekulare Bildgebung Abbildungsgesetze und Unschärfen Strahlenbiologische Grundlagen Strahlenbiologische Begriffe Mechanismus der biologischen Strahlenwirkung

7 6 Inhalt 2.3 Beeinflussung der biologischen Strahlenwirkung Strahlenbiologie in der Strahlentherapie Strahlenwirkung, Strahlenrisiken Strahlenwirkungen Dosis-Wirkung-Beziehung Auswirkungen von ionisierender Strahlung auf den Körper Stochastische Strahlenwirkung Risikoabschätzung Beurteilung des Strahlenrisikos Deterministische Strahlenwirkung Pränatale Strahlenwirkung Genetische Strahlenwirkung Schwangerschaft und Strahlung Risikobeurteilung Abschätzung der Dosis am Embryo bzw. Fetus Röntgenuntersuchung Nuklearmedizinische Untersuchung Strahlentherapie Maßnahmen nach einer pränatalen Strahlenexposition Spezielle Maßnahmen zur Dosisreduktion am Fetus Technik und Methoden in der Röntgendiagnostik Röntgengeräte Aufbau und Funktion der Röntgenanlage Röntgenaufnahme Durchleuchtung Computer-Tomographie (CT) C-Bogen mit Computer-Tomographie Einrichtungen, Zubehör Streustrahlenraster Belichtungsautomatik Ausgleichsfilter Bildgebende Systeme Film-Folien-Kassetten Digitale Radiographie Beeinflussung der Strahlexposition des Patienten Streustrahlung Einblendung Abschirmung Besonderheiten in der zahnärztlichen Radiologie

8 Inhalt 7 6. Technik und Methoden in der Nuklearmedizin Nuklearmedizinische Diagnostik Geräteeigenschaften Gamma-Kamera Einzelphotonen-Emissions-Computer-Tomographie (SPECT) Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Ganzkörperzähler Aktivimeter Nuklearmedizinische Therapie Spezielle Betrachtungen Halbwertszeiten Zählstatistik Messfehler Technik und Methoden in der Strahlentherapie Hochvolttherapie mit Linearbeschleuniger Photonenstrahlung Multi-Leaf-Kollimator (MLC) Abschirmblöcke für irreguläre Felder Plexiglas-Trägerplatten Keilfilter Schädelmasken Patiententisch Elektronenstrahlung Irreguläre Felder Schutz des Auges Neue Bestrahlungstechniken Intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) Stereotaktische Radiotherapie Bildgesteuerte Radiotherapie Protonen und schwere geladene Teilchen Bestrahlungsplanung und Bildgebung Brachytherapie Röntgentherapie Hyperthermie Ganzkörperbestrahlung (TBI) Wechselwirkungen zwischen Strahlung und nichtbiologischen Materialien Moulagen Metallimplantate Herzschrittmacher Bestrahlunsgplanung Immobilisation des Patienten bzw. des Zielvolumens

9 8 Inhalt 8. Qualitätssicherung in der Röntgendiagnostik Allgemeine Maßnahmen Konventionelle Röntgengeräte Durchleuchtungsgeräte Computer-Tomographen (CT-Geräte) Mammographie-Geräte Bildgebung Filmverarbeitung Digitale Bildgebung Diagnostische Qualitätskriterien Besonderheiten in der zahnärztlichen Radiologie Zahnärztliche Röntgenanlagen Filmverarbeitung Digitale Dental-Röntgensysteme Diagnostische Referenzwerte (DRW) Qualitätssicherung in der Nuklearmedizin Allgemeine Maßnahmen Gammakamera Konstanzprüfung Zustandsprüfung Aktivimeter In-vivo- und In-vitro-Messplätze Strahlenschutz-Messgeräte Diagnostische Referenzwerte (DRW) Qualitätssicherung in der Strahlentherapie Von den physikalischen Kontrollen zum Qualitätssicherungskonzept Bestrahlungsgeräte Linearbeschleuniger Afterloadingsystem Röntgentherapiegerät Bestrahlungsplanungssystem und bildgebende Systeme Bestrahlungsplanungssystem (TPS) Computer-Tomograph (CT) Simulator Electronic Portal Imaging Device (EPID) Kontrolle der Lagerung und Einstellung des Patienten Kontrolle der Dosis bei der individuellen Bestrahlungsplanung Hochvolttherapie Brachytherapie

10 Inhalt In-vivo-Messungen Konstanzprüfung der Dosimeter Kontrolle des gesamten Bestrahlungsablaufs Registrierung und Aufbewahrungspflicht von Daten Statistische Auswertung der Therapieergebnisse Grundlagen des Strahlenschutzes Gegenwärtiger Stand des Strahlenschutzes Grundsätze des Strahlenschutzes Praktischer Strahlenschutz Gesetzliche Grundlagen Bewilligungswesen Strahlenschutz-Bereiche Bauliche Strahlenschutzmassnahmen Möglichkeiten der Dosisreduktion Strahlenschutz in der Röntgendiagnostik Allgemeine Strahlenschutzmaßnahmen Strahlenschutz des Patienten Röntgenaufnahmen Durchleuchtungsuntersuchungen CT-Untersuchungen Strahlenschutz des Personals und von Drittpersonen Strahlenschutz in der Dentalradiologie Schutzmaterial Strahlenschutz in der Nuklearmedizin Allgemeine Strahlenschutzmaßnahmen Strahlenschutz des Patienten bei nuklearmedizinischer Diagnostik Strahlenschutz des Patienten bei nuklearmedizinischer Therapie Strahlenschutz des Personals Strahlenschutz in der Strahlentherapie Allgemeine Strahlenschutzmaßnahmen Abschirmung des Bestrahlungsraumes Aktivierung durch hochenergetische Photonenstrahlung Durchlassstrahlung des Bestrahlungsgerätes Geschlossene radioaktive Quelle Röntgentherapieanlage

11 10 Inhalt 15. Ausbildung Bezeichnung von Funktionen Aufgaben und Pflichten der Strahlenschutz-Sachverständigen Strahlenschutzausbildung für Ärzte Strahlenschutzausbildung für Zahnmediziner Strahlenschutzausbildung für medizinisches und zahnmedizinisches Personal Medizinphysiker mit Fachanerkennung Fortbildung Demonstrationen für die Ausbildung Strahlenexpositionen durch natürliche und künstliche Strahlenquellen Bestimmung der Strahlenexposition Natürliche Strahlenexpositionen Strahlenquellen Natürliche Radioaktivität, natürliche Zerfallsreihen Zivilisatorische Strahlenexpositionen Strahlenexposition des Patienten Röntgendiagnostische Untersuchungen Röntgenaufnahmen Durchleuchtungen Computer-Tomographien (CT) Nuklearmedizin Strahlentherapie Bewertung Strahlenexposition bei beruflich strahlenexponierten Personen Gesetzliche Grundlagen Dosisüberwachung Berufliche Tätigkeit und Schwangerschaft Ergebnisse der Personendosimetrie Strahlenunfall Symptome bei hoher Strahlenexposition Vorgehen und Maßnahmen bei Strahlenverletzten Grundsätzliches zu kontaminierten Patienten Vorgehen bei externer Bestrahlung

12 Inhalt Vorgehen bei Kontamination Vorgehen bei Inkorporation Kontaktstellen Beispiele von Strahlenunfällen Medizinische und industrielle Strahlenunfälle Auswirkungen des Kernkraftwerkunfalls in Tschernobyl von Gefährdung durch nichtionisierende Strahlung (NIS) Ultraschall (US) Laser und lichtemittierende Diode (LED) Magnet-Resonanz (MR) Ultraviolette Strahlung (UV) Schall Mobilfunk Elektrosmog Geschichtliche Entwicklung der Strahlenanwendung in der Medizin Zeittafel Wichtige Personen Fachgesellschaften und gesetzliche Regelungen Blick in die Zukunft Anhang A: Begriffe Anhang B: Abkürzungen Anhang C: Elemente Anhang D: Maßeinheiten Literatur Sachwortverzeichnis

13 Seite 12 Vakat

14 13 Dieses Buch ist allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der ehemaligen Abteilung Radiologische Physik am Universitätsspital Basel gewidmet. Verantwortlich ist man sowohl für das, was man tut, als auch für das, was man nicht tut. (Laotse, chinesischer Philosoph, wahrscheinlich 604 v. Chr. geboren) Die Dinge sollten so einfach wie möglich dargestellt werden aber nicht einfacher. (Albert Einstein, Physiker und Nobelpreisträger, )

15 14 Geleitwort Das vorliegende Buch von Prof. Dr. Jakob Roth füllt eine echte Lücke beim Thema Strahlenschutz in der Medizin. Dieses umfassende und sehr sorgfältig erarbeitete Buch, welches sich sowohl für Studierende der Medizin und alle medizinisch technischen Fachleute insbesondere auch für die radiologisch tätigen Ärzte eignet, erklärt verständlich und ohne viele Formeln auch komplexe Sachverhalte im Strahlenschutz und in der medizinischen Radiologie. Vierzig Jahre Berufserfahrung finden hier ihren Niederschlag, dabei fehlen auch sehr aktuelle und kritische Auseinandersetzungen mit wissenschaftlichen Themen nicht. Speziell erwähnenswert ist, dass die gesetzlichen Aspekte und Besonderheiten der Schweiz mitberücksichtigt und kritisch diskutiert werden. Der Autor kann sich dabei auf eigene Forschungsresultate, landesweite Erhebungen und Messungen im Bereich des Strahlenschutzes in der Medizin abstützen. Man spürt das hohe persönliche Engagement des Leiters der früheren Abteilung Radiologische Physik am Universitätsspital Basel und des ehemaligen Präsidenten der Eidgenössischen Strahlenschutzkommission, der sich seit Jahrzehnten für einen zielgerichteten und wirkungsvollen Strahlenschutz einsetzt. Möge dieses Buch dazu beitragen, den Strahlenschutz im dosisintensiven Bereich zu verstärken. Werner Zeller Leiter der Abteilung Strahlenschutz im Bundesamt für Gesundheit

16 15 Vorwort Der Begriff Strahlenschutz löst in vielen Fällen negative Assoziationen aus: Vorschriften, Kontrollen, Einschränkungen und Auflagen. Und dies erst noch in der Medizin, wo behördliche Regulierungen bei Abklärungen und Behandlungen von Patienten vom ärztlichen Personal mit Argwohn beurteilt werden. Der Strahlenschutz verlangt in der Medizin ungewohnte Einschränkungen, wie sie bei anderen Tätigkeiten kaum gefordert werden. Es ist sicher unbestritten, dass ionisierende Strahlen ein Risiko für unerwünschte Auswirkungen an betroffenen Personen darstellen können. Dass ihre Anwendungen so stark reglementiert sind, ist jedoch weniger mit einer besonders großen Gefährlichkeit im Vergleich mit andern Noxen (chemische und biologische Schadstoffe, schädigende Umwelteinflüsse) zu begründen, sondern eher mit dem großen Wissensstand auf diesem Gebiet. Damit können Einschränkungen zum Schutze vor allfälligen Strahlenschäden zielgerichtet erlassen werden. Die Wirkungen von ionisierenden Strahlen und deren Folgen kennt man heute sehr gut. Das umfassende Wissen erlaubt es, die Anwendungen von ionisierenden Strahlen auf das Notwendige und auf akzeptierte Risiken einzuschränken. Trotzdem gibt es noch viele offene Fragen, z. B. in der Strahlenbiologie. Es ist erfreulich, dass neue Erkenntnisse auf dem Gebiet des Strahlenschutzes in der Schweiz jeweils relativ rasch in der Gesetzgebung Einzug finden. So war die Schweiz nach 1994 während fast zehn Jahren ein Musterknabe bezüglich Strahlenschutz. Als erstes Land hat die Schweiz damals neue Erkenntnisse der internationalen Strahlenschutz-Kommission (ICRP, 1990) sowie Schlussfolgerungen aus dem KKW-Unfall in Tschernobyl (1986) im Strahlenschutzgesetz (1991) und in der Strahlenschutzverordnung (1994) rasch umgesetzt. Die Anregung für das vorliegende Buch entstammt der Idee, die über viele Jahre gesammelten Messungen, Abklärungen und Ideen sowie Diskussionen bei der Mitarbeit in Kommissionen und Arbeitsgruppen festzuhalten. Vielleicht können sie anderen, im Strahlenschutz tätigen Personen dienlich sein. Der Strahlenschutz besteht nicht aus Blei, oder wie F. Wachsmann bereits im Jahre 1969 geschrieben hat: «Im Strahlenschutz wiegt ein Gramm Gehirn mehr als eine Tonne Blei». Zudem wurde im Unterricht immer wieder beklagt, dass kein Lehrbuch für den Strahlenschutz in der Medizin zur Verfügung steht, welches die spezifischen Verhältnisse in der Schweiz berücksichtigt. Sowohl in den Vorlesungen für Medizin- und Zahnmedizin- Studierende, in Strahlenschutzkursen für ärztliche Sachkundige und Sachverständige, im Unterricht für MTRA oder MPA, in Fortbildungskursen usw. wurde mehrfach der Wunsch nach einem entsprechenden Lehrmittel geäußert. Dies ist auch ein Grund dafür, dass der Strahlenschutz für alle Gebiete der Medizin (insbesondere Röntgendiagnostik, Nuklearmedizin und Strahlentherapie) in einem Buch beschrieben wird. Damit sollen Gemeinsamkeiten aufgezeigt und Quervergleiche sowie Synergien zum Nutzen des Strahlenschutzes ermöglicht werden. Es sei darauf hingewiesen, dass zahlreiche verwendete Begriffe und Abkürzungen in den Anhängen A und B erläutert sind. Im Anhang C sind die zurzeit bekannten Elemente aufgelistet und in Anhang D die Maßeinheiten beschrieben. Am Ende jedes Kapitels ist empfohlene und weiterführende Literatur angegeben. Zudem sind die zitierten Stellen in einem umfangreiches Literaturverzeichnis am Schluss des Buches