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OERG News

Herzdiagnostik – Wie hoch ist das Risiko ?

Univ.- Doz. Mag. Dr. Georg Stücklschweiger

Die vermehrten und teilweise populistisch geführten Diskussionen über die Wirkungen geringer Strahlendosen führen zu einer  steigenden kritischen Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit gegenüber Röntgenuntersuchungen.

Strahlenbasierte herzdiagnostische Verfahren zählen dabei zu jenen Untersuchungen die einen bedeutenden Anteil zur medizinischen Strahlenexposition beitragen und als Hochdosisuntersuchungen gelten. So tragen nach einem Bericht von Nowotny et.al. (2000) Arteriographien einschließlich interventioneller Eingriffe bei einer Häufigkeit von nur 1,3% aller Röntgenuntersuchungen einen Beitrag von 19 %, die Computertomographie bei einer Häufigkeit von 5,4 % einen entsprechenden Beitrag von 37,6 % zur kollektiven Effektiven Dosis bei.

Dosis-Wirkungsbeziehung

Die Ableitung von Dosis-Wirkungs-Beziehungen für stochastische Strahlenwirkungen erfolgt einerseits auf Basis epidemiologischen Untersuchungen (vor allem an Atombombenopfern in Hiroshima und Nagasaki) , sowie wissenschaftlichen Auswertungsergebnissen großer Patientengruppen nach medizinischer Strahlenexposition  und  andererseits auf experimentelle Untersuchungen an Tieren. Nahezu alle diese Studien beziehen sich auf Expositionen mit ziemlich hohen Strahlendosen. Auch die umfangreiche Untersuchung der Atombomben-Ãœberlebenden umfasst Daten die erst bei einer Dosis von 200mSv an eine statistisch gesicherte Abhängigkeit der kanzerogenen Wirkung von der Dosis feststellt. Für kleinere Dosen wie sie bei medizinischen Anwendungen auftreten, ist man daher auf die rechnerische Extrapolation der Wirkung höherer Dosen angewiesen. Für eine solche Extrapolation muss eine bestimmte Form der Dosis-Wirkungs-Kurve gewählt werden. Die Resultate aller Studien wurden von der internationalen Strahlenschutzkommission (ICRP) ausgewertet. Statistisch signifikante Risiken für Krebs sind bei Atombombenüberlebenden bei Organdosen oberhalb von 20 mSv erkennbar. Die Mehrzahl der Ergebnisse aus verschiedenen Studien stimmt mit einer linearen Dosis-Wirkungsbeziehung überein. Die ICRP kommt also zu dem Ergebnis, dass jede Strahlendosis – sei sie auch noch so klein – mit einem Risiko verbunden ist. Ein Strahlenrisiko von Null liegt nur bei einer Dosis von Null vor.

Strahlenrisiko

Die Grundlage zur Beschreibung des Strahlenrisikos ist die Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit für einen stochastischen Effekt (Krebserkrankung oder Erbschaden) pro Dosis. Die Eintrittswahrscheinlichkeit ist vom Alter bei Exposition und vom erreichten Alter abhängig. Für Strahlenschutzzwecke sind vor allem die von der ICRP ermittelten Risikofaktoren von Bedeutung, da hieraus die Gewebe-Wichtungsfaktoren abgeleitet werden, die bei der Berechnung der effektiven Dosis benötigt werden. 
Die gegenwärtigen nominellen Wahrscheinlichkeitskoeffizienten für Krebs in der Tabelle 1 beruhen, abweichend von früheren in der ICRP Publikation 60 (1961b) auf Daten zur Krebsinzidenz, die hinsichtlich Sterblichkeit und Beeinträchtigung der Lebensqualität gewichtet worden sind.

Tabelle 1:  Nominelle Risikokoeffizienten für stochastische Wirkungen nach Strahlenexposition bei niedriger Dosisleistung (10-2 Sv-1) nach ICRP Publikation 103 (2007)



Die wichtigste Änderung gegenüber ICRP 60 ist die 6-8 fache Verringerung des nominellen Risikokoeffizienten für vererbbare Wirkungen. Die geänderte Abschätzung des genetischen Risikos führt zu einer wesentlichen Verminderung des abgeschätzten Werts des Gewebe-Wichtungsfaktors für die Keimdrüsen.

Bei den hier angegebenen Daten handelt es sich um geschlechtsgemittelte nominellen Risikokoeffizienten für Krebs. Man  sollte sich aber bewusst sein, dass  beträchtliche Unterschiede in den Risiken für männliche und weibliche Personen (insbesondere für die Brust) bestehen, auf deren Berechnung hier nicht näher eingegangen wird. Weiters sollte berücksichtigt werden, dass das Risiko für Kinder 2-3 mal höher und für Menschen ab 65 Jahren 5 mal geringer ist.

Trotz der Änderungen bei den Daten für das Krebsrisiko und der Fortschritte bei der Krebsbehandlung empfiehlt die Strahlenschutzkommission den bisher verwendeten genäherten Risikokoeffizienten für die Gesamtsterblichkeit von 5% pro Sievert beizubehalten.

Effektive Dosis


Die effektive Dosis ist eine Dosisgröße, die gegenwärtig für den Strahlenschutz von grundlegender Bedeutung ist. Das Konzept wurde zur Festlegung von Dosisgrenzwerten zur Bewertung von beruflichen Strahlenexposi¬tionen entwickelt und ist auch auf Teilkörperdosen anwendbar. Bei Untersuchungen mit Röntgenaufnahmen können Organdosen im Bereich von < 0.1 Gy bis etwa 10 mGy auftreten. Die Dosis in einem Körperteil sagt jedoch noch nichts über das daraus resultierende Risiko für die Person aus. Gerade bei Röntgenuntersuchungen wird nicht der ganze Körper gleichförmig bestrahlt und es ist ein Unterschied, ob nur z.B. die Lunge oder der Ganzkörper eine entsprechende Dosis erhalten hat. Mit Hilfe der effektiven Dosis ist es möglich die während einer Untersuchung unterschiedlich stark exponierten Organdosen auf einen einzigen Dosiswert zu reduzieren.

Die effektive Dosis wird als die Summe der mit den zugehörigen Gewebe-Wichtungsfaktoren wT multiplizierten Äquivalentdosen HT risikorelevanter Organe und Gewebe definiert. Die Organ-Äquivalentdosen errechnen sich durch Multiplikation von physikalisch messbaren Dosisgrößen (z.B. Einfalldosis, Oberflächendosis, Dosisflächenprodukt) und Konversionsfaktoren welche mit Hilfe von Monte-Carlo Algorithmen berechnet und Tabellen entnommen werden können. Die Gewebe-Wichtungsfaktoren berücksichtigen die unterschiedliche Strahlensensibilität der verschiedenen Organe und sind dabei proportional zum Strahlenrisiko für das jeweilige Organ. Die Neufestsetzung der Gewebe-Wichtungsfaktoren in der Publikation 103 (2007) der ICRP führte zu einer deutlichen Erhöhung der effektiven Dosis bei Coronaruntersuchungen. So ergibt sich beim Coronar-CT ein Anstieg um 30 % (von Boetticher et.al, 2007). Die Ursache liegt darin, dass der Gewebe-Wichtungsfaktor für die Brust  von 0,05 auf 0,12 erhöht wurde. Dieser Wert wurde im Wesentlichen von der Inzidenz und  Mortalität für den weiblichen Brustkrebs abgeleitet.

Fälschlicherweise wird die effektive Dosis häufig für die Abschätzung des individuellen Risikos eines Patienten verwendet. Dies ist durch die Tatsache, dass die Risikofaktoren über Altersverteilung und Geschlecht der Gesamtbevölkerung gemittelt sind und deshalb zunächst nur auf entsprechend zusammengesetzte Kollektive angewandt werden können, nicht zulässig.
Es kann nur eine Wahrscheinlichkeit für das Eintreten innerhalb eines Kollektivs angegeben werden. Zum Verständnis kann z.B. ein Vergleich mit dem Roulettespiel herangezogen werden. Es besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass ein Gewinn erzielt werden kann.  Wenn man Glück hat ist ein Gewinn beim ersten Einsatz möglich, wenn man Pech gewinnt man nie.

Trotz dieser Einschränkung ist das Konzept der effektiven Dosis zum Ver¬gleich verschiedener Röntgenuntersuchungen und des damit verbundenen Risikos, sowie zum Vergleich mit Strahlenexpositionen aus anderen Quellen gut geeignet und soll hier zur Abschätzung des Krebsrisikos herangezogen werden

Risikoabschätzung

Um einen praktischen Vergleich für das in der Folge für herzdiagnostische Verfahren berechnete, strahleninduzierte Krebsmortalitätsrisiko zu schaffen, wird das durch die natürliche Strahlenexposition hervorgerufen Risiko abgeschätzt:
In Österreich erhält jeder Mensch durch die natürliche Strahlung jährlich eine Ganzkörperexposition von etwa 3,3 mSv. Durch Multiplikation dieser Dosis mit dem Risikokoeffizienten und der Bevölkerungsanzahl kann das  kollektive Risiko abgeschätzt werden und beträgt:

3,3 x 10-3 Sv x  5 x 10-2 Sv-1  x 8 x 106 = 1320

Rein statistisch bedeutet das, dass ca. 8 %  der jährlich etwa 17000 Personen die in Österreich an der Folge eines Krebsleidens versterben, dies auf Grund des Einwirkens der  natürlichen Strahlung tun.
Das Strahlenrisiko einer radiologischen Untersuchung hängt davon ab, welche Organe von der Strahlung getroffen wurden und wie hoch die Strahlendosis in diesen Organen ist. Betrachtet man nun die in der Herzdiagnostik wesentlichen strahlenbasierten diagnostischen Verfahren, so findet man in der wissenschaftlichen Literatur eine große Spannweite an Angaben zur Strahlenexposition. Für die in Tabelle 2 durchgeführte Abschätzung werden für die durchschnittliche Effektive Dosis die Daten von Mettler FA et al (2008) herangezogen. Unter Berücksichtigung dieser Daten erhält man für das strahleninduzierte Risiko:
 
Tabelle 2: Abschätzung des zusätzlichen Lebenszeitrisikos (Mortalität) durch die angeführten Untersuchungen


 
Zu beachten ist, dass es sich bei den hier verwendeten Werten für die effektive Dosis um Durchschnittswerte handelt, die großteils retrospektiv erhoben wurden. In vielen veröffentlichten prospektiven Studien die sich auf die Dosisoptimierung fokussieren wurden diese Daten deutlich unterschritten. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Dosis in sehr hohem Maße von der verwendeten Gerätschaft, der Anwendung von dosissparenden Untersuchungsprogrammen und auch von der Erfahrung des Untersuchers abhängt. So werden häufig für die diagnostische Coronarangiographie  Effektive Dosen zwischen 3 - 5 mSv angegeben und damit eine deutliche Risikominimierung erreicht. Durch die Anwendung einer prospektiven EKG-Triggerung kann die Effektive Dosis bei der Coronarangiographie CT im Mittel auf unter 5 mSv gesenkt und damit das strahleninduzierte Risiko ebenso auf  etwa ein Drittel reduziert werden. Bei nuklearmedizinischen Untersuchungen werden mit Tl-201-Chlorid Untersuchungen effektive Dosen bis ca. 23 mSv und damit eine Verdoppelung des in der Tabelle  angegebenen Risikos erreicht.

Zum Vergleich der in Tabelle 2 ermittelten Risiken beträgt das strahleninduzierte Risiko für die Krebsmortalität bei einem Thoraxröntgen bei einer Effektiven Dosis von 0,1 mSv (2 Aufnahmen) 0,0005% oder 1:200000. Vergleichsweise sterben in Österreich jährlich ca. 700 Menschen an den Folgen eines Verkehrsunfalls, dh. jeder Österreicher hat ein Verkehrsunfalltodesrisiko von 1:12500.

Etwa 25 % der Bevölkerung verstirbt in Folge eines Krebsleidens. Das Risiko beträgt also 25% und würde sich durch ein Thoraxröntgen auf 25,0005 % bzw durch eine CTCA  auf 25,08 % erhöhen. Dabei muss in Betracht gezogen werden, dass bei gesicherter Indikationsstellung das rechnerische strahlenbedingte Risiko einer Röntgenuntersuchung des Patienten verglichen mit dem Nutzen die diese Untersuchung mit sich bringt als sehr gering angesehen muss.

Zusammenfassung

Wie aufgezeigt wurde, stellt das Strahlenrisiko beim Röntgen nur eine minimale Zunahme des persönlichen Risikos dar, insbesondere wenn man bedenkt, dass durch eine entsprechende Lebensweise sein Krebsrisiko um mehrere Prozente beeinflusst werden kann.
Wichtig ist zu erkennen, dass das allgemeine Prinzip der Risikoabschätzung zwar die Berechnung einer individuellen Effektiven Dosis, aber kein individuelles Risiko zulässt. Die Frage nach dem Risiko des einzelnen Patienten kann damit nicht eindeutig beantwortet werden. Aus der effektiven Dosis können keine Rückschlüsse auf die aus einer Strahlenexposition resultierende Gesundheitsgefährdung des Einzelnen oder der Allgemeinheit gezogen werden. Mit Hilfe der Risikofaktoren der ICRP und der effektiven Dosis kann man jedoch eine grobe Abschätzung durchführen und diese mit anderen Risiken des täglichen Lebens vergleichen.

Der Autor:

Univ.Doz. Mag. Dr. Georg Stücklschweiger
Leiter des Kompetenzzentrums für Medizinische Physik und Strahlenschutz LKH-Universitätsklinikum Graz
Email: georg.stuecklschweiger@klinikum-graz.at