Ionisierende Strahlung macht präzise Einblicke in die Körper der Patientinnen und Patienten möglich. Eine Technik, die ein hohes Maß an Verantwortung und Sorgfalt erfordert.

Strahlenschutz

Das Institut für Medizinphysik des EvKB ist eine klinikübergreifende Einrichtung des Evangelischen Klinikums Bethel (EvKB), dessen Hauptaufgabe sich auf den Strahlenschutz konzentriert. Dabei übernimmt das Institut vielseitige Aufgaben aus den unterschiedlichen Disziplinen eines Krankenhauses, wie zum Beispiel der Radiologie oder der Nuklearmedizin. Ihr Ziel ist es sowohl Patientinnen und Patienten wie Mitarbeitende optimal vor ionisierender Strahlung zu schützen.

Wussten Sie, dass...

…Menschen ständig natürlich vorkommende radioaktive Stoffe in ihren Körper aufnehmen?
…Sie bei einem mehrstündigen Flug etwa der gleichen Strahlenbelastung ausgesetzt sind, wie durch eine Röntgenaufnahme des Brustkorbs?

Ionisierende Strahlung

Ionisierende Strahlung ist aus der modernen Medizin nicht wegzudenken. Mit ihr erhalten Ärztinnen und Ärzte präzise Einblicke in das Innere ihrer Patienten, ohne dafür den Körper eröffnen zu müssen – eine Errungenschaft, die der Menschheit erst seit etwas mehr als 100 Jahren zur Verfügung steht. In vielen Fällen können Ärzte damit die Diagnose stellen und daraufhin die bestmögliche Behandlung einleiten. Auch in der Therapie von Erkrankungen wird ionisierende Strahlung eingesetzt – wie zum Beispiel in der Nuklearmedizin bei bösartigen Erkrankungen.

Doch ob in der Diagnostik oder Therapie – bei ionisierender Strahlung verhält es sich ähnlich wie bei Medikamenten: Nur in der richtigen Dosis können der größtmögliche Nutzen und das geringstmögliche Risiko erreicht werden. Denn eine hohe Strahlendosis bringt Gefahren mit sich.

Aus diesem Grund gelten beim Umgang mit ionisierender Strahlung die drei Grundsätze:

Rechtfertigung – Vor jedem Einsatz von ionisierender Strahlung am Menschen wird überprüft, ob der Einsatz notwendig ist. Dabei werden auch alternative Methoden berücksichtigt.
Dosisbegrenzung – Es existieren Grenz- und Referenzwerte für die Strahlendosis. Diese gilt es bei dem Einsatz von ionisierender Strahlung einzuhalten.
Optimierung – Die Strahlendosis des Patienten ist jederzeit bestmöglich zu reduzieren und zu optimieren, selbst wenn die Grenz- und Referenzwerte bereits unterschritten werden.

Nur unter Berücksichtigung dieser Grundsätze kann ionisierende Strahlung zum Wohle der Patienten zum Einsatz kommen.

Der richtige Schutz

Um die Sicherheit von Patientinnen und Patienten wie auch den Mitarbeitenden zu gewährleisten haben die speziell ausgebildeten Mitarbeiter des Instituts für Medizinphysik unter anderem folgende Aufgaben:

Überwachung und Optimierung der Strahlenbelastung von Patientinnen und Patienten
Qualitätssicherung bei der Planung und Durchführung von Anwendungen radioaktiver Stoffe oder ionisierender Strahlung am Menschen
Qualitätskontrolle der eingesetzten Geräte und der Strahlenschutzausrüstung
Unterweisung der Mitarbeitenden im Strahlenschutz
Überwachung der Strahlenbelastung von Mitarbeitenden
Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften
Kontakt mit Behörden, Prüfstellen und der Industrie

Hier kommt ionisierende Strahlung im EvKB zum Einsatz

Röntgen

In vielen Verfahren der radiologischen Bildgebung wird Röntgenstrahlung eingesetzt. Diese wird durch sogenannte Röntgenröhren erzeugt. Das Prinzip dabei ist, dass an einem Glühdraht zunächst negativ geladene Elektronen freigesetzt werden, die dann durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden und anschließend durch Auftreffen auf das sogenannte Target (Ziel) abgebremst werden. Durch das abrupte Abbremsen entsteht Röntgenstrahlung.

Die durch Röntgenröhren erzeugte Röntgenstrahlung ist nur dann vorhanden, wenn das Röntgengerät betrieben wird, also gerade eine Aufnahme gemacht wird.

Bei den folgenden Geräten kommt Röntgenstrahlung zum Einsatz:

Projektionsradiografie (konventionelles Röntgen)
Mobile Röntgengeräte für Stationen (konventionelles Röntgen)
Durchleuchtungsanlagen, Angiografieanlagen
Mobile C-Bögen (Durchleuchtung während einer OP)
Computertomograph (CT)
Mammographie

Mehr erfahren: Institut für diagnotische und interventionelle Radiologie und Kinderradiologie

Nuklearmedizin

In der Nuklearmedizin werden zur Diagnostik schwach radioaktiv markierte Substanzen verabreicht, die sich dem Stoffwechsel entsprechend vermehrt an der gewünschten Stelle im Körper anreichern. Durch die folgenden in der Nuklearmedizin eingesetzten Geräte können die angereicherten Substanzen dann bildlich dargestellt werden:

SPECT-Kamera
Schilddrüsen-Gammakamera
Gamma-Hand-Sonde
Sonden für Uptake-Messungen für Test und Therapie

Die hier zum Einsatz kommende ionisierende Strahlung entsteht durch radioaktiven Zerfall. Radioaktive Stoffe bestehen dabei aus Atomen, deren Atomkerne instabil sind. Da die Atomkerne einen stabilen Zustand anstreben kommt es bei ihnen ohne eine äußere Einwirkung zu einer Umwandlung. Bei diesem Umwandlungsprozess, der auch als Kernzerfall bezeichnet wird, entsteht ionisierende Strahlung. Ein Begriff, der in diesem Zusammenhang häufig genannt wird, ist die Aktivität eines radioaktiven Stoffes. Diese beschreibt die Anzahl an Umwandlung- bzw. Zerfallsprozessen, die pro Zeiteinheit in einem Stoff stattfinden. Die Anzahl der instabilen Atomkerne und damit die Aktivität eines Stoffs nimmt exponentiell mit der Zeit ab. Die Halbwertszeit beschreibt dabei die Zeit, die vergeht, bis nur noch die Hälfte der anfangs vorhanden instabilen Atomkerne vorhanden ist. Das in der nuklearmedizinischen Diagnostik üblicherweise verwendete Technetium-99m hat eine Halbwertszeit von 6 Stunden. Das bedeutet, dass nach 6 Stunden nur noch die Hälfte der Aktivität und damit die Hälfte der Intensität der ausgesandten Strahlung vorhanden ist. Hinzu kommt, dass durch Ausscheindung ebenfalls ein Teil der radioaktiven Substanzen und damit ein Teil der Aktivität ausgeschieden wird. Insgesamt führt dies dazu, dass bereits nach einem Tag kaum noch Aktivität des Technetiums im Körper vorhanden ist. Die Strahlenbelastung ist dabei mit der bei Röntgenuntersuchungen vergleichbar.

Mehr erfahren: Klinik für Nuklearmedizin

Strahlenbelastung in Deutschland

Der Mensch ist durch natürliche Strahlenquellen jederzeit einer gewissen natürlichen Strahlenexposition ausgesetzt (gesundheitlich unbedenklich). Diese unterscheidet sich je nach Wohnort, Ernährungs- und Lebensgewohnheiten und führt für eine Person aus der Bevölkerung in Deutschland zu einer durchschnittlichen jährlichen Effektivdosis von 2,1 Millisievert (mSv).

Dabei unterscheidet man zwei Komponenten:

Innere Komponente durch Inhalation und Inkorporation
Äußere Komponente durch kosmische und terrestrische Strahlung.

Innere Strahlenbelastung

Diese Komponente bildet den Hauptteil der natürlichen Strahlenexposition. Über Atemluft und Nahrung nehmen wir ständig natürliche radioaktive Stoffe in unsere Körper auf:

Über die Atemluft inhalieren wir das radioaktive Edelgas Radon und seine Folgeprodukte. Dies führt durchschnittlich zu einer jährlichen Effektivdosis von 1,1 mSv. Radon wird über Poren, Spalten und Risse aus Böden und Gesteinen freigesetzt und gelangt auch in Gebäude, wo es sich in Innenräumen ansammelt. Regelmäßiges Lüften von Keller- und Erdgeschossräumen (vor allem in Altbauten) ist eine wirksame Maßnahme. Weitere Informationen zu Radon finden Sie beim Bundesamt für Strahlenschutz.
Auch mit der Nahrung nehmen wir natürliche radioaktive Stoffe auf, z. B. Isotope von Kalium und Kohlenstoff. Dadurch kommen jährlich im Mittel etwa 0,3 mSv hinzu.

Äußere Strahlenbelastung

Die äußere Komponente trägt etwa ein Drittel zur natürlichen Strahlenexposition bei, woraus eine Dosis von durchschnittlich 0,7 mSv im Jahr resultiert. Dazu tragen kosmische und terrestrische Strahlung etwa gleich viel bei:

Kosmische Strahlung besteht im Wesentlichen aus energiereichen Teilchen und gelangt aus dem Weltall auf die Erde. Durch die Atmosphäre wird sie zu einem großen Teil absorbiert. Allerdings hängt die Intensität der kosmischen Strahlung damit von der Höhenlage ab. Auf dem höchsten Berg in Deutschland, der Zugspitze, ist sie beispielsweise viermal höher als an der Küste. Durchschnittlich beträgt der Beitrag der kosmischen Strahlung etwa 0,3 mSv pro Jahr.
Die terrestrische Strahlung stammt von natürlichen radioaktiven Stoffen in Böden und Gesteinsschichten in jeweils regional unterschiedlichen Konzentrationen. Steine und Erden sind Rohstoffe für Baumaterialien wie Beton und deswegen trägt auch der Aufenthalt in Gebäuden zur natürlichen Strahlenexposition bei. Die durch terrestrische Strahlung verursachte Effektivdosis beträgt für den Aufenthalt in Gebäuden durchschnittlich 0,3 mSv pro Jahr, auf den Aufenthalt im Freien fallen 0,1 mSv pro Jahr.

Zivilisatorische Strahlenexposition

In der heutigen Zeit ist der Mensch neben der natürlichen Strahlenexposition auch ionisierender Strahlung aus medizinischer und technischer Anwendung ausgesetzt. Die dadurch verursacht mittlere Effektivdosis beträgt in Deutschland etwa 1,7 mSv pro Jahr. Für den individuellen Einzelfall ist dieser Wert davon abhängig, wie oft Untersuchungen oder Behandlungen mit ionisierender Strahlung durchgeführt werden müssen.

Die gesamte durchschnittliche effektive Dosis durch Strahlenexposition (natürliche und zivilisatorische Exposition addiert) beträgt in Deutschland also etwa 4 mSv pro Jahr.

Dosisvergleich

In der folgenden Tabelle sind Schätzwerte der Strahlenbelastung für verschiedene Situationen und ausgewählte radiologische Untersuchungen dargestellt.

Beschreibung	Effektive Dosis (mSv)
Natürliche Strahlenexposition in Deutschland	2,1
Flug Frankfurt – Rom	0,003 - 0,006
Flug Frankfurt – Singapur	0,028 - 0,045
Rauchen von 20 Zigaretten	0,02
Ein Tag im Forschungsmodul Columbus auf der ISS	0,8
Zehn Minuten in der Nähe des Reaktors in Tschernobyl direkt nach Explosion und Kernschmelze	50.000
Röntgenaufnahme des Brustkorbs (Thorax)	0,02
Computertomographie des Schädels	2
Computertomographie des Brustkorbs (Thorax)	5
Schilddrüsenszintigraphie (70 MBq Tc-99m-Pertechnetat)	1
Skelettszintigrafie (500 MBq Tc-99m-Phosphonat)	2,5