Patient im CT. Basisdaten für eine Endoprothesenplanung in 3D

Präoperativ planen in 3D? Vorurteile in der Endoprothetik – Teil 3: Strahlenbelastung durch das CT

Die bestehenden Vorurteile zur dreidimensionalen Planung von endoprothetischen Eingriffen lassen sich auf drei zusammenfassen. In unserer Reihe haben wir bereits zu den Themen „Komplexität und Planungsdauer“ sowie „Verfügbarkeit von Implantatschablonen“ Stellung genommen. Heute soll es um die Frage gehen, wieviel ionisierende Strahlung auf den menschlichen Körper wirkt.
3. Vorurteil: Die Strahlenbelastung für den Patienten ist bei CT-Aufnahmen zu hoch.
Die effektive Dosis, die durch die CT-Aufnahme auf den Patienten wirkt, kann mit verschiedenen Methoden und Mitteln auf ein Minimalmaß reduziert werden. Der Nutzen einer 3D-Planung überwiegt das Risiko einer Schädigung durch ionisierende Strahlung.

Wenn man sich mit 3D-Planung beschäftigt, ist die am meisten diskutierte Frage die nach der Strahlenexposition und den gesundheitlichen Nachteilen für Patienten. Die bei einer CT-Aufnahme entstehende ionisierende Strahlung wirkt auf die DNA im Zellkern und kann zu Strahlensyndrom oder Hautschädigungen führen. Der Schweregrad hierbei ist dosisabhängig: je höher die Strahlendosis, desto höher der Schaden. Spätfolgen können Krebs  oder Erbgutschädigungen sein. Für eine Risikoabschätzung ist es wichtig zu wissen, dass der Schweregrad dieser Schädigungen dosisunabhängig ist. Die Eintrittswahrscheinlichkeit hingegen hängt von der Dosis ab. Das heißt, je höher die Dosis, desto wahrscheinlicher ist es für den Patienten, Spätschäden davonzutragen.

All das klingt zunächst einmal sehr alarmierend. Um das Risiko beurteilen zu können, soll an dieser Stelle die sogenannte effektive Dosis genauer betrachtet werden. Dieser Wert berücksichtigt die unterschiedliche Wirkung ionisierender Strahlung auf den Körper, da er unterschiedliche Gewebewichtungsfaktoren enthält. Das wiederum erklärt auch, warum sich die Dosisgrenzen vom Bundesamt für Strahlenschutz [1] durch die Aufnahmeregion unterscheiden. Bei einer Röntgenaufnahme des Beckens von vorn darf die max. Dosis 4,75 mSv sein, für eine CT-Aufnahme derselben Region liegt die Grenze nur minimal höher bei 4,94 mSv.

„ALARA“ (as low as reasonable achivable) ist das Grundprinzip des Strahlenschutzes, was so viel heißt wie so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar. Das bedeutet, unter Berücksichtigung des Stands der Technik, der Umstände im Einzelfall und der erforderlichen Bildqualität soll die Strahlendosis so gering wie möglich gehalten werden. Wissenschaftliche Untersuchungen zur 3D-Hüftplanung haben ergeben, dass durchschnittlich nur 2,8 mSv [2] effektive Dosis durch das CT auf den Patienten wirken. Dieser Wert ist abhängig von den Einstellwerten am CT, dem CT-Protokoll. Im Vergleich dazu wird die Strahlendosis einer Röntgenaufnahme mit etwa 0,7-1 mSv [3] angegeben. Bedenkt man, dass für eine Beurteilung des Hüftgelenks ein Bild von vorne (a.p.) sowie von der Seite (axial, Lauenstein) gemacht wird, verdoppelt sich dieser Wert für eine 2D-Hüftplanung auf etwa 1,7 mSv.

Um eine Dosisreduktion zu erreichen, sollte beim CT-Scan Folgendes berücksichtigt werden:

  • Anwendung von standardisierten Low-Dose-CT-Protokollen
  • Einschränkung der Scanlänge: nur den Körperbereich scannen, der für die Fragestellung notwendig ist
  • Optimale Patientenzentrierung in CT-Gantry
  • Regelmäßige Anwendung von Schutzmitteln, z.B. Gonadenschutz

Um die Dosiswerte besser zu beurteilen, sind Beispiele aus dem Alltag nützlich. Die natürliche Strahlung, der jeder Mensch ausgesetzt ist, liegt in Deutschland durchschnittlich bei 2,1 mSv [4]. Abhängig von Wohnort, Ernährungs- und Lebensgewohnheiten schwankt sie sehr stark von 1-10 mSv. Neben der Strahlung natürlicher radioaktiver Stoffe gibt es noch die Höhenstrahlung, der wir beim Fliegen ausgesetzt sind. Für kurze Urlaubsflüge ist die Belastung sehr gering. Bei einem Flug von Frankfurt nach Mallorca ist der Fluggast einer effektiven Dosis von 0,010-0,018 mSv ausgesetzt. Anders sieht es bei Langstreckenflügen und vor allem für Piloten aus, die aufgrund dessen durch das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) und das Luftfahrt-Bundesamt (LBA) überwacht werden. Die Dosis von Vielfliegern ist vergleichbar mit anderen Berufsgruppen, die ionisierende Strahlung einsetzen oder mit radioaktiven Quellen umgehen. Diese müssen Personendosimeter tragen und unterstehen der Überwachung.

Unter Berücksichtigung von Vergleichswerten, wie etwa der natürlichen Bodenstrahlung, relativiert sich die Dosis, die heutzutage durch eine CT-Aufnahme auf den Körper wirkt. Auch im Vergleich zum klassischen Röntgenbild ist die Dosis nur minimal höher.

Betrachtet man die Altersverteilung [5], fällt auf, dass 96% der Patienten, denen ein künstliches Hüftgelenk implantiert wurde, über 50 Jahre sind. 61% sind sogar schon über 70. Bei diesen Personengruppen ist das Risiko von möglichen Langzeitschäden aufgrund ionisierender Strahlung vernachlässigbar, da die Latenzzeiten bei Krebs und Leukämien ab Beginn der Exposition etwa 20-40 Jahre betragen, bis sich ein Tumor entwickelt und eine Krebserkrankung „ausbricht“. Eine Untersuchung der Deutschen gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) [6] fand heraus, dass die Latenzzeit von beruflich bedingten Krebserkrankungen durch ionisierende Strahlung im Schnitt bei 44 Jahren liegt. Die Lebenserwartung für aktuell 65 jährige [7] liegt in Deutschland bei 82 Jahren für Männer bzw. 86 Jahren für Frauen.

Mit den vorangegangenen Betrachtungen kann keinesfalls das Strahlenrisiko wegdiskutiert werden. Ein Risiko besteht mit jeder CT-Aufnahme. Die Vergleiche sollen lediglich dazu beitragen, das Risiko besser einschätzen zu können – vor allem in Bezug auf den Mehrwert einer CT-Aufnahme gegenüber dem klassischen Röntgenbild.

Fazit:
Der größte Vorteil einer dreidimensionalen präoperativen Planung ist die maßstabsgenaue Bildgebung und die detaillierten anatomischen Strukturen. Dadurch können Nachteile von Röntgenbildern, wie etwa Fehlprojektionen oder falsche Vergrößerungsfaktoren, gar nicht erst entstehen. Der Nutzen bei der Verwendung von CT‑Daten überwiegt das Risiko der Strahlenbelastung. Mit Hilfe der 3D‑Planung kann der Chirurg den Patienten wesentlich genauer beurteilen und in nur 5 Minuten seine OP präzise vorbereiten. Implantate können patientenspezifisch bestellt und Lagerkosten eingespart werden. Intraoperativ gibt es kaum Überraschungen und wertvolle OP‑Zeit wird gespart.

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Quellen:

[1] A. A. Schegerer, Bekanntmachung der aktualisierten diagnostischen Referenzwerte für diagnostische und interventionelle Röntgenanwendungen, Bundesamt für Strahlenschutz, 2016

[2] A. Huppertz, A. Lembcke, el-H. Sariali, T. Durmus, C. Schwenke, B. Hamm, M. Sparmann, A. D. Baur, Low Dose Computed Tomography for 3D Planning of Total Hip Arthroplasty: Evaluation of Radiation Exposure and Image Quality, Journal of Computer Assisted Tomography, 2015

[3] A. Huppertz, S. Radmer, M. Wagner, T Roessler, B. Hamm, M. Sparmann, Computed tomography for preoperative planning in total hip arthroplasty: what radiologists need to know, Journal of the International Skeletal Society A Journal of Radiology, Pathology and Orthopedics, 2014

[4] BfS, Wie hoch ist die natürliche Strahlenbelastung in Deutschland? Bundesamt für Strahlenschutz, 2018

[5] H. Bobzin, A. Neumann, R. Tremmel, A. Vogel, Qualitätsreport 2016, Institut für Qualitätssicherung und Transparenz im Gesundheitswesen, 2017

[6] M. Butz, Dokumentation des Berufskrankheiten-Geschehens in Deutschland. Beruflich verursachte Krebserkrankungen. Eine Darstellung der im Zeitraum 1978 bis 2010 anerkannten Berufskrankheiten. Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV), 2012

[7] Pressemitteilung DESTATIS, Lebenserwartung für Jungen und Mädchen steigt weiter an. Statistisches Bundesamt, 2018

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