C. Behr-Meenen1
H. von Boetticher2
M. Liebmann3
C. Langer4
A. Nienhaus5
(eingegangen am 15.08.2019, angenommen am 02.10.2019)
Cataract as a result of ionizing radiation – a work-related health risk for cardiologists?
Objective: In interventional cardiology, heart surgery is performed using X-rays. During the interventions, there is at least one physician and possibly an assistant in the examination room and thus in the immediate vicinity of the radiation source. Since the human eye lens is very sensitive to ionizing radiation, there is ongoing debate as to whether a cataract, also called “gray star”, can arise. For occupational health and safety experts, the question arises as to whether the limit value for the eye lens, lowered by the new Radiation Protection Act to 20 mSv/year, is reached (Bundesregierung 2017).
Methods: Over a period of three weeks, the personal dose was measured for a total of eleven cardiologists by using electronic personal dosimeters in two different cardiac catheterization labs, and then the annual organ dose for the eye lens was calculated. As there are currently no officially approved Hp(3) dosimeters, the surface human dose Hp(0.07), as recommended by the International Commission on Radiological Protection, was used for the organ equivalent dose of the eye lens (ICRP 103, 2007). The measurements were carried out at the Herzzentrum Bremen, one of the largest cardiology centres in Germany.
Results: Based on this data, the annual organ equivalent dose of the eye lens can be reduced to 0.85 mSv by using a ceiling-mounted lead acrylic screen. Without the use of a ceiling-mounted lead acrylic screen, an intervention dose of 450 examinations can determine an annual organ equivalent dose of up to 6.55 mSv. Based on 1000 interventions per cardiologist and year (50 % diagnoses and 50% interventions), the annual lens dose is 16.21 mSv, which is 81% of the new limit.
Conclusions: Consistent use of permanent protective devices, personal protective equipment and best working techniques could reduce the organ equivalent dose to 0.85 mSv/a under the study conditions.
Keywords: cataract – ionizing radiation – interventional cardiology – organ equivalent dose
Katarakt durch ionisierende Strahlung – Arbeitsbedingte Gesundheitsgefahren für Kardiologen?
Zielsetzung: In der interventionellen Kardiologie werden, unter dem Einsatz von Röntgenstrahlen, Eingriffe am Herzen durchgeführt. Bei den Eingriffen befinden sich mindestens ein Arzt und eventuell ein Assistent im Untersuchungsraum und somit in unmittelbarer Nähe der Strahlungsquelle. Da die menschliche Augenlinse sehr empfindlich gegenüber ionisierender Strahlung ist, wird immer wieder darüber diskutiert, ob eine so genannte Katarakt, auch „Grauer Star“ genannt, entstehen kann. Für Arbeitsschützer stellt sich die Frage, ob der im neuen Strahlenschutzgesetz abgesenkte Grenzwert für die Augenlinse von 20 mSv/Jahr erreicht wird (Bundesregierung 2017).
Methoden: Über einen Zeitraum von drei Wochen wurde die Personendosis von insgesamt elf Kardiologen mithilfe von elektronischen Personendosimetern in zwei Herzkatheterlaboren gemessen und anschließend die jährliche Organdosis für die Augenlinse rechnerisch ermittelt. Da zum jetzigen Zeitpunkt keine amtlich zugelassenen Hp(3)-Dosimeter existieren, wurde der Wert für die Oberflächenpersonendosis Hp(0,07), wie von der Internationalen Strahlenschutzkommission empfohlen, für die Organäquivalentdosis der Augenlinse verwendet (ICRP 103, 2007). Die Messungen wurden am Herzzentrum Bremen, eines der größten kardiologischen Zentren in Deutschland, durchgeführt.
Ergebnisse: Bei Verwendung eines deckenmontierten Bleiacrylschirms kann auf Basis dieser Daten die jährliche Organäquivalentdosis der Augenlinse auf 0,85 mSv reduziert werden. Ohne den Einsatz eines deckenmontierten Bleiacrylschirms kann bei einer Eingriffszahl von 450 Untersuchungen eine jährliche Organäquivalentdosis von bis zu 6,55 mSv bestimmt werden. Ausgehend von 1000 Interventionen je Kardiologe und Jahr (50% Diagnosen und 50% Interventionen) liegt die jährliche Organäquivalentdosis der Augenlinse bei 16,21 mSv, das sind 81% des neuen Grenzwerts.
Schlussfolgerungen: Bei konsequenter Verwendung der Dauerschutzeinrichtungen, beim Tragen der persönlichen Schutzausrüstung und bei optimalen Arbeitstechniken könnte die Organäquivalentdosis, unter den Bedingungen der Studie, auf 0,85 mSv/Jahr reduziert werden.
Schlüsselwörter: Katarakt – ionisierende Strahlung – interventionelle Kardiologie – Organäquivalenzdosis
Einleitung
In der interventionellen Kardiologie werden Eingriffe am Herzen über einen arteriellen oder venösen Gefäßzugang mittels einer minimal-invasiven Kathetertechnik durchgeführt. Unter anderem erfolgt die Diagnose der koronaren Herzerkrankung sowie die Durchführung von Therapiemaßnahmen, wie zum Beispiel die Erweiterung von verengten Gefäßen und das Einsetzen von so genannten Gefäßstützen, unter dem Einsatz von Röntgenstrahlen. Bei den Eingriffen befinden sich mindestens ein Arzt und eventuell ein Assistent im Untersuchungsraum und somit in unmittelbarer Nähe der Strahlungsquelle. Ionisierende Strahlung wirkt selbst in kleinen Dosen gesundheitsschädlich. Bei höheren Dosen kann es zur akuten Schädigung von Gewebe kommen. Dabei besteht die Möglichkeit, dass ein spezieller Strahlenschaden, eine Katarakt, entsteht (ICRP 120, 2013). Durch Veränderungen der normalerweise klaren Linsenproteine entstehen Trübungen in der Augenlinse. Das wahrgenommene Bild wird durch diese Trübung unscharf. Die für Licht nicht mehr vollständig durchlässigen Proteine rufen eine starke Streuung hervor, so dass die Farben an Klarheit verlieren und ein Blendungsgefühl entsteht. In einer Review-Studie wurde eine erhöhte Inzidenz von Katarakten bei Mitarbeitern aus Herzkatheterlaboren festgestellt. Diese und ähnliche Studien werfen die Frage auf, ob bereits geringe Dosen, unter Umständen auch unbemerkte Dosen, zu einer berufsbedingten Katarakt führen können (Kesavachandran et al. 2013). In der Vergangenheit wurde die Empfindlichkeit der Augenlinse deutlich unterschätzt. Lange ging man davon aus, dass es sich bei der Trübung der Augenlinse um einen deterministischen Effekt mit einer kumulativen Schwellendosis oberhalb von 2 Gy handelt. Aus diesem Grund lag der Grenzwert bei 150 mSv/Jahr. Die Diskussion, ob es sich bei der Katarakt um einen stochastischen Effekt handelt, da bereits Trübungen der Linse bei deutlich geringeren Dosen beobachtet wurden, sind zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht abgeschlossen (Chodick et al. 2008). Unter diesen Gesichtspunkten wurde der Grenzwert für die Augenlinse im neuen Strahlenschutzgesetz (Bundesregierung 2017), das am 31. Dezember 2018 in Kraft getreten ist, auf 20 mSv/Jahr abgesenkt.
Die Beschäftigten im Herzkatheterlabor tragen zum Schutz vor der Röntgenstrahlung unter anderem Bleischürzen. Zur Erfassung der Personendosimetrie werden amtliche Filmdosimeter unter der Bleischürze getragen. Diese Schürzen schirmen die auftretende Streustrahlung ab, so dass in der Regel keine oder nur sehr geringe Werte auf dem amtlichen Dosimeter erfasst werden. Da die Bleischürze nur den Rumpf abschirmt, sind Arme, Hände, Beine, Füße und vor allem der Kopf und die Augen ungeschützt. Diese Teilkörperdosen werden somit systematisch nicht erfasst (ICRP 120, 2013; von Boetticher et al. 2006). Weltweit einheitliche Verfahren unter Einbeziehung von Teilkörperdosimetern sollten somit das Ziel für den Strahlenschutz in der interventionellen Radiologie sein. Darüber hinaus zeigen Studien, dass bereits geringe Mängel in der Schutzausrüstung oder in der Nutzung der Dauerschutzeinrichtungen zu erheblichen Dosiserhöhungen führen können (von Boetticher et al. 2003). Aus den durch die Literatur gewonnenen Erkenntnissen wird deutlich, dass es für den Bereich der interventionellen Kardiologie nur wenige Messwerte zur Abschätzung der Organäquivalentdosis der Augenlinse gibt.
Fragestellung
Im Rahmen dieser Arbeit soll abgeschätzt werden, welche jährlichen Organäquivalentdosen für die Augenlinse, unter realen Bedingungen, erreicht werden können. Weiter sollte die Frage beantwortet werden, ob der neue Grenzwert von 20 mSv/Jahr erreicht wird.
Methode
Zur Beantwortung der Fragestellungen wurde mithilfe von elektronischen Personendosimetern die Personendosis von beruflich strahlenexponierten Personen im Herzkatheterlabor gemessen und anschließend die jährliche Organdosis für die Augenlinse rechnerisch ermittelt. Da zum jetzigen Zeitpunkt keine amtlich zugelassenen Hp(3)-Dosimeter existieren, wurde der Wert für die Oberflächenpersonendosis Hp(0,07), wie von der Internationalen Strahlenschutzkommission empfohlen, für die Organäquivalentdosis der Augenlinse verwendet (ICRP 103, 2007). Für diese Arbeit wurde das Dosimeter am oberen Rand der Bleiweste getragen. In der Literatur findet sich auch der Ansatz, dass die Organäquivalentdosis der Augenlinse in etwa der Halsdosis entspricht (ICRP 103, 2007), da die Messung der Oberflächenpersonendosis Hp(0,07) direkt im Bereich des Auges meist schwierig ist. Die Messungen wurden am Herzzentrum Bremen, eines der größten kardiologischen Zentren in Deutschland, durchgeführt. Das Herzzentrum Bremen entwickelte sich aus der Kooperation der Kardiologischen Klinik im Klinikum Links der Weser und der Praxis für Kardiologie, der Klinik für Herzchirurgie, der Praxis für Elektrophysiologie, der Kinderkardiologie und dem Reha-Zentrum. Insgesamt beteiligten sich an den Messungen von den 22 tätigen Kardiologen elf. Alle Teilnehmer verfügen über eine Qualifikation als Facharzt und über mehrjährige Berufserfahrung. Für die Messungen wurden elektronische Strahlenmessgeräte der Firma Thermo Fisher Scientific vom Typ EPD Mk2+ verwendet. Mit den Messgeräten können Gamma- und Röntgenstrahlung (Photonenstrahlung) gemessen und nachgewiesen werden. Die Geräte verarbeiten die gemessenen Strahlungswerte zur Tiefenpersonendosis Hp(10), zur Oberflächenpersonendosis Hp(0,07) und zu den entsprechenden Dosisleistungen. Bei den Angiographieanlagen handelt es sich um monoplane Geräte der Firma Philips. In den Herzkatheterlaboren wurde das Gerät Azurion 7 M 12 verwendet. In beiden Untersuchungsräumen existieren die gleichen Dauerschutzeinrichtungen. Hierzu zählen der beidseitige Untertischvorhang, die Obertischblende und der deckenmontierte Bleiacrylschirm. Über einen Zeitraum von drei Wochen wurde die Dosis von insgesamt elf Kardiologen in zwei Herzkatheterlaboren gemessen. Während der Eingriffe befand sich der Untersucher seitlich zum Röntgentisch (gemessene Entfernung von der Patientenmitte etwa 70 cm). Zur Abschätzung der Strahlenexposition der Linse wurde somit die in der Personendosimetrie übliche Messgröße Hp(0,07) erfasst. Die Testpersonen trugen sowohl bei diagnostischen Untersuchungen von koronaren Herzerkrankungen als auch bei durchgeführten Interventionen am Herzen ein Dosimeter. Bei insgesamt 72 Eingriffen wurden die Dosiswerte gemessen. Davon waren vierzehn interventionelle Eingriffe (PTCA) sowie 58 Koronarangiographien. Das Dosimeter befand sich am oberen Rand der Bleiweste und daher direkt am Schilddrüsenschutz. Die Messwerte wurden getrennt nach reinen Untersuchungen und Interventionen am Herzen dokumentiert. Die Anzahl der Messungen streuten zwischen einem und vierzehn Eingriffen pro Kardiologen.
Table 1: Annual organ equivalent dose of the eye lens (without protection glasses)
Ergebnisse
Es ergeben sich Mittelwerte für die Organäquivalentdosis der Augenlinse in Höhe von 1,03–3,18 µSv (➥ Tabelle 1). Ausgehend von einem Schwächungsfaktor zwischen 5,7 (van Rooijen et al. 2014) und 7,7 (Schultz et al. 2012) wird die ursprüngliche Dosis unter Verwendung des fest installierten Bleiacrylschirms um 82–87% reduziert.
Hp(3) = Personendosis in 3 mm Gewebetiefe (Sv)
Hp(0,07) = Personendosis in 0,07 mm Gewebetiefe (Sv)
Auf Basis der Angaben von Schultz et al. (2011) errechnet sich ohne die Verwendung des schwenkbaren Bleiacrylschirms eine ursprüngliche mittlere Organäquivalentdosis für die Augenlinse in Höhe von 7,93–24,49 µSv (vgl. Tabelle 1). In dieser Studie führte jeder Kardiologe zwischen 5 und 716 Eingriffe – im Durchschnitt 450 Eingriffe – im Jahr durch. Hiervon waren ca. 60% reine Diagnosen und ca. 40% Interventionen. Bei Verwendung eines deckenmontierten Bleiacrylschirms kann auf Basis dieser Daten die jährliche Organäquivalentdosis der Augenlinse auf 0,85 mSv reduziert werden. Ohne den Einsatz des Bleiacrylschirms kann bei gleichen Eingriffszahlen eine jährliche Organäquivalentdosis von bis zu 6,55 mSv bestimmt werden. Ausgehend von 1000 Interventionen je Kardiologe und Jahr (50% Diagnosen und 50% Interventionen) liegt die jährliche Organäquivalentdosis der Augenlinse bei 16,21 mSv (vgl. Tabelle 1). Diese Ergebnisse verdeutlichen, wie wichtig der Einsatz des deckenmontierten Bleiacrylschirms ist.
Diskussion
Bei der Erfassung der für das Auge relevanten Personendosimetriewerte Hp(0,07) existierten keine homogenen Bedingungen, das bedeutet, dass sich allein durch die Körpergröße der einzelnen Untersucher und die verschiedenen Körperhaltungen Unterschiede in den Messergebnissen ergeben können. Die Ärzte trugen während der diagnostischen Untersuchungen beziehungsweise während der Interventionen zum Schutz vor der ionisierenden Strahlung Bleiglasbrillen oder Visiere. Die verwendeten Strahlenschutzbrillen bzw. Visiere unterschieden sich sowohl in ihrer Form als auch in ihrem Bleigleichwert (von 0,10–0,75 mm). In der Literatur findet man Hinweise, dass mit Bleiglasbrillen im besten Fall eine Dosisreduktion um den Faktor 8 bis 10 erreicht wird (Miller et al. 2010). Wenn es allerdings, wie es im Bereich der interventionellen Kardiologie der Fall ist, vermehrt zu einer seitlichen Exposition kommt, kann sich dieser Schwächungsfaktor auf 2 bis 3 reduzieren (Miller et al. 2010). In Abhängigkeit von der Eingriffszahl, den verwendeten Dauerschutzeinrichtungen, der Arbeitstechnik (Langer et al. 2018) und der verwendeten persönlichen Schutzausrüstung wurde für die jährliche Organäquivalentdosis der Augenlinse ein Maximalwert von 16,21 mSv errechnet (vgl. Tabelle 1).
Mit diesem Wert sind somit 81% des neuen gesetzlichen Grenzwerts von 20 mSv erreicht. Bei einem unerfahrenen Untersucher, kombiniert mit ungünstigen Untersuchungsbedingungen, ohne deckenmontierten Bleiacrylschirm und ohne das Tragen eines geeigneten Augenschutzes, kann es zu einer deutlichen Überschreitung des jährlichen Grenzwerts kommen. Beispielsweise wird durch den Einsatz einer deckenmontierten, schwenkbaren Acrylscheibe mit einem Bleigleichwert von 0,5 mm die ursprüngliche Dosis um einen Schwächungsfaktor bis zu 7,7 (Schultz et al. 2012) reduziert. Für die Messwerte aus dieser Arbeit bedeutet dies, dass die durchschnittliche Organäquivalentdosis für die Augenlinse pro Jahr von 6,55 mSv auf 0,85 mSv reduziert werden kann (vgl. Tabelle 1). Im Rahmen dieser Arbeit wurde auch der Sitz der verschiedenen Bleiglasbrillen und der verwendeten Visiere beobachtet. Ein großer Teil der Schutzbrillen schloss nicht bündig mit den Wangenknochen ab, so dass sich zur Seite und nach unten nichtgeschützte Bereiche ergaben. Da in der Regel die Röntgenstrahlung nicht frontal von vorne, sondern von der Seite und von unten auf die Bleiglasscheibe trifft, wird, wie bereits in anderen Studien vermutet, der ursprüngliche Schwächungsfaktor des Augenschutzes deutlich reduziert (Strebl et al. 2016). Um die strahlungsempfindliche Augenlinse zu schützen, ist eine konsequente Verwendung der Dauerschutzeinrichtungen, wie beispielsweise die Obertischblende und der deckenmontierte Bleiacrylschirm, erforderlich.
Zusammenfassung
Interessenkonflikt: Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte vorliegen.
Literatur
Boetticher H von, Lachmund J, Hoffmann W, Luska G: Optimierung des Strahlenschutzes für das Personal in der Radiologie auf Grundlage der effektiven Dosis. RÖFO 2006; 178: 287–291.
Boetticher H von, Meenen C, Lachmund J, Hoffmann W, Engel, HJ: Strahlenexposition des Personals im Herzkatheterlabor. Z Med Phys 2003; 13: 251–256.
Bundesregierung: Strahlenschutzgesetz – StrlSchG. Köln: Bundesanzeiger Verlag GmbH, 2017.
Chodick G et al.: Risk of cataract after exposure to low doses of ionizing radiation:
A 20-year prospective cohort study among US radiologic technologists. Am J Epidemiol 2008; 168: 620–631.
ICRP 120: Radiological protection in cardiology. Oxford: Elsevier, 2013.
ICRP 103: The 2007 recommendations of the International Commission on Radiological Protection. Oxford: Elsevier, 2007.
Kesavachandran CN, Haamann F, Nienhaus A: Radiation exposure and adverse health effects of interventional cardiology staff. Rev En-vironment Contamin Toxicol 2013; 222: 73–91.
Lange HW, von Boetticher H: Reduction of operator radiation dose by a pelvic lead shield during cardiac catheterization by radial access. J Am Coll Cardiol 2012; 4: 445–449.
Langer C et al.: Efficacy of a one-catheter concept for transradial coronary angiography. Plos One 2018; 13: 1–9.
Martin CJ: Personal dosimetry for interventional operators: when and how should monitoring be done? Br J Radiol 2011; 84: 639–648.
Miller DL et al.: Occupational radiation protection in interventional radiology: a joint guideline of the Cardiovascular and Interventional Radiology Society of Europe and the Society of Interventional Radiology. Cardiovasc Intervent Radiol 2010; 33: 230–239.
Schultz B et al.: Radiation exposure to operating staff during rotational flatpanel angiography and C-arm cone beam computed tomography (CT) applications. Eur
J Radiol 2012; 81: 4138–4142.
Strebl F et al.: Bestimmung der Augenlinsendosis und der Risikogruppen beruflich strahlenexponierter Personen. Wien: AUVA – Allgemeine Unfallversicherungsanstalt, 2016.
Van Rooijen BD et al.: Efficacy of radiation safety glasses in interventional radiology. Cardiovasc Intervent Radiol 2014; 37: 1149–1155.
Für die Autoren
Christiane Behr-Meenen, M.Sc.
Unfallkasse Freie Hansestadt Bremen
Konsul-Smidt-Str. 76 a
28217 Bremen
Christiane.Behr-Meenen@ukbremen.de
Bleigleichwert
Der Bleigleichwert beschreibt die Abschirmwirkung eines Materials in Abhängigkeit von der Energie. Er gibt die Dicke (in mm) einer Bleischicht an, die die gleiche Abschirmwirkung hat wie das verwendete Material. Er ist abhängig von der Art und Energie der Strahlung.
