Ist die Strahlenbelastung bei einer CT gefährlich?
Die Computertomographie arbeitet als bildgebendes Verfahren in der Radiologie mit Röntgenstrahlung. Viele Patienten fragen sich, wie hoch die Strahlenbelastung ist und ob sie gesundheitsschädlich sein könnte. Moderne Geräte nutzen verschiedene Methoden, um die Strahlung so gering wie möglich zu halten – ohne dabei den diagnostischen Nutzen zu riskieren (das sogenannte “ALARA-Prinzip”).
In welchem Rahmen wird Strahlung bei einem CT-Scan abgegeben? Ein hilfreicher Vergleich für die Strahlenbelastung, der Patienten während einer Untersuchung ausgesetzt sind, ist die natürliche Strahlung, der wir täglich begegnen.
Computertomographie und Strahlenbelastung
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Computertomographie nutzt Röntgenstrahlung
- Strahlung wird nach dem Durchgang durch den Körper gemessen
- Bilder entstehen mit Hilfe von leistungsfähigen Computern
Die Computertomographie ist eines der wichtigen bildgebenden Verfahren in der Radiologie und hilft der Medizin nicht nur bei der Suche nach Tumoren oder der Bewertung von Knochenbrüchen. Mithilfe der CT geht die auch dem Verdacht nach Schlaganfällen nach. Technisch basiert das Verfahren auf Röntgenstrahlung (ionisierende Strahlung), die von einer Röntgenröhre erzeugt und von Detektoren aufgefangen wird.
Für die Funktionsweise der Computertomographie entscheidend sind leistungsfähige Computer, mit denen die Messsignale (Voxel) in Bilder übersetzt werden. Anders als beim Röntgen spielen Verdeckungseffekte bei der Computertomographie keine so große Rolle, da bei diesem Verfahren Aufnahmen aus mehreren Ebenen angefertigt werden. Dazu sitzen die Röntgenröhre und die Detektoren auf einem beweglichen Rahmen (Gantry), der sich um den Untersuchungstisch dreht.
Die zur Durchführung der Computertomographie nötige Strahlung entsteht in der Röntgenröhre. Elektronen aus der Kathode werden in Richtung einer Anode aus Metall beschleunigt. Durch das Abbremsen beim Auftreffen auf die Anode entsteht die Röntgenstrahlung. Es handelt sich dabei um elektromagnetische Wellen mit Energien von mehr als 100 Elektronenvolt (eV). Als ionisierende Strahlung hat die Röntgenstrahlung zwei Seiten: Dank der Durchdringungsfähigkeit verschiedener Gewebearten ist die Strahlung diagnostisch relevant.
Auf der anderen Seite hat Röntgenstrahlung Einfluss auf die empfindliche DNA (das Erbgut in den Zellkernen). Diese biologische Wirkung hat einen nachteiligen Effekt, da hierdurch das Krebsrisiko beeinflusst wird. Wie groß der Effekt durch die Strahlenbelastung ist, hängt von der erreichten Strahlendosis ab [1].
Vergleich der CT-Strahlung zur natürlichen Strahlung in Deutschland
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- jeder Mensch ist natürlicher Strahlung ausgesetzt
- Strahlungsintensität ist regional stark unterschiedlich
- natürliche Strahlung macht bis zu 10 Millisievert (mSv) im Jahr aus
Die Tatsache, dass bei einer Untersuchung im Computertomographen Patienten ionisierender Strahlung ausgesetzt werden, verunsichert immer wieder. Aus Patientensicht stellt sich die Frage, ob die Strahlendosis bei der Computertomographie höher ist als die natürliche Strahlung und ab welchem Punkt sich aus dem CT-Scan ein gesundheitliches Risiko ergibt.
Die Menge, mit der Menschen im Alltag in Berührung kommen, schwankt zwischen 1 und 10 mSv im Jahr. Das Bundesamt für Strahlenschutz gibt die durchschnittliche Exposition in Deutschland mit 2,1 mSv an. Für die große Schwankung sind Unterschiede wie der Wohnort, die Ernährung und der Beruf verantwortlich, da der Einfluss dieser verschiedenen Strahlungsquellen unterschiedlich ausfällt:
- Strahlung aus dem Boden, Baustoffen und Altbergbau: Radioaktive Substanzen kommen als Strahlungsquellen natürlich in Gesteinsschichten und damit auch deren Verwitterungsprodukten – den Böden – vor. Auf diesem Weg gelangen sie in Baustoffe (Zuschlagstoffe für Beton oder Schotter usw.). Parallel hat der Altbergbau regional durch die Aufschüttung von Halden Strahlungsquellen an die Oberfläche gebracht.
- Strahlung in Lebensmitteln: Über strahlende Verbindungen aus dem Boden und den Reaktorunfall von Tschernobyl sowie oberirdische Kernwaffentests ist die Konzentration der Radionuklide auch in Nahrungsmitteln gestiegen. Bemerkbar machen sich in diesem Zusammenhang Kalium 40, Cäsium 137 und Zerfallsprodukte der Uran-Radium sowie der Thorium-Reihe.
- Kosmische Strahlung: Strahlung der Sonne und anderer Himmelskörper wird von der Atmosphäre zwar weitgehend absorbiert. Allerdings setzen sich Menschen bei Flügen dieser Strahlung in höherem Umfang aus. Besonders betroffen sind in diesem Zusammenhang Piloten und Flugbegleiter, die im Vergleich zu Passagieren wesentlich häufiger mit der kosmischen Strahlung in Kontakt kommen. Laut Untersuchungen erreicht die akkumulierte Strahlendosis für fliegendes Personal bis zu 6 mSv pro Jahr.
- Radon und dessen Zerfallsprodukte: Radon ist ein natürlich vorkommendes Edelgas, das radioaktive Isotope bildet und bei der Zerfallskette (Zerfallsprodukt des Radiumisotops Ra-226) von Uran-238 in der Erdkruste entsteht. Das Edelgas selbst ist farb-, geruchs- und geschmackslos und hat eine Halbwertszeit von circa 3,8 Tagen. Es bildet radioaktive Zerfallsprodukte wie Polonium-218, Blei-214, Wismut-214 oder Polonium-214. Im Hinblick auf die natürliche Strahlenbelastung sind die Zerfallsprodukte besonders bedeutsam, da sie an Aerosole binden und damit über die Atmung aufgenommen werden. Besonders in Regionen mit uranhaltigen Lagerstätten ist Radon im Hinblick auf den Strahlenschutz eine durchaus herausfordernde Strahlenquelle.
Die im Vergleich zur natürlichen Strahlung bei einem CT-Scan aufgenommene Dosis variiert mit der Untersuchung, da sich beispielsweise die Dosis zwischen einer Schädel-CT und einer Kardio-CT unterscheidet. Die Strahlendosis für die Computertomographie liegt je nach Fragestellung zwischen weniger als 1 mSv und mehr als 15 mSv.
Vergleich der Strahlenbelastung durch CT zu normaler Röntgenuntersuchung
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- CT und Röntgen nutzen ionisierende Strahlung
- Röntgen mit niedriger Strahlenbelastung
- CT-Bilder bestehen aus mehreren Einzelaufnahmen
Röntgen und CT setzen jeweils auf ionisierende Strahlung, die mithilfe einer Röntgenröhre erzeugt wird. Bei der Strahlendosis gibt es jedoch deutliche Unterschiede zwischen beiden Untersuchungsmethoden. Die Strahlenbelastung ist beim Röntgen geringer.
Ein Beispiel sind die Aufnahmen des Thorax: Beim CT-Scan wird eine effektive Dosis von rund 5 mSv erreicht. Beim Röntgen liegt die Dosis bei 0,1 mSv. Dieser Unterschied erklärt sich unter anderem durch die Tatsache, dass bei einer CT-Untersuchung nicht nur zwei Aufnahmen wie beim Röntgen in zwei Ebenen aufgenommen werden. Außerdem hängen die Auflösung und das Rauschen der Aufnahmen direkt mit der eingesetzten Strahlendosis zusammen.
Strahlenbelastung bei verschiedenen CT-Untersuchungen
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Strahlenbelastung verändert sich mit dem angewandten CT-Verfahren
- niedrige Dosis von weniger als 1 mSv möglich
- hohe Dosis bei kombinierten Untersuchungen wie PET-CT
Mit der Computertomographie lassen sich verschiedene Fragestellungen klären. Welche Untersuchung zum Einsatz kommt, entscheidet auch über die Höhe der Strahlendosis, der Patienten im CT ausgesetzt sind. Mit welcher Strahlenbelastung ist bei der jeweiligen CT-Untersuchung zu rechnen?
Schädel-CT (craniale Computertomographie)
Das Schädel-CT bietet die Möglichkeit einer schnellen und präzisen Diagnostik. Gerade in medizinischen Notfällen stellt die Computertomographie ihren Nutzen immer wieder unter Beweis. In der Radiologie kommt das CT bei folgenden Indikationen zum Einsatz:
- Schädel-Hirn-Trauma
- Verdacht auf Schädelfrakturen
- Schlaganfall
- Tumore
- Kopfschmerzen unklarer Genese und neurologische Symptome
- Gefäßerkrankungen
- entzündlichen Prozesse
Für einige Untersuchungen im Zusammenhang mit der cranialen Computertomographie werden Kontrastmittel eingesetzt. Für diesen Fall sind während der Untersuchungen mögliche Nebenwirkungen durch die Kontrastmittel zu berücksichtigen. Während der Kopf-CT wirkt auf den Patienten eine durchschnittliche effektive Dosis von 1,6 mSv. Damit liegt die Strahlendosis im Vergleich unter dem Durchschnitt der natürlichen Strahlung.
Brustkorb-CT (Thorax-Computertomographie)
Mit der Computertomographie des Brustkorbs wird beim Verdacht auf verschiedene Lungenerkrankungen gearbeitet. Unter anderem kommt die CT-Untersuchung bei der Vermutung auf Bronchialkarzinome oder Lungenmetastasen, Lungenembolien, Pneumonien und Frakturen zum Einsatz. Ein Thorax-Scan wird in der Radiologie auch benutzt, um das Herz genauer zu durchleuchten. Unter anderem lassen sich mit der Untersuchung die Blutgefäße im Brustraum darstellen.
Hinsichtlich der Strahlendosis liegt die Untersuchung im Mittelfeld. Ein Thorax-CT erreicht im Durchschnitt 5,1 mSv. Parallel gibt es in der Radiologie die Möglichkeit, einen Low-Dose-Scan durchzuführen. Hier liegt die durchschnittlich erreichte Strahlenbelastung bei 1,7 mSv – also deutlich niedriger als bei dem herkömmlichen Verfahren.
Abdomen-CT
Um im Bauchraum nach Tumoren wie dem Magen-, Leberzell-, oder Pankreaskarzinom zu suchen, wird die Abdomen-CT eingesetzt. Parallel greift die Radiologie zu der Methode, um Metastasen (etwa in der Leber) zu identifizieren. Außerdem sind über die Computertomographie des Bauchraums Entzündungen, zum Beispiel Leberzirrhose, oder Veränderungen der Blutgefäße wie ein Aneurysma feststellbar.
In Bezug auf die Strahlenbelastung liegt die abdominale Computertomographie bei 7,9 mSv. Damit wird eine höhere Strahlendosis im Vergleich zur natürlichen Strahlung erreicht.
Kardio-CT
Mithilfe der kardialen Computertomographie (Kardio-CT) beurteilt die Radiologie die Herzkranzgefäße und kann gezielt nach Engstellen suchen. Deren Zustand lässt sich bereits ohne den Einsatz von Kontrastmittel über den Kalziumscore bewerten. Die Strahlendosis für die Untersuchung liegt durchschnittlich zwischen 1 und 3 mSv.
CT-Angiographie
Bei der Angiographie handelt es sich um eine Untersuchung der Blutgefäße, die vor dem Hintergrund unterschiedlicher Fragestellungen durchgeführt wird. Besonders wichtig ist die Gefäßuntersuchung (CTA) bei der Bewertung der koronaren Gefäßgesundheit. Durchgeführt werden die Untersuchungen als Mehrschicht-Scans.
Die durchschnittliche Strahlendosis variiert je nach Methode und liegt zwischen 5 und 10 mSv. Im Rahmen moderner Gerätestandards und Untersuchungsprotokolle lässt sich die Strahlendosis weiter senken – etwa für eine CTA der Blutgefäße im Schädelbereich. Im Rahmen der Multidetector Computed Tomographic Angiography konnte die effektive Strahlendosis bereits auf unter 2 mSv reduziert werden [2].
Ganzkörper-CT / Polytrauma-CT
Ein Einsatzbereich der Computertomographie ist die Diagnostik von Traumapatienten in der Notfallmedizin. Mithilfe von Ganzkörperscans verschaffen sich Notfallchirurgen einen Überblick zu inneren Verletzungen. Die Strahlendosis liegt im Fall einer Polytrauma-Computertomographie im Durchschnitt zwischen 15 und 20 mSv und hängt unter anderem davon ab, welche Körperregionen – also Abdomen, Thorax und Schädel – untersucht werden müssen.
PET-CT
Mithilfe der PET-CT Untersuchung ist die Radiologie in der Lage, Tumore anhand ihres Stoffwechsels zu erkennen. Dazu wird radioaktiv markierte Glukose verwendet, die Krebszellen aufnehmen. Hintergrund: Krebszellen haben aufgrund ihres besonderen Stoffwechsels einen höheren Glukosebedarf, die mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) vom Radiotracer sichtbar gemacht werden können.
Zur Verbesserung der Auflösung wird die PET mit einer Computertomographie kombiniert. Die Gesamtstrahlendosis ergibt sich aus der Strahlung für die PET- und CT-Untersuchung. Für die Positronen-Emissions-Tomographie liegt diese im Durchschnitt zwischen 5 und 10 mSv, während die Strahlungsdosis für die CT-Komponente je nach Untersuchungsregion variiert.
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Risikobewertung der Strahlenbelastung
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Computertomographie gilt allgemein als belastungsarm
- Strahlungsrisiko und medizinischen Nutzen sind immer individuell abzuwägen
- Aufnahmen bei Risikopatienten nur im Ausnahmefall
Die Risikobewertung bei der Computertomographie ist eine Abwägung zwischen dem diagnostischen Nutzen und den möglichen Gesundheitsrisiken, die mit der Strahlenexposition verbunden sind. Die Vorteile – wie eine schnelle und schmerzfreie Darstellung des Körperinneren – sind für die Diagnostik und Behandlungsplanung von großer Bedeutung. Eine Bewertung der koronaren Gefäßgesundheit oder die Klärung des Verdachts auf einen Schlaganfall wäre ohne die Computertomographie heute sehr viel schwieriger.
Auf der anderen Seite birgt der Einsatz ionisierender Strahlung Risiken. Insbesondere kann es zur Schädigung von Zellen kommen, was langfristig das Risiko für die Entstehung einer strahleninduzierten Krebserkrankungen erhöht. Dabei ist die Höhe des Risikos abhängig von der Dosis.
Besonders Kinder/Heranwachsende und Schwangere sind in diesem Zusammenhang einem höheren Risiko ausgesetzt. Da die Strahlung das Erbgut schädigt, sind einige Untersuchungen gerade für die letztgenannte Patientengruppe kontraindiziert. Obwohl Untersuchungen im frühen Kindesalter mit einem möglichen Risiko für Leukämien oder Hirntumore verbunden sein können, darf der erhebliche medizinische Nutzen eines CT-Scans nicht außer Acht gelassen werden [3].
Allgemein ist das Risiko von CT-Untersuchungen als gering einzuschätzen, wobei vor den Untersuchungen immer eine Nutzen-Risiko-Abwägung stattfinden sollte. Zudem bieten sich der Einsatz verschiedener Maßnahmen und Verfahren zur Verringerung der Strahlendosis an, wie Niedrigdosis-Scans oder Veränderungen in der Röhrenspannung.
Maßnahmen zur Minimierung der Strahlenbelastung
Wichtige Fakten auf einen Blick:
- Einsatz von Low-Dose-Computertomographie
- verbesserte Bildrekonstruktionstechniken für eine geringere Dosis
- Röhrenspannung kann Strahlungsbelastung reduzieren
Wie wir nun erfahren haben, sind Patienten je nach Untersuchung einer unterschiedlich hohen Strahlenbelastung ausgesetzt. Viele Scans erreichen mittlerweile eine Strahlendosis, die unter der natürlichen Strahlenbelastung liegt. Laut Bundesamt für Strahlenschutz gelten 20 mSv als Grenzwert für beruflich strahlenexponierte Personen. In der Radiologie erreichen viele moderne Verfahren diesen Grenzwert heute nicht mehr. Trotzdem arbeiten Medizin und Forschung an diesen Maßnahmen, um die Strahlenbelastung noch weiter zu verringern:
- Low-Dose-Untersuchungen: Mit modernen Computertomographiegeräten sind niedrig dosierte Untersuchungen durchführbar. Damit erreicht die Radiologie eine signifikante Reduzierung der Strahlendosis, ohne die Bildqualität wesentlich zu beeinträchtigen.
- verbesserte Techniken in der Bildrekonstruktion: Mit Hilfe von Computern entstehen CT-Bilder aus den Messwerten der Detektoren. Durch die Verwendung neuer Algorithmen für die Bildrekonstruktion wird die Bildqualität bei gleichzeitig geringerer Strahlendosis verbessert.
- Modulation der Röhrenspannung: Durch eine Anpassung der Röhrenspannung auf den Patienten lässt sich die Strahlenbelastung für einen CT-Scan verringern.
Parallel zu den technischen Möglichkeiten ist ein angemessenes Sicherheitsmanagement bei radiologischen Untersuchungen von Bedeutung. Hier fließen die allgemeinen Maßnahmen des Strahlenschutzes mit einer Vermeidung unnötiger Untersuchungen und der Verwendung optimierter Untersuchungsprotokolle zusammen.
Fazit: Niedrige Strahlendosis und geringes Risiko bei der Computertomographie
Die Computertomographie ist ein wichtiges bildgebendes Verfahren. Dass Patienten Bedenken hinsichtlich der Strahlenbelastung haben, ist nachvollziehbar und wird in der Radiologie unter anderem im Rahmen der Patientenaufklärung adressiert. Um verständlich zu machen, wie hoch die Strahlenbelastung der CT-Scans ist, lässt sich die Dosis mit der natürlichen Strahlung vergleichen. Einige CT-Untersuchungen erreichen zwar eine Dosis, die zwei- bis dreimal so hoch ist wie die natürliche Jahresdosis. Angesichts der im Strahlenschutz festgelegten Grenzwerte bleibt diese Dosis jedoch weiterhin gering. Viele Patienten werden bei ihrem Scan – etwa beim Schädel-CT oder der Kalkscore-Bestimmung – außerdem einer noch geringeren Dosis ausgesetzt.
[1] Udroiu I, Sgura A. X-ray and DNA Damage: Limitations of the Dose as a Parameter for In Vitro Studies. Int J Mol Sci. 2023 Nov 23;24(23):16643. doi: 10.3390/ijms242316643. PMID: 38068965; PMCID: PMC10706214.
[2] Cohnen, M & Blondin, Dirk & Assadi, Shahab & Wittsack, Hans-Joerg & Saleh, A & Turowski, B & Mödder, U. (2008). Strahlenexposition des Patienten bei Schlaganfallbildgebung mit Mehrzeilen-Detektor-CT: Schädel-CT, CT-Angiographie und CT Perfusion. Rofo-Fortschritte auf dem Gebiet der Röntgenstrahlen und der bildgebenden Verfahren – ROFO-FORTSCHR RONTGENSTRAHL. 180. 10.1055/s-2008-1073619.
[3] Pearce MS, Salotti JA, Little MP, McHugh K, Lee C, Kim KP, Howe NL, Ronckers CM, Rajaraman P, Sir Craft AW, Parker L, Berrington de González A. Radiation exposure from CT scans in childhood and subsequent risk of leukaemia and brain tumours: a retrospective cohort study. Lancet. 2012 Aug 4;380(9840):499-505. doi: 10.1016/S0140-6736(12)60815-0. Epub 2012 Jun 7. PMID: 22681860; PMCID: PMC3418594.
