Dieser Dosisatlas soll dem Leser die Möglichkeit geben, Dosengrößen, die in den Medien oder im Bezug auf medizinischen Behandlung genannt werden, einordnen zu können. Die Strahlenumgebung des Menschen wird in Abhängigkeit von der Quelle in natürliche und zivilisatorische Strahlenexposition unterschieden.

BfSAbbildung 1: Mittlere Effektive Jahresdosis pro Person. Daten aus 2012 für Deutschland [1]

Dosisbegriffe

Im Bereich der Radiologie, der Strahlentherapie und im Strahlenschutzes werden verschiedene Größen zur Beschreibung von Strahlungsmengen und -expositionen verwendet. Die gängigsten Größen und Einheiten sind im Folgenden kurz erklärt.

Größe Symbol Definition Charakterisierung  Einheit   
Aktivität A Radioaktive Zerfälle pro Zeit physikalisch Größe Bq = 1/s
Energiedosis D Aufgenommene Energie pro Masse physikalisch Größe Gy = J/kg
Äquivalentdosis H

Mit der unterschiedlichen biologischen Wirkung verschiedener Strahlungsarten
gewichtete Energiedosis

biologisch abgeleitete Größe, operative Größe Sv = J/kg
Organ-Äquivalentdosis HT

Mit einem Strahlungs-Wichtungsfaktor multiplizierte Energiedosis in Bezug auf ein Organ T (Tissue)

biologisch abgeleitete Größe, Schutzgröße Sv
Effektive Dosis E

Summe über alle mit einem Gewebe-Wichtungsfaktor multiplizierten Organ-Äquivalentdosen

biologisch abgeleitete Größe, Schutzgröße Sv
Operationelle Dosisgrößen H*(d), HP(10), H'(d,Ω), .. Orts- und Personendosen in bestimmten Eindringtiefen und -winkeln biologisch abgeleitete Größen, operative Größen Sv
Kerma K Abgegebene Energie von indirekt ionisierender Strahlung pro Masse physikalische Größe Gy

Die Berücksichtigung von unterschiedlichen biologischen Wirkungen verschiedener Strahlungsarten und Empfindlichkeiten unterschiedlicher Organe bzw. Gewebe (siehe relative biologische Wirksamkeit, RBW) geschieht durch die Gewichtung mit Strahlungs- bzw. Gewebewichtungsfaktoren.

Die Effektive Dosis ist so definiert, dass sie unabhängig von der Strahlenart und unabhängig vom bestrahlen Organ das Gesamtrisiko für eine durchschnittliche Person angibt. Dosiswerte der Effektiven Dosis ermöglichen also einen direkten Vergleich in Bezug auf das mit einer Exposition verbundene Strahlenrisiko. Eine Effektive Dosis von z.B. 10 mSv  bedeutet stets das gleiche Risiko, egal ob es sich beispielsweise um eine Röntgen-CT-Untersuchung des Thorax handelt oder um eine nuklearmedizinische Untersuchung des Herzens oder um 5 Jahre Aufenthalt in einer beliebigen natürlichen Umgebung (s.u.).

Die kollektive Effektive Dosis ist die über alle Individuen aufsummierte Gesamtdosis einer Bevölkerungsgruppe und wird häufig in PersSv (PersonenSievert) angegeben.

Natürliche Strahlenumgebung

Radioaktivität ist keine Erfindung des Menschen - sie begegnet uns auch in der Natur und begleitet uns in unserem alltäglichen Leben.

Ursache/Quellen Durchschnittliche effektive Dosis pro Jahr
Radioaktivität im Körper 0,3 mSv [1]
Eingeatmetes Radongas und Folgeprodukte 1,1 mSv [2]
Terrestrische Strahlung 0,4 mSv [2]
Kosmische Strahlung 0,3 mSv [2]
Summe 2,1 mSv

In der Radontherapie begeben wir uns zur Schmerzlinderung (z.B. bei rheumatischen Erkrankungen) geziehlt an Orte, an denen die natürliche Radioaktivität besonders hoch ist. In Radonbädern und bei Radoninhalationskuren wird Radon durch die Haut und durch die Lunge aufgenommen. Die effektive Dosis liegt hier zwischen 0,05 - 2 mSv [3].

Zivilisatorische Strahlenexposition

Der Großteil der zivilisatorischen Strahlenexpostion für den Menschen kommt aus dem medizinischen Bereich. Aber auch die Strahlung von den Atombombentests der 50er und 50er Jahre oder von Atomunfällen gehört in diese Kategorie.

Atombombentests und Reaktorunfälle

Die durch den Menschen geschaffenen Isotope wie Cäsium, Strontium und Plutonium, die durch Unfälle wie Tschernobyl und Fukushima und die oberirdischen Atomwaffentests auf der Erde verteilt wurden, sind weitere, nur schwer oder gar nicht zu umgehende Strahlungsquellen. Die Strahlenexposition hängt sowohl vom Abstand zur ursprünglichen Quelle, als auch von weiteren Faktoren wie den Witterungsumständen (Wind, Regen) ab. Aus diesem Grund unterscheidet sich die Strahlungsumgebung regional.

Die mittlere Strahlungsbelastung aus Atomwaffentests und Reaktorunfällen für Deutschland: e) Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit f) Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg

Ursprung Mittlere Jahresdosis durch Kernwaffen und Reaktorunfälle in Deutschland
Fukushima (1 Monat danach) weniger 0,00001 mSv [4]
Fukushima (heute) nicht mehr nachweisbar [4]
Tschernobyl (heute) 0,01 mSv [5]
Kernwaffentests (heute) 0,005 mSv [5]


Medizinische Strahlenexposition

In diesem Kapitel werden exemplarisch für verschiedene medizinische Behandlungen Strahlendosen, Toleranzdosen und Strahlenfolgen für einige ausgewählte Körperteile und Organe angegeben.

Bildgebung/Radiologie

Unter diesem Punkt sind alle diagnostischen, bildgebenden Verfahren zusammengefasst, bei denen ionisierende Strahlung zum Einsatz kommt. Darunter versteht man konventionelle Röntgenaufnahmen, Computertomografie, Angiografie, Mammografie und die interventionelle Radiologie. Auf bildgebende Verfahren der Nuklearmedizin wird gesondert eingegangen.

Beim Röntgen werden Aufnahmen angefertigt, um beispielsweise einen Knochenbruch besser zu erkennen. Entscheidend für die Dosis ist der Teil des Körpers, der durchstrahlt wird.

Körperteil Durchschnittliche Effektive Dosis pro Röntgen-Untersuchung
Schädel 0,07 mSv [9]
Zahn 0,01 mSv [6]
Brustkorb 0,04 mSv [9]
Gliedmaßen 0,01 mSv [9]
Mammografie 0,5 mSv [9]

Ein weiteres bildgebendes Verfahren ist die Röntgen-Computertomografie (CT). Dabei handelt es sich um ein System, bei dem der Patient auf einem Tisch in eine Röhre gefahren wird. Durch die Rotation des Detektor-Röntgenröhre-Systems um den Patienten kann eine dreidimensionale Bildgebung durchgeführt werden.

Durchschnittliche Dosis bei einer CT-Untersuchung nach [9]:

Körperteil Durchschnittliche Effektive Dosis pro Röntgen-CT-Untersuchung
Bauchraum 10 mSv
Schädel 2,3 mSv
Brustkorb 8 mSv

Höhere Dosen werden bei sogenannten Durchleuchtungsverfahren, wie sie z.B. bei der interventionellen Radiologie zum Einsatz kommen, verabreicht. Wird ein solches Verfahren angewendet, sollen meist funktionelle Prozesse betrachtet werden. Dabei werden Bilderserien angefertigt, die eine deutlich höhere Dosis verursachen als konventionelle Röntgenaufnahmen.

Durchschnittliche Dosis bei einem Durchleuchtungsverfahren nach [9]

Körperteil Durchschnittliche effektive Dosis pro Untersuchung
Darm 7 mSv
Harntrakt 2,5 mSv
Magen 3 mSv

Strahlentherapie

In der Strahlentherapie werden mit verschiedenen Verfahren Tumore bestrahlt. Dabei müssen stark strahlungsempfindliche Organe vor zu hoher Strahlung geschützt werden. Um dies zu gewährleisten, wurden so genannte Toleranzdosen ermittelt und festgelegt. Bei Überschreitung dieser Dosiswerte tritt mit 5 % Wahrscheinlichkeit innerhalb der nächste 5 Jahre ein negativer Effekt in From einer deterministischen Strahlenfolge auf. Die Werte dienen als grobe Orientierung. Der Arzt entscheidet aber individuell, z.B. aufgrund von Vorerkrankungen oder Patientenalter, welcher Wert als Maximalwert gesetzt wird. Im Gegensatz zum Strahlenschutz, wo ausgehend von einer Aktivität der Schaden durch eine effektive Dosis errechnet wird, betrachtet man hier nur die Dosis, die zur Zerstörung des Tumors benötigt wird. Aus diesem Grund wir hier in Gray und nicht in Sievert gerechnet.

Toleranzdosis für eine 5 % Wahrscheinlichkeit für Strahlenfolgen innerhalb der nächsten 5 Jahren (TD 5/5) nach [7]. Die Werte stehen für die Bestrahlung des gesamten Organs.

Organ Toleranzdosis akute Strahlenfolge (reversible) chronische Strahlenfolge (irreversible)
Hoden (Keimzellen) 1 Gy - Sterilisation
Ovar (Keimzellen) 2-3 Gy - Sterilisation
weibl. Brust (Kind) 10 Gy - komplette Entwicklungsstörung
weibl. Brust (Erwachsen) 50-60 Gy - Gewebeverlust, Absterben
Niere 20 Gy - Funktionsverlust
Herz 20 Gy EKG-Veränderungen, Entzündung Herzmuskelerkrankung
Leber 30 Gy Strahlenhepatitis Funktionsverlust
Gehirn 45 Gy - Absterben
Haut /
Hautanhangdrüsen
70 Gy /
12 Gy
Schuppung, Hautablösung Gewebeverlust, Geschwüre, Haarverlust
Uterus 100 Gy - Gewebeschwund

Nuklearmedizin

Bei nuklearmedizinischen Verfahren (Nukleus: der Atomkern) wird eine radioaktive Substanz (Radionuklid) in den Körper eingebracht. Die beim radioaktiven Zerfall im Körper ausgesendete Strahlung kann den Körper verlassen und von außen detektiert werden. Nuklearmedizinisch wird zwischen Verfahren zur Diagnostik und den Therapieverfahren zur Behandlung von gut- und bösartigen Krebserkrankungen unterschieden. Bei den diagnostischen (bildgebungs-)Verfahren wird die Emission von radioaktiven Nukliden im Körper gemessen. Diese werden zuvor in Form von Radiopharmaka in den Körper eingebracht, z.B. intravenös. Auf diese Art und Weise gelangen die Radionuklide auch in andere Organe, so dass das untersuchte Organ nicht auch das am höchsten exponierte sein muss.

Durchschnittliche Strahlenexposition bei Verfahren der diagnostischen Nuklearmedizin nach [8,9]:

untersuchtes Organ Radionuklid / Radiopharmakon am höchsten exponiertes Organ effektive Dosis
Knochen 99mTc / MDP, HDP Knochenoberfläche 2,9 mSv
18F / Natriumfluorid Blase 6,0 mSv
Knochenmark 99mTc / Nanokolloid Milz 5,3 mSv
Schilddrüse 99mTc / Pertechnetat Dickdarm 1,0 mSv
Herz 99mTc / Erythrozyten Hirn 5,0 mSv
201Tl / Chlorid Niere 10,5 mSv
99mTc / Isonitril Dickdarm 3,4 mSv
Niere 99mTc / DTPA, MAG3 Blase 0,8 mSv
99mTc / DMSA Niere 0,6 mSv

Während bei diagnostischen Verfahren die Strahlenexposition so klein wie möglich gehalten wird, kommen bei den Therapieverfahren weitaus höhere Dosen zum Einsatz, da hier, wie bei anderen Verfahren der Strahlentherapie, die Stahlung nicht zur Bildgebung sondern zur Tumorvernichtung eingesetzt wird.


Strahlungsumgebung am Arbeitsplatz

Die Strahlungsumgebung am Arbeitsplatz kann individuell sehr verschieden sein. Je nach Arbeitsplatz entstammt sie aus künstlichen (z.B. Medizin) oder aber auch aus natürlichen Strahlungsquellen (z.B. in Wasserwerken). Im Folgenden sind Mittelwerte für Berufsgruppen angegeben, die sich im Bereich erhöhter radioaktiver Strahlung aufhalten [2].

Arbeitsplatz Mittlere Jahresdosis von beruflich Strahlenexponierten
Medizin 0,4 mSv
Industrie 0,9 mSv
Kerntechnik 1,0 mSv
Fliegendes Personal 2,0 mSv
Radon (Wasserwerke, Radontherapie, Wismut GmbH) 3,0 mSv


Grenzwerte für Strahlenexpositionen

Zum Schutz der Bevölkerung oder der Arbeitnehmerschaft vor einer zu hohen Strahlenexposition werden gemäß der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) oder der Röntgenverordnung (RöV) Grenzwerte für die zusätzliche Strahlenexposition definiert. Die Kontrolle ihrer Einhaltung ist Aufgabe des Strahlenschutzes.

Personengruppe Grenzwert für effektive Jahresdosis [2]
allgemeine Bevölkerung 1 mSv
beruflich Strahlenexponierte 20 mSv

[1] UNSCEAR
[2] Bundesamt für Strahlenschutz
[3] Radon als Heilmittel, Deetjen et al., Verlag Dr. Kovac (2005)
[4] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit
[5] Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg
[6] Bernhardt et al., Zeitschrift für Medizinische Physik, Vol. 5 33-39 (1995)
[7] Praxismanual Strahlentherapie, Stöver und Feyer,  Springer-Verlag (2010)
[8]
Nuklearmedizin, Schicha und Schober, Schattauer (2013)
[9] Orientierungshilfe für bildgebende Untersuchungen, Empfehlung der Strahlenschutzkommission (2010)