Das Herzkatheterlabor

Das Herzkatheterlabor ist eine Abteilung der Kardiologie in der mit Interventionsanlage und C-Bögen gearbeitet wird. Wie der Name schon sagt, werden mithilfe eines Katheters die Herzgefäße unter Röntgenstrahlung untersucht und ggf. behandelt.

Untersuchungen

Zur Optimierung der Darstellung der Gefäße wird während der Aufnahme der Röntgenbilder ein Kontrastmittel gespritzt. Die häufigste Untersuchung ist die Linksherzkatheruntersuchung, bei der über einen Zugang z. B. über die Arteria femoralis oder Arteria radialis, das linke Herz, insbesondere die Koronararterien (Koronarangiographie) untersucht werden. Dazu zählen unter anderem Druck- und Sauerstoffmessungen sowie Kontrastmitteldarstellungen des Ventrikels und der Koronararterien. Analog zur Linksherzkatheteruntersuchung, existiert die Rechtsherzkatheteruntersuchung, bei der die rechte Seite des Herzens untersucht wird, insbesondere die Pulmonalarterien. Der Zugang erfolgt z. B. über die Vena femoralis oder die Vena jugularis. Bei dieser Art von Untersuchung wird u. a. der Druck im rechten Vorhof und im Ventrikel sowie in den Pulmonalarterien und den Lungenkapillaren gemessen. Auch elektrische Widerstände können gemessen werden.

Behandlungen

Wird in der Untersuchung (oder den Voruntersuchungen) eine Gefäßerkrankung diagnostiziert, kann eine Herzkatheterbehandlung die Folge sein.

Bei der perkutanen transluminalen Koronarangioplastie (PTCA), werden hochgradige Koronarstenosen mithilfe eines spezielles Katheters erweitert. Typisch ist die Behandlung bei einem Herzinfarkt, bei dem es aufgrund einer lokalen Durchblutungsstörung zum Absterben von Herzmuskelgewebe kommen kann. Der Katheter besitzt eine röntgendichte Markierung an der Spitze und einen füllbaren Ballon. Über den Führungsdraht wird der Katheter zum Zielgefäß vorgeschoben, um es anschließend durch Weiten des Ballons auf den ursprünglichen Gefäßdurchmesser zu entfalten. An eine PTCA schließt sich in der Regel eine Stent-Implantation an. Sofern sich das Gefäß nicht weiten lässt, kann auch eine Rotablation, bei der mit einem speziellen Katheter (Bohrkopf, besetzt mit Diamantsplittern) die Engstelle aufgebohrt werden kann.

Eine weitere häufige Anwendung ist, die Katheterablation, die zur Beseitigung krankhaft elektrischer Erregungsherde unter Verwendung von Hitze- oder Kälteverördung genutzt wird. Die Herde können u. a. zu Herzrhythmusstörungen, Vorhofflimmern/-flattern, WPW-Syndrom, AV-Knoten- und Kammer-Tachykardien führen.

Darüber hinaus existiert eine Vielzahl von Behandlungsmethoden (z. B. Perikardpunktion, Kardioversion, Pulmonalvenenisolation (PVI), MitraClip, Extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO), Kathetergestützer perkutaner Aortenklappenersatz (TAVI), Verschluss des linken Vorhofs (LAA)) auf dessen Erläuterung an dieser Stelle aus Platzgründen verzichtet wird – eine Seite dazu ist in Arbeit.

C-Bogen

Der C-Bogen ist ein Röntgengerät (Generator, Röntgenröhre, Detektor), das mithilfe seiner drehbaren Schwenkachsen um den Patienten gedreht werden kann, um Aufnahmen aus beliebigen Winkeln zu generieren. Die Grundlagen zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und den Eigenschaften einer Röntgenröhre findet ihr auf unserer Seite zur Erzeugung von Röntgenstrahlung.

Für das Herzkatheterlabor gibt es unterschiedliche Lösungen (z. B. Monoplanarer C-Bogen Biplanarer C-Bogen, C-Bogen mit Robotorarm). Bei monoplanaren C-Bögen ist die Röntgenröhre unter dem Patiententisch angebracht und lässt sich in der Regel bei den neueren Geräten auch nicht weiter als 90°/270° nach rechts/links auslenken. Neben der Auslenkung aus der PA-Position (posterior-anterior), also nach rechts und links, ist die Röhre-Detektor-Anordnung auch nach vorne und hinten (cranial-caudal) auslenkbar. Dementsprechend werden im Herzkatheterlabor üblicherweise die Einstrahlwinkel der Röntgenstrahlung angegeben, wobei sich die Seite (rechts/links) immer auf die Seite des Patienten bezieht. Zum Verständnis nachfolgend ein paar Beispielwinkel:

PA (Posterior-Anterior): Standardaufnahme aus 0° durch den Rücken des Patienten

LAO25/CRA25: (Left anterior oblique 25°, Cranial 25°): Aufnahme, bei der der C-Bogen 25° nach links und 25° in Richtung des Patientenkopfes ausgelenkt ist.

RAO25/CAU25: (Right anterior oblique 25°, Caudal 25°): Aufnahme, bei der der C-Bogen 25° nach rechts und 25° in Richtung des Patienten ausgelenkt ist.

Strahlenschutz

Der Strahlenschutz im Herzkatheterlabor lässt sich in baulichen, technischen, operatio-nellen und apparativen Strahlenschutz unterteilen.

Baulicher Strahlenschutz

Der bauliche Strahlenschutz ist durch die Verwendung von verstärkten Wänden und Bleigläsern, der Definition und Kennzeichnung von Strahlenschutzbereichen (Überwachungs- & Kontrollbereichen), der Festlegung von Zutrittsbestimmungen zu Strahlenschutzbereichen und der finalen Abnahme in Form der Sachverständigerprüfung abgeschlossen. Sofern kein neuer C-Bogen angezeigt wird oder neue Anwendungen eingeführt werden ändert sich an den baulichen Schutzmaßnahmen selten etwas.

Technischer Strahlenschutz

Der technische Strahlenschutz meint die Optimierung der Geräteparameter hinsichtlich einer möglichen Reduzierung der Dosisbelastung. Bei einem C-Bogen im Herzkatheterlabor zählen dazu insbesondere die Pulsrate, der Zoomfaktor, der jeweilige Abstand von Röntgenröhre, Patiententisch und Bildempfänger sowie der Belichtungs- und Aufnahmemodus.

Der Einfluss der jeweiligen Parameter wird im unteren Kapitel Dosimetrie am C-Bogen im Detail untersucht.

Apparativer Strahlenschutz

Zum apparativen Strahlenschutz zählen alle Strahlenschutzmittel, die an der Anlage (oder im Raum) neben dem baulichen Strahlenschutz verwendet werden. Dieser Teil des Strahlenschutzes ist insbesondere im Herzkatheterlabor relevant, da er zum einen der wichtigste Bestandteil des persönlichen Strahlenschutzes bildet und sich zum anderen sehr leicht ohne erschwerte Arbeitsbedingungen in die klinische Routine integrieren lässt.

 

Standard in jedem Labor sollte der Untertischstreustrahlenschutz sein. Darüber hinaus ist es aufgrund der minimalinvasiven Technik ohne Probleme möglich ein Bleiglas, bestenfalls mit Bleigummi-Lamellen, in Richtung des Patienten zu befestigen. Die Arbeit an der Leiste oder am Arm, je nachdem wie der Katheter in den Patienten gebracht wurde, wird durch die Verwendung des Bleiglases nicht beeinträchtigt. ES gibt eine Eingriffe, z.B. die Implantation von Herzschrittmachern (PM, pacemaker) und Kardioverter-Defibrillatoren (ICD, implantable cardioverter defibrillator), bei denen der Einsatz des Bleiglases nur eingeschränkt möglich ist. Bei diesen Eingriffen ist es notwendig den persönlichen Strahlenschutz entsprechend anzupassen. Üblicherweise nimmt diese Tätigkeit einen eher kleinen Anteil der Arbeitszeit ein.

Operationeller Strahlenschutz

Der operationelle Strahlenschutz wird durch das Verhalten und die Umsetzung der allgemeinen Strahlenschutzgrundsätze erreicht.
Zum Merken der bekannten Strahlenschutzgrundsätze wurde die 3-A-Regel definiert, die sich auf fünf A’s erweitern lässt.

  • Abstand halten: Das Abstandsquadratgesetz beruht auf der Divergenz der Strahlung. Die Dosisleistung pro Fläche nimmt quadratisch mit dem Abstand zur Quelle ab. Im Herzkatheterlabor trifft diese Regel nur ungefähr zu, da der Patient als Ursprung der Hauptstrahlenbelastung für das Personal, keine Punktquelle ist.
  • Abschirmung: Der persönliche Schutz stellt die Strahlenschutzkleidung, bestehend aus Bleiweste und –rock bzw. Mantelschürze und Schilddrüsenschutz (ggf. noch Haube und Strahlenschutzbrille oder –visier), dar. Hinzu kommt der bereits genannte apparative und bauliche Strahlenschutz.
  • Aufenthaltszeit minimieren: Erfahrung sorgt für schnelleres und sicheres Arbeiten. Insbesondere die Kenntnis über den Einfluss der technischen Parameter des C-Bogens ist wichtig. Die Zeit ist direkt proportional zur Dosisleistung. Wer keine Tätigkeit im Behandlungsraum durchführt und sich nicht zu Ausbildungszwecken im Raum aufhält, sollte nicht im Kontrollbereich sein.
  • Abschalten: Die meisten Systeme bieten die „Abschalten“-Funktion. Diese ist nach dem Beenden einer Untersuchung/Behandlung zu nutzen.
  • Andere machen lassen: Dieser Grundsatz klingt zunächst merkwürdig, passt aber ebenso wie der dritte Punkt – Aufenthaltszeit minimieren. Es kann Sinn machen, die Strahlenbelastung nach Möglichkeiten im Team „aufzuteilen“. Ärzte und sonstiges Personal sollte also nach Möglichkeit rotieren.

Dosimetrie

In diesem Teil, wird der Einfluss diverser Strahlenschutzparameter an einer monoplanaren Interventionsanlage untersucht. Solche simplen Messungen eignen sich für Schulungszwecke sehr gut, um dem tätigen Personal aufzuzeigen, wie die Personalexposition auf die Veränderung von Parametern reagiert.

Nachfolgend wird die Dosis unter Variation von

  • Pulsrate
  • Abstand
  • Zoomfaktor
  • Winkel
  • Patientendicke
  • Röhre-Detektor-Patiententisch-Abstand
  • Bleiglas (5mm)
  • Belichtungsmodus und
  • Aufnahmemodus

untersucht. Die Personendosis HP(10) wird mithilfe der Dosisleistungssonde UMo LB 123 von Berthold Technologies gemessen. Auf dem Patiententisch wurde ein Alderson-Phantom, das ungefähr die Absorptions- und Streueigenschaften eines Menschen besitzt, platziert. Die Messung wurde an einem Philips Azurion 7 M12 durchgeführt.

Messungen

Um die Messergebnisse vergleichen zu können, werden die Dosiswerte pro Aufnahme miteinander verglichen. Ausgenommen hierbei wird die Pulsrate, da die Dosis pro Aufnahme identisch wäre, und der Zoom-Faktor. Hier wird stattdessen die Dosis pro Sekunde bzw. die Dosis pro Quadratzentimeter verwendet.

Für jeden Parameter wurde zur Veranschaulichung eine Skizze erstellt. Hinzu kommt die Tabelle, die die zu untersuchende Variable, die Einheit, die Dosis in µSv sowie die relative Abweichung zu einer willkürlich definierten Einstellung.

Pulsrate

Zur Validierung des Messaufbaus wird zunächst der Einfluss der Pulsrate geprüft. Dieser sollte proportional zur Dosis sein.

C-Bogen Pulsrate
C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Pulsrate

Wie erwartet, steigt die Dosis um das doppelte sobald die Bildrate verdoppelt wird und umgekehrt. Das Messprinzip funktioniert.

Abstand zum Patienten

Der Abstand zum Patienten sollte sich im Falle einer Punktquelle quadratisch auf die Dosis auswirken.

C-Bogen Abstand
C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Abstand

Die Messergebnisse zeigen allerdings, dass das Abstandsquadratgesetz nicht ganz passt. Die theoretischen Sollwerte liegen bei kürzeren Distanzen deutlich oberhalb der tatsächlichen Messwerte. Je näher sich die Messkammer am Alderson-Phantom befindet, desto weniger ist die Anwendung der Abstands-Quadrat-Models anwendbar.

Nichtsdestotrotz bleibt die resultierende Aussage dieselbe: Gerade die ersten Zentimeter, die sich von der Strahlenquelle bzw. vom Patienten wegbewegt wird, sind relevant.

Zoom-Faktor

Ist es notwendig, kleinere Strukturen bei besserer Auflösung darzustellen, besteht die Möglichkeit zu Zoomen. Nicht zu verwechseln mit der Einblendung, bei der die Auflösung gleichbleibt.

Der Zoom-Faktor bezieht sich immer auf den Durchmesser des Bildempfängers. Entsprechend beginnt er bei 30 Zentimetern (ca. 12 Zoll).

C-Bogen Zoom-Faktor
C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Zoomfaktor

Werden die Dosiswerte miteinander verglichen, fällt auf, dass die Werte bei größeren Zoom sinken. Das liegt u.a. an der kleiner werdenden Feldgröße und dem zunehmenden Abstand des Feldes zur Messkammer. Die Berechnung der Dosis pro Fläche zeigt, dass der erste Eindruck trügerisch ist, die lokale Hautbelastung steigt deutlich stärker an. Folglich sinkt die Dosis für den Operateur etwas, wohingegen die lokale Hautdosis des Patienten stark ansteigt.

Patientendicke

Die Patientendicke ist kein Parameter, auf den der Operateur einen Einfluss haben kann. Trotzdem ist es interessant zu wissen, wie sich die Dosis bei adipösen Patienten verhält. Die zunehmende Dicke wurde mithilfe von zusätzlichen 1cm-dicken RW3-Platten simuliert.

C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Patientendicke

Die populäre Überschlagsregel von „Pro 3cm, wird ungefähr die doppelte Dosis benötigt“, wird nicht bestätigt. Eine Verdopplung des Messwertes ergibt sich bei ca. 7 Zentimetern. Womöglich liegt die Ursache in einer optimierten Spannungsregelung des modernen C-Bogens. Die Bildqualität wird an dieser Stelle nicht bewertet.

Detektor-Haut-Distanz

In der Regel ist über den Belichtungsmodus eingestellt, nach welcher Einfalldosis in den Ionisationskammern des Detektors, der Röhrenstrom abgeschaltet wird („Abschaltdosis“). Befindet sich der Detektor weiter entfernt von der Röntgenquelle, müsste sich die Dosisbelastung des Patienten gemäß dem Abstandsquadratgesetz verhalten. Üblicherweise fährt das Assistenzpersonal den Detektor, nach jeder C-Bogen Rotation so nah wie möglich an die Patientenoberfläche.

C-Bogen Panel-Skin-Distance
C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Detektor-Haut-Distanz

Die Ergebnisse spiegeln nicht das Erwartete wieder.

Die Ergebnisse spiegeln nicht das Erwartete wieder. Das liegt hier vor allem daran, dass der die Durchleuchtung in der Realität etwas anders ablaufen würde. Sobald der Abstand zwischen Röntgenröhre und Patient erhöht wird, kann der Strahl kollimiert werden. Dieser Effekt ist auch insbesondere in der nachfolgenden Messreihe zur Röhre-Tisch-Distanz erkennbar. Im ersten Szenario wird ein kleiner Teil von der Röntgenstrahlung erfasst, wohingegen im Szenario ganz recht fast der gesamte Mensch erfasst wird. Und das bei ca. gleichbleibender Dosis. In der Realität würde auf den relevanten Bereich eingeblendet werden und so Dosis gespart werden – das wurde hier nicht gemacht.

Neben der erhöhten Dosis, die durch den größeren Abstand zu Stande kommt, kann eine zu große Detektor-Haut-Distanz zu einer schlechteren Bildqualität führen und den Operateur dazu verleiten, mehr Dosis (z. B. anderer Belichtungsmodus, höhere Pulsrate) zu verwenden. Insofern spielt hier die indirekte (nicht messbare) Dosiserhöhung ebenfalls eine Rolle.

Röhre-Tisch-Distanz

Dieses Mal bleibt der Abstand von der Röhre zum Detektor konstant, nur der Abstand von der Röhre zum Patiententisch wird erhöht.

C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Röhre-Tisch-Distanz

Die Dosiswerte bleiben nahezu identisch. Eine Erklärung für dieses Ergebnis und warum das in der Realität nicht so ist, findest du in dem obigen Abschnitt zur Detektor-Haut-Distanz.

Im Optimalfall befindet sich der Patient röhrenfern und detektornah. Das führt zum einen zu schärferen Bildern und zum anderen zu einer geringeren Exposition.

Belichtungsmodus

Wie bereits oben erwähnt, schreibt der Belichtungsmodus vor, nach welcher Einfalldosis in den Ionisationskammern des Detektors, der Röhrenstrom abgeschaltet wird („Abschaltdosis“). Im Aufnahmemodus „Durchleuchtung“ (DL) kann zwischen „Niedrig“, „Mittel“ und „Normal“ gewählt werden. Für den Aufnahmemodus „Serie“ sind in Deutschland nur die Einstellungen „Niedrig“ und „Mittel“ zugelassen.

C-Bogen Belichtungsmodus
C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Belichtungsmodus

Der Unterschied ist enorm. Insbesondere der „normale“ Durchleuchtungsbetrieb ist mit fast 300 % mehr Dosis auffällig.

Interessant ist auch der Vergleich zwischen der Durchleuchtung und der Serie (ca. 400-500 % mehr Dosis).

C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Belichtungsmodus1
Bleiglas (0,5mm)

Das verwendete Bleiglas hat einen Bleigleichwert von 0,5 Millimetern.

C-Bogen Bleiglas
C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Bleiglas

Das Ergebnis zeigt, weshalb der Einsatz der Scheibe so wichtig ist. Um mehr als 98 % wird die Dosis aufgrund des Bleiglases reduziert.

Fazit

Für das Personal ist der größte Schutz (neben der Strahlenschutzkleidung, die hier nicht untersucht wurde) durch die Verwendung des Bleiglases und des Untertischstreustrahlenschutzes gewährleistet. Alle restlichen technischen Parameter des C-Bogens sind bezogen auf den Strahlenschutz des Personals vernachlässigbar.

Für den Patienten (und das Personal) ist die Anzahl der Serien, die Pulsrate und der Belichtungsmodus so niedrig wie möglich zu halten. Durch einen erhöhten Zoomfaktor steigt die lokale Hautdosis und damit das Risiko deterministischer Schäden. Die Bildqualität wird von den Röhre-Tisch-Detektor-Positionen beeinflusst, sodass eine günstige Positionierung zu indirekten Dosiseinsparungen führen kann.

C-Bogen Dosimetrie Ergebnis Fazit

Die Inkaufnahme erschwerter Bedingungen zur Reduzierung der Exposition bringt nichts, wenn sich die Behandlungszeit dadurch maßgeblich erhöht. Diese ist natürlich ebenso direkt proportional zur Dosis.

„Wer nimmer nichts versucht, der weiß nicht, was er kann; Die Übung wirkt uns aus; Versuch, der führt uns an.“ – Salomon von Gloaw (1654)

Diskussion

Bei der Wertung der Ergebnisse müssen einige Punkte berücksichtigt werden. Die Messergebnisse sind nicht übertragbar auf andere C-Bogen-Systeme. Jede Konfiguration ist individuell dosimetrisch zu prüfen. Darüber hinaus ist die Lage der Messkammer nicht repräsentativ für den Aufenthaltsort des Operateurs. Ziel der Messung war keine Dosisberechnung für das Personal, sondern die Bestimmung der relativen Abweichungen unter Variation der technischen und apparativen Parameter sowie anderer Einflussfaktoren (z. B. Patientendicke).