Ochrona radiologiczna w medycynie
DOZYMETRIA
Jakub Ośko
2
Promieniowanie jonizujące w medycynie
3
• Radiologia
diagnostyka
radiografia interwencyjna
• Medycyna nuklearna
diagnostyka
terapia
• Radioterapia
4
• Największa liczba narażonych
PROCEDURY MEDYCZNE
• Największe dawki
PROCEDURY MEDYCZNE
5
Narażenie medyczne
• Narażenie pacjenta podczas procedur diagnostycznych lub terapeutycznych
• Inne:
– Narażenie podczas pomocy pacjentom (przyjaciele, rodzina, ochotnicy) w szpitalu lub domu (świadomie i z własnej woli)
– Ochotnicy w badaniach medycznych
6
Osoby narażone
• Pacjenci
• Osoby towarzyszące pacjentowi
• Ochotnicy
• Personel
7
Osoby narażone
• Personel
– Tak jak osoby zawodowo narażone
8
Osoby narażone
• Ochotnicy
– muszą być świadomi szkodliwości wykonywanych procedur
9
Osoby narażone
• Osoby towarzyszące pacjentowi
– osoby towarzyszące dzieciom
– osoby towarzyszące pacjentom poddawanym terapii
– osłony osobiste
10
OCHRONA RADIOLOGICZNA PACJENTA
zespół czynności i ograniczeń zmierzających do zminimalizowania narażenia pacjenta na promieniowanie jonizujące, które nie będzie nadmiernie utrudniało lub uniemożliwiało uzyskania pożądanych i uzasadnionych informacji diagnostycznych lub efektów leczniczych
Prawo Atomowe
11
Optymalizacja ochrony radiologicznej pacjenta
• Ograniczenie efektywnej dawki promieniowania jonizującego.
• Zapewnienie uzyskania wyniku badania o założonych walorach diagnostycznych.
• Redukcja badań niepotrzebnie powtarzanych i wadliwie
wykonanych.
12
Uzasadnienie
Wykazanie przewagi oczekiwanych korzyści zdrowotnych dla pacjenta lub społeczeństwa nad uszczerbkiem zdrowotnym, który ekspozycja może spowodować.
Zastosowanie procedury diagnostycznej lub leczniczej, której skuteczność w określonej sytuacji klinicznej została udowodniona lub powszechnie uznana.
Ocena korzyści i ryzyka związanych ze stosowaniem alternatywnych procedur, służących temu samemu celowi, prowadzących do mniejszej ekspozycji na promieniowanie jonizujące lub nienarażających na jego działanie.
13
Optymalizacja narażenia
• ALARA
– aparatura
– metody diagnostyczne/terapeutyczne
– codzienna praktyka
Możliwie małe narażenie przy zachowaniu
odpowiedniej jakości obrazu lub skuteczności
terapii.
14
Optymalizacja narażenia
• Zalecenia dotyczące aparatury
– Jakość
– Wyposażenie
– Obsługa
Councile directive 97/43 EURATOM of 13 May 1996 laying down basic safety public against the dangers arising from ionizing radiation, L 159/29
IAEA International Basic Safety Standards for Protection against Ionizing Radiation and for Sfety of Radiation Sources, Safety Series No. 115, 1996
15
Nieprawidłowe stosowanie procedur radiologicznych
– Powtarzanie wykonanych wcześniej badań
– Wykonanie złych badań
– Wykonanie badań prowadzących do uzyskania wyników, które można otrzymać innymi metodami.
16
UWAGA 1
Narażenie od procedur medycznych
nie jest
wliczane do limitów dawek!!!
17
UWAGA 2
Dla procedur medycznych
nie ma
określonych limitów dawek!!!
18
Poziomy referencyjne
• Rozsądne wielkości dawek, które można
osiągnąć stosując w sposób normalny
poprawne procedury, w przypadku
typowych badań lub zabiegów i pacjentów
o przeciętnej budowie ciała.
• Wartości poziomów referencyjnych muszą
być stosowane elastycznie.
19
Poziomy referencyjne
• Nie ma jednoznacznie określonej metody
wyrażania poziomów referencyjnych.
– USA – dawka ekspozycyjna na powierzchni
skóry (ESE) mierzona swobodnie w powietrzu
– Europa – wejściowa dawka powierzchniowa
(ESD) mierzona z uwzględnieniem
rozpraszania wstecznego fantomu
20
Wartości dawki efektywnej od procedur radiologicznych
Procedura Dawka efektywna
[mSv]
Przybliżony ekwiwalent czasu narażenia od źródeł naturalnych
Klatka piersiowa 0,02 3 dni
Czaszka 0,07 11 dni
Odcinek piersiowy kręgosłupa
0,7 4 miesiące
Odcinek lędźwiowy kręgosłupa
1,3 7 miesięcy
Tomografia głowy 2,3 1 rok
Tomografia klatki piersiowej
8 3,6 lat
Tomografia brzucha lub miednicy
10 4,5 lat
21
Radiologia
22
Radiologia to…
• Obrazowanie ciała człowieka
• Wykorzystanie promieniowania rtg do terapii
23
Radiologia dziś
• Obrazowanie ciała człowieka
• Komputerowa rekonstrukcja obrazu: CT
• Radiografia interwencyjna
• Terapia
24
Promieniowanie X
• fala elektromagnetyczna o długości fali
0.1 Å ÷ 100 Å
• promieniowanie jonizacyjne
oddziałując z materią jonizuje ją, wytwarza jony materii wybijając elektrony z powłok atomów
25
Powstawanie promieniowania X
• Wytracanie prędkości po uderzeniu w katodę przez naładowane i przyspieszane cząstki.
• Przejścia elektronów między różnymi stanami energetycznymi
w atomach. Po usunięciu elektronu z jednej z wewnętrznych powłok atomu w jego miejsce zajmuje elektron z innej, bardziej oddalonej od jądra powłoki. Towarzyszy temu emisja fotonu o energii równej różnicy energii wiązania elektronu na tych poziomach. Emitowane jest promieniowanie dyskretne (fotony o ściśle określonych energiach).
26
Powstawanie promieniowania X
Lampa rentgenowska. Rozpędzone ładunki (np. elektrony) emitowane z katody bombardują tarczę (anodę). W wyniku zahamowania ładunków na anodzie powstają dwa rodzaje promieniowania: ciągłe (promieniowanie hamowania) charakterystyczne.
27
Katoda
• Elektroda o potencjale ujemnym
• Spirala z trudnotopliwego materiału
• Wysokie napięcie (kilkadziesiąt kV)
powoduje żarzenie i termoemisję
elektronów
28
Anoda
Materiał anody: 1. Wysoka liczba atomowa Z pierwiastków, (zwiększa, wprost proporcjonalnie, efektywność generowania promieniowania rentgenowskiego) 2. Wysoka temperatura topnienia, 3. Niskie ciśnienie parowania. Prawie cała energia rozpędzonych elektronów zamieniana jest na ciepło, więc temperatura anody wzrasta wraz z czasem trwania generacji promieniowania (chłodzenie cieczą lub wirowaniem anody). Rozpędzane elektrony nie powinny napotykać na swojej drodze żadnych przeszkód w postaci atomów gazu. Lampa jest wypełniona próżnią, stąd materiał anody musi charakteryzować się niskim ciśnieniem parowania.
29
Anoda
30
Źródło promieniowania
Punktowe
– korzystne dla generowania obrazu.
Powierzchnia na której hamowane są elektrony powinna być jak największa
– z punktu widzenia odprowadzania ciepła z anody.
SPRZECZNOŚĆ!!!
31
Źródło promieniowania
32
Źródło promieniowania
Lampa ze stałą anodą
33
Źródło promieniowania
Lampa z wirującą anodą
34
Źródło promieniowania
Parametry lampy rentgenowskiej:
• wysokie napięcie,
• obciążenie prądowe lampy,
• pojemność cieplna anody,
• materiał anody,
• wielkość ogniska lub ognisk,
• tętnienia wysokiego napięcia,
• filtracja własna lampy,
• widmo promieniowania i geometria wiązki.
35
Lampy RTG
36
Właściwości promieniowania X
Max energia fotonów 100keV
37
Radiografia
38
Powstawanie obrazu
39
Filtracja
Cel: zmiana widma promieniowania X za pomocą ośrodka pochłaniającego przez wyeliminowanie promieniowania miękkiego o dużej długości fal, które mają zbyt małą energię i zostają pochłonięte przez powierzchniowe warstwy zwiększając narażenie pacjenta.
40
Filtracja
Filtr własny - obudowa samej lampy, otaczający ją olej transformatorowy oraz okienko kołpaka.
Filtr dodatkowy - mocowany na zewnątrz kołpaka. W zależności od
przeznaczenia: absorpcyjny, charakterystyczny lub kompensacyjny.
Filtr absorpcyjny - pochłania promieniowanie miękkie. Filtr charakterystyczny (selektywny) - eksponuje promieniowanie
charakterystyczne o długościach fal z zakresu nieciągłości współczynnika pochłaniania, silnie wyrównuje nadmierne pochłanianie fragmentu prześwietlanego organu, wynikające np. nierównomiernej grubości, w stosunku do otoczenia.
41
Kolimator
Umieszczony bezpośrednio przed okienkiem kołpaka lub głowicy w
celu nadania odpowiedniego dla danego zastosowania kształtu wiązki
promieniowania.
– stały
– nastawny
– głębinowy
42
Przesłony przeciwrozproszeniowe
Promieniowanie rentgenowskie przenikając przez obiekt badany zostaje w nim nierównomiernie pochłonięte oraz rozproszone. Aby zmniejszyć wpływ promieniowania rozproszonego na pogorszenie jakości obrazu, stosuje się urządzenia zmniejszające grubość warstwy przez uciśnięcie obszaru badanego oraz przesłony przeciwrozproszeniowe.
43
Przesłony przeciwrozproszeniowe
„Kratka Bucky” - krata z ołowianych listewek.
Przesłony liniowe (Pottera) - sztywna płyta z cienkich sprasowanych pasków materiału dobrze pochłaniającego promieniowanie przegrodzonych materiałem (wypełniaczem) słabo pochłaniającym promieniowanie (aluminium, lub włókno węglowe) pokrytej folią aluminiową lub powłoką z włókna węglowego.
Przesłona nieruchoma lub ruchoma.
Kratka zogniskowana o listwach ułożonych zbieżnie (odległość ognisko lampy-kratka 80-120 cm).
Kratka równoległa o listwach ułożonych równolegle (odległość ognisko lampy-kratka 180-200 cm).
44
Detekcja promieniowania rtg
Detektory promieniowania rentgenowskiego są jednocześnie rejestratorami obrazu.
analogowy – film z jedno lub dwustronną warstwą emulsji umieszczony w światłoszczelnej kasecie, wewnątrz której znajduje się jeden lub dwa ekrany wzmacniające, ściśle przylegające do filmu
45
Detekcja promieniowania rtg
Rodzaje detektorów:
– cyfrowy – umożliwia zapis obrazu w formie cyfrowej;
46
Detekcja promieniowania rtg
Rodzaje detektorów cyfrowych:
– fosforowe – po naświetleniu promieniowaniem rentgenowskim warstwie luminescencyjnym tylko część energii zostaje zużyta na bezpośrednią emisję światła widzialnego, pozostała energia może zostaje zgromadzona w postaci utajonego obrazu i może być uwolniona w postaci fotostymulacji za pomocą wiązki laserowej;
– selenowy – obraz w postaci rozkładu ładunków elektrostatycznych odpowiadających rozkładowi natężenia fotonów powstałych w wyniku absorpcji promieniowania powstaje na płycie selenowej, która następnie jest skanowana za pomocą sond elektrometrycznych;
– krzemowy – używany w radiografii bezpośredniej, szybki odczyt i przetwarzanie, krzem pokryty CsI w celu podniesienia czułości na promieniowanie X.
47
Mammografia
48 48
Mammografia
49
Fluoroskopia
50
Fluoroskopia
• Promieniowanie rtg
• Wzmocnienie i przetworzenie sygnału na obraz tv
• Możliwość obserwacji obrazu „live” na monitorze
• Zastosowanie do diagnostyki układu trawiennego
• Wykorzystanie kontrastu
51
Fluoroskopia
52
Fluoroskopia
Ekran
fluorescency
jny
Wzmacniacz próżniowy
wyjście
53
Fluoroskopia
54
Angiografia
55
Angiografia
• Procedura inwazyjna • Wstrzyknięcie kontrastu do organizmu (żyły, arterie)
• Kontrast • Pochłania promieniowanie X
• Tworzy obraz żył/arterii
56
Angiografia
57
Angiografia substrakcyjna
58
Tomografia komputerowa
59
Tomografia komputerowa
60
Tomografia komputerowa
61
x3=4 x4=5
x2=3 x1=2 521 xx
943 xx
842 xx
x3 x4
x2 x1
x3=4 x4=5
x2=3 x1=2
631 xx
Tomografia komputerowa
62
Poziomy referencyjne
63
Poziomy wskaźnikowe
PA – projekcja tylna, AP – projekcja przednio-tylna, LAT – projekcja boczna, LSJ – zdjęcie stawów krzyżowo-biodrowych
Badane narządy Projekcja Dawka powierzchniowa
na jedno zdjęcie [mGy]
odcinek lędźwiowy kręgosłupa
AP
LAT
LSJ
10
30
40
brzuch, urografia dożylna, cholecystografia AP 10
miednica AP 10
staw biodrowy AP 10
klatka piersiowa PA
LAT
0,4
1,5
odcinek piersiowy kręgosłupa
AP
LAT
7
20
zęby Okołowierzchołkowa
AP
7
5
czaszka PA
LAT
5
3
64
Tomografia komputerowa
(a) Wyznaczone na osi obrotu w fantomie równoważnym wodzie, wys. 15 cm, śred. 16 cm (głowa) i 30 cm (kręgosłup lędźwiowy i brzuch).
25 Brzuch
35 Kręgosłup lędźwiowy
50 Głowa
Średnia dawka (mGy) (a) Badanie
65
Wyznaczona dla 4.5 cm kompresji piersi składającej się z 50% tkanki gruczołowej i 50% tkanki tłuszczowej, dla układów z
filtrem molibdenowym.
1 mGy (bez kratki rozproszeniowej)
3 mGy (z kratką rozproszeniową)
Średnia dawka w gruczole
Mammografia
66
Fluoroskopia
W powietrzu z rozproszeniem wstecznym
100 High Level
25 Normal
Moc dawki powierzchniowej (mGy/min)
Tryb pracy
67
Dozymetria
68
Dawka efektywna • Określa wielkość szkód spowodowanych w organizmie
oddziaływaniem promieniowania
E = T wT.HT • E : dawka efektywna
• wT : współczynnik wagowy narządu lub tkanki T
• HT : dawka równoważna w narządzie lub tkance T
Dawka efektywna jest niemierzalna!
69
Radiografia i fluoroskopia
70
• Entrance Surface Dose ESD • Na powierzchni ciała pacjenta lub fantomu, uwzględnia
rozproszenia wsteczne.
• Dose Area Product DAP • Dawka w powietrzu
71
Pomiar ESD
TLD
72
Od ESD do dawki pochłoniętej i efektywnej
• Dawki pochłoniętej w narządzie nie można mierzyć nieinwazyjnie
• Jedyny sposób to pomiar ESD
• Użycie modelu matematycznego do szacowania narażenia wewnętrznego
• Symulacje Monte Carlo
73
DAP
W przypadku badań złożonych zalecaną wielkością dozymetryczną jest iloczyn dawki przez powierzchnię DAP.
Pomiar za pomocą przyrządu z komorą jonizacyjną mocowaną do obudowy lampy rtg.
Całkowita wartość DAP jest kumulowana przez miernik i porównywana z poziomem wskaźnikowym.
74
Pomiar DAP
Komora
jonizacyjna
75
Od DAP do dawki pochłoniętej i efektywnej
• Modelowanie Monte Carlo
• Wyznaczenie dawki pochłoniętej w narządzie
• Po obliczeniu dawki pochłoniętej, dawka efektywna jest liczona wg zaleceń ICRP
76
CT
77
Dozymetria w CT
• CT: • CTDI (Computed Tomography Dose Index)
• DLP (Dose-Length Product)
• MSAD (Multiple Scan Average Dose)
• Mammografia • Średnia dawka w gruczole (Average Glandular Dose)
• Dawka obliczona z Entrance Surface Air Kerma (ESAK)
78
CTDI: radialny rozkład dawki w pojedynczym przekroju
Daw
ka
Szerokość przekroju
CTDI
Rozkład dawki
79
CTDIFDA i CTDI100
• Suma dawki w 14 kolejnych przekrojach:
• Dawka na głębokości 100mm:
CTDI100= 1/h ∫ D(z) dz -50mm
+50mm
CTDIFDA= 1/h ∫ D(z) dz -7h
+7h
80
Znormalizowane nCTDI100
• Stosunek CTDI do ładunku Q wyrażonego w mAs
CTDI100
Q (in mAs) nCTDI100 =
81
Ważone CTDI • CTDI jest mierzone w cylindryczbym fantomie, na
środku i na brzegach.
• Ważone CTDI określa się dla
• 1/3 wartości w środku fantomu CTDI100,c
• 2/3 wartości na brzegu fantomu CTDI100,p
• Ważone nCTDI:
CTDIw = 1/3 CTDI100,c + 2/3 CTDI 100,p
nCTDIw = 1/3 nCTDI100,c + 2/3 nCTDI 100,p
82
Pomiar CTDI w fantomie PMMA
Głowa Ciało
83
Fantomy PMMA
84
Komora jonizacyjna
ołówkowa
długość: od 10 do 16cm
85
Pomiar CTDI za pomocą TLD
oś obrotu
wspornik
kapsuła
leżanka
Gantry
Gantry
wiązka
oś obrotu
LiF -TLD
86
Dose Length Product DLP
• Wielkość analogiczna do DAP we fluoroskopii
• n – liczba przekrojów
• h – grubość przekroju
DLPw = CTDIw,eff * n * h
87
Poziomy referencyjne Examination CTDIw (mGy) DLPw (mGy.cm)
głowa a 60 1050
Twarz i zatoki a 35 360
Kręgosłup b 70 460
Klatka piersiowa b 30 650
płuca b 35 280
Routine brzuchb 35 780
Wątroba i śledziona b 35 900
Miednica b 35 570
Kości miednicy b 25 520
a:fantom głowy, b: fantom całego ciała
88
Multiple Scan Average Dose
Tomografia komputerowa
IAEA i USA – średnia dawka wielokrotnego skanowania MSAD
n – liczba skanów, I – interwał między przekrojami, D(z) – dawka w położeniu z, z – oś równoległa do osi obrotu
2
2
)(1
nI
nI
dzzDI
MSAD
89
Multiple Scan Average Dose
15 przekrojów, skok 1mm 21 przekrojów, skok 0.7mm
90
Poziomy referencyjne
Badane narządy Średnia dawka wielokrotnego skanowania
MSAD [mGy]
Głowa
Odcinek lędźwiowy kręgosłupa
Brzuch
50
35
25
91
Mammografia
92
Dozymetria w mammografii
Mammografia
średnia dawka w gruczole
wyznaczana na podstawie dawki powierzchniowej lub
wejściowej kermy w powietrzu
detektory TLD lub odpowiednia kalibracja lampy i
rejestracja parametrów
Wg IAEA 1 mGy bez kratek
przeciwrozproszeniowych i 3 mGy z kratkami.
4.01.12 93
Monitory i
drukarki
laserowe
Fluoroskopia
geometria
Testy QC
4.01.12 94
Radiografia
kontrast
rozdzielczość
Mammografia
kontrast
rozdzielczość
artefakty
Testy QC
4.01.12 95
Narażenie awaryjne
96
Narażenie awaryjne
Kobiety ciężarne
– Przed każdym badaniem radiologicznym należy zapytać pacjentkę czy nie jest w ciąży.
– W przypadku wystąpienia narażenia należy indywidualnie oszacować jego wielkość.
97
Narażenie awaryjne
Pacjenci
– Narażenie powoduje zmiany skórne
98
Dziękuję za uwagę