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