docKortesniemi M, Säteilyriskit röntgenkuvauksissa
download 
Report Transcription
Kortesniemi M, Säteilyriskit röntgenkuvauksissa
Säteilyriskit röntgenkuvauksissa Meilahti 24.11.2015 Mika Kortesniemi Ylifyysikko, dosentti, FT HUS-Kuvantaminen Meilahden sairaala, Helsinki HELSINGIN YLIOPISTO FYSIIKAN LAITOS Stuk 2015 mika.kortesniemi@hus.fi 2 Miten informoida potilasta säteilyriskeistä Ionisoiva säteily • Ionisaatio on tapahtuma, jossa neutraali atomi menettää elektronin, esim. säteilyn vaikutuksesta, ja muuttuu siten varatuksi ioniksi. • Ionisoivaa säteilyä ei voi suoraan aistein havaita ~ hiukkasia, aaltoja. • Säteilyn vaikutukset ovat sattumanvaraisia • Säteily voi käynnistää sarjan vuorovaikutusprosesseja, jotka ilmenevät eri tasoilla säteilyn hyötyinä, haittoina tai neutraaleina seurauksina • Myös säteilyn havaitseminen, mittaaminen ja vaimeneminen väliaineessa sekä säteilyn hyötykäyttö perustuvat vuorovaikutuksiin. Stuk 2015 mika.kortesniemi@hus.fi 3 HT Aktiivisuus Ydinmuutosten taajuus Säteilytys K G Kermanopeuden (Gd) tai annoksen muuntokerroin (k1) S A R Röntgenputki X [C/kg, R] Ionisaatio kaasussa Absorboitunut annos D [Gy] Väliaineeseen Efektiivinen annos, E D E Aktiivisuudesta tai röntgensäteilytyksestä säteilybiologiseen riskiarvioon A [Bq] i ~ käy läpi kaikki kudokset ja elimet Hi = kudoksen ekvivalenttiannos wi = kudoksen painotuskerroin Biologinen annos Säteilyn laatukerroin wR Ekvivalenttiannos HT [Sv] 4 X Säteilyannoksen johtoketju g,a,b mika.kortesniemi@hus.fi Esim. jos rintakudos saa mammografiassa 1,5 mGy Þ Ef.annos on 0,12 x 1,5 = 180 µSv Kudosten painotuskertoimet wT Efektiivinen annos Kudokseen E [Sv] Koko keholle Fysikaalinen annos W R ~ LET mika.kortesniemi@hus.fi Mika Kortesniemi | HUS-Kuvantaminen 5 mika.kortesniemi@hus.fi ICRP, The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection 6 1 Suomalaisten keskimääräinen säteilyaltistus = 3,2 mSv vuodessa Röntgen mSv »15% Stuk 2014 mika.kortesniemi@hus.fi 7 Kudosvaikutukset (~”deterministinen”, säteilysairaus, palovamma, sikiövaurio) · Liittyvät tyypillisesti suuriin ja äkillisiin altistuksiin. · Johtuvat usein laajamittaisesta solutuhosta ja ilmaantuvat verrattain lyhyen ajan sisällä. · Määriteltävissä säteilyannoksen kynnysarvo, jonka alapuolella haittaa ei esiinny, mutta kynnysarvon ylittyessä haitta on hyvin todennäköinen ja sen vaikeusaste nousee annoksen kasvaessa. · Annosnopeus vaikuttaa kynnysarvoon ja haitan asteeseen. Jos altistus tapahtuu pitkän ajan kuluessa, kynnysarvo on korkeampi ja haitta pienempi. · Yksilön suojaaminen on keskeistä determinististen vaurioiden ehkäisemisessä. mika.kortesniemi@hus.fi Stokastiset ja kudosvaikutukset Stokastiset eli satunnaiset vaikutukset (syöpä, geneettinen haitta) · Syntyvät satunnaisesta perimämuutoksesta yhdessä altistuneessa solussa. · Eivät synny kuolleista soluista. · Ilmenevät useita vuosia altistuksen jälkeen. · Vaikutuksille ei ole kynnysarvoa - eli pienikin annos lisää todennäköisyyttä, joka kasvaa nykytiedon mukaan lineaarisesti kokonaisannoksen kasvaessa (LNT). · Haitta-aste ei kasva annoksen mukana, eikä annosnopeus vaikuta riskiin kovin paljoa. · Yksilön riski on pieni korkeankin annoksen jälkeen · Väestöannos (kollektiivinen annos) on tärkeä kokonaishaitan mitta Wendla Paile / Stuk 10 Säteilysuojelun pääperiaatteet Annosvaste ~ Vaikutuksen todennäköisyys 100 % 4Oikeutusperiaate è INDIKAATIOT JA LÄHETE Säteilyn käytöstä saatavan hyödyn on oltava suurempi kuin siitä aiheutuvan haitan. Kudosvaikutus 4Optimointiperiaate è TEKNINEN OPTIMOINTI, AIEMPI INFORMAATIO (ALARA-periaate, As Low As Reasonably Achievable) Säteilyn käytöstä aiheutuva säteilyaltistus on pidettävä niin pienenä kuin kohtuudella on mahdollista. Stokastinen vaikutus 4Yksilönsuojaperiaate Työntekijöiden ja väestön yksilön säteilyaltistus ei saa ylittää vahvistettuja enimmäisarvoja, annosrajoja. LNT-malli (Linear No-Threshold) Annos (Gy) mika.kortesniemi@hus.fi Wendla Paile / Stuk 11 mika.kortesniemi@hus.fi 12 Säteilyn käyttö lääketieteessä - Röntgentutkimukset Digitaalikuvauksen dynaaminen alue ~ 10 000 • Tietokonetomografia (TT) Þ Digi vs filmi dynamiikassa: ~ 300-400 kertainen ero • Luuston mineraalipitoisuuden mittaustekniikat • Mammografia Digikuvaus Filmikuvaus 0.01 0.1 1 10 100 Optical density • Läpivalaisu ja angiografia System responce • Natiivikuvaukset Filmin dynaaminen alue ~ 30 D (µGy) • Hampaiden röntgenkuvaustekniikat mika.kortesniemi@hus.fi Mika Kortesniemi | HUS-Kuvantaminen 13 mika.kortesniemi@hus.fi 14 2 Efektiiviset annokset (mSv) potilaalle yleisimmissä perinteisissä röntgenkuvauksissa – digitaalisuuden myötä saavutettava annossäästö Potilasannoksen vertailutasot röntgenkuvauksissa – ESD, DAP ja MGD Saavutettavissa oleva taso FILMI KUVALEVY SUORADIGI 0.05 0.07 0.14 0.7 1.5 1.8 1.7 Stuk, Compagnone 2008 mika.kortesniemi@hus.fi 15 Stuk 2014 mika.kortesniemi@hus.fi 17 Kontrasti vs fotonienergia Korkeampi jännite (kV) Þ korkeampi röntgensäteiden energia (keV) Þ vähemmän valosähköistä ilmiötä, enemmän Comptonin sirontaa Þ huonompi kontrasti Perusvuorovaikutukset säteilyn ja kohdeaineen välillä K L M N Valosähköinen ilmiö ~ Z3/E3 Comptonin sironta ~ re/E 60 kV, 12 mAs, 1 mGy* 125 kV, 0.5 mAs, 1 mGy* * annos detektorilla mika.kortesniemi@hus.fi 18 State University of New York (SUNY) mika.kortesniemi@hus.fi 19 Kohina vs annos Sironta riippuu myös kuvakentän koosta Kuvakentän pienentäminen Þ vähemmän sirontaa Þ parempi kontrasti 20 cm 10 cm 5 cm Eli jos annos kaksinkertaistuu (kerroin 2), niin kohina pienenee melkein kolmanneksella (kerroin 0.7). Kohina 43 cm Annos ATOM 705D antropomorfinen fantomi Kohinasimulaatio Kohina Annos mika.kortesniemi@hus.fi 70 kV, 3 mAs Mika Kortesniemi | HUS-Kuvantaminen SUNY 20 mika.kortesniemi@hus.fi 22 3 Kuvanlaatuun vaikuttavia tekijöitä Optimointi = kuvanlaadun ja annoksen kompromissi Diagnostinen kuvanlaatu on välttämätön reunaehto 6 • • • • Jälkikäsittely viallisten pikselien korjaus tasaisuuskorjaus kohteen tunnistus ikkunointi/LUT-korjaus 7 • • • Kuvankatselun olosuhteet ympäristön valaistus monitorin heijastumat monitorin suorituskyky LAUSUNTO 8 Kuvan tulkitsija LÄHETE Radiologisen kuvan laatu ~ STOKASTISET JA KUDOSVAIKUTUKSET KUVANLAATU 1 • • • 5 Detektori • pikselikoko- ja määrä • herkkyys (~DQE) SÄTEILYALTISTUS Potilas anatomia fysiologia kuvauskohde = HAITTA ~ DIAGNOSTINEN TARKKUUS JA VAIKUTTAVUUS 4 Liikkeen vaikutukset • potilas • röntgenputki = HYÖTY 3 Kuvaustekniikka • kVp, mA, s, fokus • suodatus, rajaus, hila Þ annos Päivitetyt ICRP 103 suositukset vahvistavat optimoinnin merkitystä säteilysuojelussa. 2 • • • Kuvausgeometria fokus-detektorietäisyys kohde-detektorietäisyys geometrinen vääristymä mika.kortesniemi@hus.fi 24 Projektiosuunnan vaikutus thx-annokseen Monte Carlo simulaatio Esimerkki multi-frequency jälkikäsittelystä (MUSICA) Simulaation parametrit Alkup. raakakuva AP Alkuperäinen raakakuva LUT säätö LUT + MFP LUT + MFP + LR Parannettu MFP PA Simulaatio Elinannokset LR = latitude reduction Annos MFP: Multi-frequency postprocessing (Musica: Laplacian pyramid decomposition and inverse transform with edge enhancement and latitude reduction) 6 x korkeampi 1.6 x korkeampi mika.kortesniemi@hus.fi Expert Training Course, Agfa 25 mika.kortesniemi@hus.fi Naisen THX AP kuvauksen simulaatio - riski Mika Kortesniemi | HUS-Kuvantaminen Kudospaksuus 26 Naisen THX PA kuvauksen simulaatio - riski Mies30v 30v– PA-suunnan kuvaus Nainen • sama enää ef.annos (22 µSv) • Ef.annos 22 µSv • LLE • LLE 0,6 h1,7 h Nainen 30v • Ef.annos 35 µSv • LLE 0,8 h mika.kortesniemi@hus.fi RINNAT 28 mika.kortesniemi@hus.fi 29 4 Miehen THX PA kuvauksen simulaatio - riski Tytön THX PA kuvauksen simulaatio - riski Lapsen tutkimuksessa • Pienempi fys.annos 37 µGy • Pienempi ef.annos 12 µSv • Kuitenkin LLE 0,7 h Mies 30v • Sama ef.annos 22 µSv • Pienentynyt LLE 0,2 h mika.kortesniemi@hus.fi 30 mika.kortesniemi@hus.fi 31 HUS-Kuvantaminen 2014 – Kuvantamisen taskutieto lääkäreille – kts. intrasta! Kuvantamistutkimusten tyypilliset säteilyannokset Päivitetyn atomipommidatan perusteella Taulukon annokset ovat keskimääräisiä annoksia ja potilaskohtainen vaihtelu voi olla huomattava Säteilystä johtuvan syöpäkuoleman riski (%/Sv) Iästä riippuva säteilyherkkyys Þ elinaikainen syöpäriski mika.kortesniemi@hus.fi ~Stokastiset vaikutukset tai 3h lentomatka Naiset Miehet Vertailukohtana – tavallisen lentomatkan aikana kertyy 5 µSv/h (0,005 mSv/h). Ikä altistumishetkellä (y) BEIR report VII (2005), Brenner 2002 32 mika.kortesniemi@hus.fi Kliininen kuvanlaatu – tavoitteena oikea taso Tietokonetomografian optimointi Motivaattoreina: · · TT-tutkimusmäärä on kasvanut. Kliininen kuvanlaatu · TT:n osuus kollektiivisesta säteilyaltistuksesta radiologiassa on yli 50%. Optimoinnin ratkaisut vaihtelevat huomattavasti samoillakin indikaatioilla ja laitemalleilla eri yksiköissä. mika.kortesniemi@hus.fi Mika Kortesniemi | HUS-Kuvantaminen 33 • Liian alhainen kuvanlaatu • Ei relevanttia diagnostista tietoa • Pieni, mutta turha annos • Matala kuvanlaatu • Kontrollikuvaukset • Matala annostaso (ns. low-dose) • Normaali kuvanlaatu • Tyypillinen diagnostiikka • Keskimääräinen annostaso • Korkea kuvanlaatu • Vaativa diagnostiikka • Korkea annostaso • Liiallinen kuvanlaatu • Ei diagnostista lisäarvoa • Liian korkea annostaso LÄHETÄ RÖNTGENKUVAUKSIIN HARKITEN ! (OIKEUTUS ~ INDIKAATIO) - MUTTA MUISTA: KUVAUKSEN SÄTEILYRISKI ON POTILAALLE HYVIN PIENI 34 Tekninen kuvanlaatu 5
