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
[email protected]
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
[email protected]
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
[email protected]
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
[email protected]
Mika Kortesniemi | HUS-Kuvantaminen
5
[email protected]
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
[email protected]
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.
[email protected]
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)
[email protected]
Wendla Paile / Stuk
11
[email protected]
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
[email protected]
Mika Kortesniemi | HUS-Kuvantaminen
13
[email protected]
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
[email protected]
15
Stuk 2014
[email protected]
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
[email protected]
18
State University of New York (SUNY)
[email protected]
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
[email protected]
70 kV, 3 mAs
Mika Kortesniemi | HUS-Kuvantaminen
SUNY
20
[email protected]
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
[email protected]
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
[email protected]
Expert Training Course, Agfa
25
[email protected]
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
[email protected]
RINNAT
28
[email protected]
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
[email protected]
30
[email protected]
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
[email protected]
~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
[email protected]
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.
[email protected]
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