Sugárvédelem az orvosi képalkotásban

Elek Richárd

+36-1 482-2000/191 elek.richard@osski.hu

Ionizáló sugárzások

• Sugárzás:– Elektromágneses ~: energiaáramlás– Részecskesugárzás: energia- és tömegáramlás

• Sugárzás és anyag kölcsönhatása:– Elektronhéjjal– Atommaggal

• Ionizáció: Kölcsönhatás, melynek során töltötté válik egy, a kölcsönhatásban részt vevő atom vagy molekula

• Kölcsönhatás ≡ Energiaátadás

A kezdetek…

• Erythema-dózisAz a dózis, mely bőrpírt okoz180 kV csőfeszültség, 1mm Al egyenértékű szűrés és 6 x 8 cm2 mezőméret mellett a bőr felületén

• „A röntgenorvosok és asszisztensek egyhavi dózisa ne lépje túl az erythema-dózis egy századát” (Mutscheller, 1924)

• „Tolerancia dózis”

FIZIKAI DÓZISMENNYISÉGEK

Besugárzási dózis (expozíció)

• Röntgen- és γ- fotonokra értelmezhető

• Az erythema dózis kb. 600 R, mely megfelel 5,76 Gy elnyelt dózisnak

(lágy szövetben)

RkgC

dmdQX ;

• A sugárvédelmi célú mérőműszerek a tömegegységben keltett töltések számát mérik leggyakrabban, vagy adnak azzal arányos jelet!

Elnyelt dózis

• Bármely sugárzás jellemzésére alkalmas

• Jellemző egységei:– mGy, μGy;

1 g tömegű víz 1 ° C hőmérsékletváltozásához kb. 4,2 J energia befektetése szükséges standard körülmények között

GykgJ

dmdD ;

Fluens

2 mdAdN

• Egy tetszőleges határfelületen áthaladó részecskék darabszáma

• Alkalmas a sugárzási terek jellemzésére

KERMA*, K

• Töltés nélküli részecskék esetén (neutron/foton) által keltett összes töltött részecske kezdeti kinetikus energiája, adott tömegegységre vonatkoztatva

• Alacsony energián (röntgenberendezések)megfelel az elnyelt dózisnak

GydmdEK tr

* Kinetic Energy Released per unit Mass

Elnyelt dózis-, fluens- és kermateljesítmény

• A korábban definiált mennyiségek idő szerinti deriváltjai segítségével adhatjuk meg azok „teljesítmény” jellegű mennyiségeit

• A sugárvédelem optimálásakor hasznos mennyiségek

111 ; GyssJkgdtdDD

12

smdtd

1 GysdtdKK

DAP – Dózis-terület szorzat

• A távolságtól független mennyiség• Egyszerűen mérhető - KERMA

4 Gy 0,5 m25 cm2

100 Gy cm2

1 Gy 1 m100 cm2

100 Gy cm2

0,25 Gy 2 m400 cm2

100 Gy cm2

Dózis Táv.MezőméretDAP

SUGÁRVÉDELMI DÓZISMENNYISÉGEK

Déri Zsolt: 15 éves a Hírsugár; http://www.sugarvedelem.hu/sugarvedelem/docs/kulonsz/2011sv/szekcio6/hirsugar.pdf

Egyenérték (ekvivalens) dózis

• Adott sugárzás élettani hatása alapján hozzárendelt súlyozó tényező (wR) segítségével adható meg

fajta E (keV) wR

foton mind 1e-, x mind 1

n0

<10 keV10…100 keV

100 keV…2 MeV2…20 MeV> 20 MeV

51020105

p+ > 2 MeV 5 mind 20

RTRRT DwH ,,

Effektív dózis

• „Kockázat” jellegű,• Sugárvédelmi célú dózismennyiség• A szerv vagy szövet egyenérték dózisa a

feltevés szerint egy számként jellemzi a biológiai hatásokat

1; JkgSvHwET

TT

Szöveti súlytényezők (wT)

SZERV ICRP 26

ICRP 60

ICRP 103

Gyomor 0,12 0,12

Hólyag 0,05 0,04

Máj 0,05 0,04

Nyelőcső 0,05 0,04

Bőr 0,01 0,01

Nyálmirigy 0,01

Agy 0,01

SZERV ICRP 26 ICRP 60

ICRP 103

Gonádok 0,25 0,20 0,08

Csontvelő (vörös) 0,12 0,12 0,12

Tüdő 0,12 0,12 0,12

Emlő 0,15 0,05 0,12

Pajzsmirigy 0,03 0,05 0,04

Csontfelszín 0,03 0,01 0,01

Maradó szervek, szövetek

0,3 0,05 0,12

Vastagbél 0,12 0,12

Kollektív effektív- és egyenérték dózis

• Csoportok sugaras kockázatainak elemzésekor használatos, nem korlátozó jellegű dózismennyiségek

• Nem alkalmas epidemiológiai kockázatbecslésre

Group

GroupGroup NES

Group

GroupGroupT NHS ,

SvmanS

BIOLÓGIAI DÓZISMENNYISÉGEK

Lineáris Energiaátadási Tényező

• A biológiai hatások jellemzésekor jól használható fizikai mennyiség

m

keVmeV

lELET

;

Lekötött dózisok - inkorporáció

• Belégzés, a bőrön keresztül vagy lenyelés révén az emberi szervezetbe kerülő radioaktív anyagok által okozott sugárterhelés

• A metabolizmus révén az elnyelt dózis-teljesítmény (és a származtatott dózismennyiségek) időben változnak

• t0 az egyszeri felvétel időpontja• τ a „lekötöttség” várható időtartama, 50 év

felnőttekre és 70 év gyermekekre egyezményesen

Lekötött elnyelt-, egyenérték- és effektív dózis

• Az adott dózis-teljesítmény integrálja a felvételtől (t0) számított idő alatt (t0 + τ)

• Belső sugárterhelés becslésére alkalmas mennyiségek

0

0

t

t

dttDD

0

0

t

t

TT dttHH

TT

T HwE

OPERATÍV (MÉRHETŐ) DÓZISMENNYISÉGEK - FANTOMOKKAL

Dózisegyenérték

• A test egy adott (x) pontszerű térfogatában elnyelt D(x) dózis és egy, az adott sugárzás minőségét jellemző súlytényező szorzata

• A méréstechnikában, hitelesítéshez használt,• A kis dózisok (normál üzemi körülmények)

jellemzésére megfelelő mennyiség

SvJkgxDxQxH ;1

Környezeti dózisegyenérték

• Szabad környezet, munkahelyi sugárzási terek jellemzésére

• Nagy LET értékű sugárzásoknál d = 0,07 mm• Alacsony LET értékűeknél d = 10 mm

sugárzási tér d

ICRU gömb*

dH ** ICRU gömbfantom: 300

mm átmérőjű, 1 gcm-3 sűrűségű,

• 76,2 % oxigén• 11,1 % szén• 10,1 % hidrogén és• 2,6 % nitrogén tartalmú

műanyag fantom

Irány szerinti dózisegyenérték• Szabad környezet, munkahelyi sugárzási terek jellemzésére• Nagy LET értékű sugárzásoknál d = 0,07 mm• Alacsony LET értékűeknél d = 10 mm

sugárzási tér d

ICRU gömb*

,' dHΩ

* ICRU gömbfantom: 300 mm átmérőjű, 1 gcm-3 sűrűségű,

• 76,2 % oxigén• 11,1 % szén• 10,1 % hidrogén és• 2,6 % nitrogén tartalmú

műanyag fantom

dHdH *0,'

Személyi dózisegyenérték

• Munkahelyi ellenőrzésekhez• Nagy LET értékű sugárzásoknál d = 0,07 mm• Alacsony LET értékűeknél d = 10 mm

ICRU hasáb*

dH p

* ICRU hasábfantom: 300 x 300 x 150 mm méretű, 1 gcm-3 sűrűségű,

• 76,2 % oxigén• 11,1 % szén• 10,1 % hidrogén és• 2,6 % nitrogén tartalmú

műanyag fantom

sugárzási tér d

Személyi doziméter

Mennyiség Egység Alkalmazási terület

ALAPVETŐ FIZIKAI MENNYISÉGEK

Levegőkerma, Ka Gy Referenciamennyiség, foton

Fluens, Φ m-2 Referenciamennyiség, neutron

Elnyelt dózis, D Gy Referenciamennyiség, elektron

OPERATÍV MENNYISÉGEK (dózisegyenérték)

Személyi ~, Hp (d) Sv Egyéni ellenőrzés

Környezeti ~, H* (d) Sv Környezet, áthatoló sugárzás

Irányfüggő ~, H’ (d,Ω) Sv Környezet, nem áthatoló sug.

Elsődleges korlátozó és sugárvédelmi célú mennyiségek

Szövetben elnyelt dózis, DT Gy Dóziskorlátozás

Szöveti egyenérték dózis, HT Sv Dóziskorlátozás

Effektív dózis, E Sv Dóziskorlátozás

Kollektív effektív dózis, S man*Sv Optimálás

A SUGÁRVÉDELEM ALAPELVEI

• Egy adott küszöbdózis felett a sugárzás károsító hatása egyértelmű

• Determinisztikus – szükségképpen fellép• A hatás a küszöb felett arányos a dózissal• A hatás lehet:– Sugársérülés: lokális expozíció eredményeképpen– Sugárbetegség: egésztest besugárzás következménye

A SUGÁRZÁS NEM FERTŐZ!!!

Sugárbiológia - Determinisztikus hatás

Sugárbiológia - Sztochasztikus hatások

• A sztochasztikus hatás mindig későn jelentkezik, lappangást követően

• A dózissal arányosan a daganatos megbetegedések száma nő

Lineáris küszöb nélküli modell

• Mivel a nagy dózisok hatása ismert, ezért extrapolálunk a kisebb dózisok tartományára

• Az ALARA elv szerint: Az ésszerűen elérhető legalacsonyabb dózisra törekszünk (as low as reasonably achievable) – mert nincs kockázatmentesen alacsony dózis

• Nemzetközileg elfogadott konzervatív megközelítés, amely óvatos és így kielégíti a laikus igényeket is

A sugárvédelem célja

• Megóvni az embert és környezetét a sugárzás egészségkárosító– determinisztikus és– sztochasztikushatásaitól egyaránt

• A sugárvédelemnek nem célja tiltani vagy feleslegesen korlátozni az ionizáló sugárzások békés célú felhasználását!

Az indokoltság elve

• Akkor végezhető egy tevékenység (vizsgálat), mely ionizáló sugárzás felhasználásával jár, ha indokolható, hogy:– Az egyén vagy a társadalom számára nettó haszonnal

jár– Nem váltható ki más, olyan eljárással ami nem jár

sugárterheléssel– Az orvosi gyakorlatban szinte mindig indokolt egy

betegséggel/beavatkozással kapcsolatban – ez a radiológus (és/vagy a beutaló orvos) felelőssége

Az optimálás elve

• Az ALARA elvnek megfelelően• Mivel a sugárvédelem küszöb nélküli modellje

alapján nem létezik kockázatmentesen alacsony dózis

• Mivel a kis dózisokra vonatkozó ismereteink hiányosak, ezért a modell fennáll továbbra is

A korlátozás elve

• A dózisok (effektív dózis) korlátozása a sztochasztikus kockázatokat elfogadható szintűre csökkentik

• Az orvosi besugárzások dózisa nem korlátozható – csak irányadó szint javasolható az egyes vizsgálatokhoz

Sugárterhelés forrása Effektív dózis

1 évig élni 80 km-re egy normálisan működő atomreaktortól 0,00009 mSv

1 db banán elfogyasztása 0,0001 mSv

1 évig élni 80 km-re egy széntüzelésű erőműtől 0,0003 mSv

Egy kéz-röntgen felvétel 0,001 mSv

Képcsöves monitor használata 1 évig 0,001 mSv

Egy napi külső forrásból eredő természetes sugárterhelés Magyarországon 0,002 mSv

Egy napi természetes eredetű sugárterhelés Magyarországon 0,008 mSv

Egy napi külső forrásból eredő dózis Mitoban (a sérült Fukushima-I erőműtől délre 130 km-re), március 21-én 0 órától 24 óráig 0,008 mSv

Egy mellkas-átvilágítás 0,02 mSv

Egy tengerentúli repülőút 0,05 mSv

Egy napi külső forrásból eredő dózis a Fukushima-II erőműnél (a sérült Fukushima-I erőműtől délre kb. 10 km-re), március 21-én 4 órától 22-én 4 óráig 0,67 mSv

Egy mammográfiás felvétel 3 mSv

Egy évi természetes eredetű sugárterhelés Magyarországon 3 mSv

Egy mellkasi tomográf (CT) felvétel 5,8 mSv

Az évi dóziskorlát a sugárveszélyes helyen dolgozókra 50 mSv

A legkisebb dózis, amely már egyértelmű rák-kockázat növekedéssel jár 100 mSv

Az életmentésben résztvevők számára megengedett legnagyobb dózis 250 mSv

A legkisebb dózis, amely már közvetlen egészségügyi hatások megjelenéséhez vezethet 400 mSv

Az a dózis, amely már gondos kezelés mellett is nagy valószínűséggel halálos 8000 mSv

Országos Atomenergia Hivatal; http://www.haea.gov.hu/web/v2/portal.nsf/hirek_hu/B3D82742F1F84A23C125785B002F0053 adatai felhasználásával

AZ ORVOSI EREDETŰ SUGÁRTERHELÉS – A PÁCIENS SUGÁRVÉDELME

Az embert érő sugárterhelések besorolása

• Természetes sugárterhelés• Foglalkozási sugárterhelés• Lakossági sugárterhelés• Orvosi sugárterhelés

Orvosi sugárterhelések trendje

Sources and effects of ionizing radiation : United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation : UNSCEAR 2008 report to the General Assembly, with scientific annexes.

European Guidance on Estimating Population Doses from Medical X-Ray Procedures; ANNEX 1 – DD Report 1 - Directorate-General for Energy and Transport, 2008 Brüsszel

A különböző vizsgálatok által okozott sugárterhelés becslése

• Az egyes vizsgálatoknál a mért fizikai (elnyelt dózis, DAP, DLP stb.) alapján számítható a vizsgálat által a betegre vonatkoztatott kockázat

• A becsléskor szimulációk alapján számított, vagy antropomorf fantomokon mért dózisok révén lehet a számítást elvégezni

DÓZISBECSLÉS SZÁMÍTÓGÉPES RÉTEGFELVÉTELEZŐ KÉSZÜLÉKEKNÉL

A CT vizsgálatok hazai mennyiségi mutatói*

556 684 484 645592 828

~ 70 %

2008 20102009

~ 55 %~ 70 %

795263 881173846897

*Ezen vizsgálatok számát összegezve: Agy, arc-koponya, nyak, angiográfia, gerinc, mellkas, has, medence, végtag, egyéb; nem tartalmazza: CT vezérelt intervenció, 3D vizsg. besugárzás tervezéshez

Vizsgálatszám

Feldolgozottság

Év

Korrigált adat

• Ionkamra

• Testfantom

• Fejfantom

• „Zubehöre”

Zeff=6,56; ρ=1,19 gcm-3

A mérésekhez szükséges eszközök

Dózisprofil a z-tengely menténR

elat

ív d

ózis

/D

(z)

Dózisprofil a z-tengely mentén (mm)

dzzD

TNCTDI )(1

T

TFDA dzzD

TNCTDI

7

7

)(1

mm

mm

dzzDTN

CTDI50

50100 )(1

D(z): dózisprofil a z-tengely mentén

N: az egy körülfordulás alatt leképezett szeletek száma

T: egy szelet (névleges) vastagsága, így:

N×T: a névleges nyalábszélesség

perifériacentrálisw CTDICTDICTDI ,100,100 32

31

Dozimetriai mennyiségek

][mGyCTDI X

LCTDIDLP vol

)( TNTFp

pCTDICTDI w

vol

TF: az asztal által megtett útz-irányban, egy körülfordulás alatt

N: az egy körülfordulás alatt leképezett szeletek száma

T: egy szelet (névleges) vastagsága, így:

N×T: a névleges nyalábszélesség

CTDIw: súlyozott CT dózisindex

L: a vizsgálati hossz

További dozimetriai mennyiségek

][mGycmDLP

Néhány dóziskonverziós tényező

Effektív dózis/DLP értékek, három különböző szoftverrel számítva

Dozimetriai szoftver

Koponya vizsgálat

Nyakcsigolya vizsgálat

Mellkas vizsgálat

Hasi felvételezés

Ágyék-vizsgálat

ImPACT 2,2 5,4 17 16 18

CT-Expo 2,3 5,4 16 18 15

ImpactDose 2,0 11,9 15 16 18Megjegyzés: Az adatok μSv*mGycm-1 egységben értendőek. A számítások 120 kV csőfeszültségre, felnőtt férfi páciensre – Siemens Sensation 16 alapján kerültek kiszámításra

Converting Dose-Length Product to Effective Dose at CT W. Huda, K. M. Ogden, M. R. Khorasani Radiology: Volume 248: Number 3 - September 2008 5. számú táblázat

Átlagos effektív dózis különböző CT vizsgálatoknál

• Koponya CT: 2,0 mSv• Nyaki CT: 2,4 mSv• Mellkas CT: 7,8 mSv• Gerincvizsgálat: 4,2 mSv• Hasi vizsgálat: 9,8 mSv• Ágyék felvételezése: 9,8 mSv• Törzs felvételezése: 10,4 mSv

European Guidance on Estimating Population Doses from Medical X-Ray Procedures; ANNEX 1 – DD Report 1 - Directorate-General for Energy and Transport, 2008 Brüsszel p. 38. A3.1 táblázat; UK

SUGÁRVÉDELMI SZABÁLYOZÁS

A munkahelyi sugárvédelemre vonatkozó jogszabályok struktúrája

AZ ATOMENERGIÁRÓL SZÓLÓ 1996. évi CXVI. Törvény (At.)

Az At. VÉGREHAJTÁSI RENDELETEI

Egészségügy Kormány Környezetvédelem KHVMKözlekedés BM

munkahelyi sugárvédelmi szabványok

termékszabványok

Végrehajtási útmutató

Munkahelyi Sugárvédelmi Szabályzat

Óvórendszabály Módszertani levél

A sugáregészségügyi ellátás szervezeteEGÉSZSÉGÜGYI MINISZTÉRIUM

ÁLLAMI NÉPEGÉSZSÉGÜGYI ÉS TISZTIORVOSI SZOLGÁLAT

FŐHATÓSÁG: ORSZÁGOS TISZTIFŐORVOSI HIVATAL

SZAKMAI BÁZISINTÉZETOSSKI

HATÓSÁG MEGYEI KORMÁNYHIVATALOK NÉPEGÉSZSÉGÜGYI SZAKIGAZGATÁSI SZERVEI

SUGÁREGÉSZSÉGÜGYI DECENTRUMAI

Közép-dunántúli SD: Veszprém

Nyugat dunántúli SD:Győr

Közép magyarországi SD: Budapest

Észak magyarországi

SD: Miskolc

Észak-alföldi SD: Debrecen

Dél-alföldi

SD: Szeged

Dél-dunántúli

SD: Szekszárd

A sugáregészségügyi ellátás szervezete – területi felosztás szerint

Nyugat-dunántúliKomárom-Esztergom

Vas Közép-dunántúliFejér

TolnaZala

Somogy

Baranya

Bács-Kiskun

Csongrád

Békés

Pest

Nógrád Heves

Észak-magyarországi

Szabolcs-Szatmár-Bereg

Hajdú-BiharBudapestGyőr

Debrecen

Miskolc

SzegedSzekszárd

Veszprém

Közép-magyarországiBorsod-Abaúj--

Zemplén

Észak-alföldi

Dél-alföldi

Dél-dunántúli

Jász-Nagykun-Szolnok

Sugárveszélyes munkahelyek hazánkban

4311 4535 4749 4823 4920

1149 1204 1277 1255 1282

54605739

6026 6078 6202

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

2005 2006 2007 2008 2009

Mun

kahe

lyek

szá

ma

(db)

Orvosi Ipari Összes

A munkáltató írásos megbízása alapján, a sugárvédelmi szolgálat• legalább egy sugárvédelmi megbízottból

(egyszerűsített engedélyezési eljárás esetén)• legalább egy sugárvédelmi megbízott és

helyetteséből áll.• Munkahelyi Sugárvédelmi Szabályzat (MSSZ)– előírások - 6. sz. melléklet– feladatok meghatározása - 8. sz. melléklet.

Sugárvédelmi szolgálat

A 16/2000. EüM. Rendelet mellékletei I.

• 1. számú melléklet– alapvető sugárvédelmi követelmények– meghatározások

• 2. számú melléklet– dóziskorlátok, radon-koncentrációk munkavállalókra

vonatkozó cselekvési szintjei• 5. számú melléklet– a munkahelyi sugárvédelem alapvető előírásai

• zárt radioaktív sugárforrással vagy röntgencsővel működő műszerrel, berendezéssel végzett munkák alapvető előírásai

• nyitott radioaktív készítményekkel végzett munkák alapvető előírásai

A 16/2000. EüM. Rendelet mellékletei I.

• 6. számú melléklet– munkahelyi sugárvédelmi szabályzat

• 7. számú melléklet– az atomenergiát alkalmazó munkahelyek /

tevékenységek besorolása• 8. számú melléklet– a sugárvédelmi szolgálat feladatai

• 10. számú melléklet– adatszolgáltatás engedélykérelemhez

A sugárveszélyes munkahelyek munkavállalói:• "A" besorolásúak, akiknél fennáll a lehetősége

annak, hogy az évi effektív dózis meghaladja a 6 mSv értéket, vagy a szervdózis a korlátok 3/10 részét. A személyi dozimetriai ellenőrzés kötelező.

• "B" besorolású minden egyéb munkavállaló.

OSSKI - Országos Személyi Dozimetriai Szolgálatelérhetőség: oszdsz@osski.hu; + 36-1 482 2014

A sugárterhelés ellenőrzése I.

A meghatározott mennyiség a személyi dózisegyenérték a HP(10), amely a sugárterhelés kiértékelésekor a dóziskorlátozásban szereplő effektív dózissal azonosnak tekintendő

A sugárterhelés ellenőrzése II.

DóziskorlátokBesugárzási

kategóriaEgésztestre vonatkozó,

effektív dózis

Szemlencsére vonatkozó

egyenérték dózis

Bőrre, végtagokra vonatkozó

egyenérték dózis

Foglalkozási sugárterhelés

(munkavállalókra)100 mSv/5 év,

max. 50 mSv/év 150 mSv/év 500 mSv/év

Tanulókra, gyakornokokra

(16-18 év)6 mSv/év 50 mSv/év 150 mSv/év

Lakossági sugárterhelés

(a lakosság egyedeire)

5 mSv/5 év 15 mSv/év 50 mSv/év

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!

Felhasznált/ajánlott irodalom• ICRU-60, Fundamental Quantities and Units for Ionising Radiation. ICRU Report 60, • ICRP-26, International Commission on Radiological, Protection: Radiological Protection and

Safety in Medicine. Annals of the ICRP 26 (ICRP Publication 73), Pergamon Press, Oxford, UK, 1990.

• ICRP-60, International Commission on Radiological Protection: Recommendations of the International Commission on Radiological Protection—ICRP 60. Annals of ICRP 21, Pergamon Press, Oxford, UK, 1990.

• ICRP-103, The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection, Annals of ICRP, Pergamon Press, Oxford, UK, 2007.

• Sugárvédelem; Fehér István, Deme Sándor – 2010• Dr. Zagyvai Péter – Sugárvédelem jegyzet, BME• Dr. Ballay László – Dózisfogalmak, átf. fokozatú sv. tanfolyam – 2010, OSSKI• European Guidance on Estimating Population Doses from Medical X-Ray Procedures; ANNEX 1

– DD Report 1 - Directorate-General for Energy and Transport, 2008 Brüsszel• Converting Dose-Length Product to Effective Dose at CT W. Huda, K. M. Ogden, M. R.

Khorasani Radiology: Volume 248: Number 3 - September 2008• 16/2000. EüM. rendelet az atomenergiáról szóló 1996. évi CXVI. törvény egyes

rendelkezéseinek végrehajtásáról