Материал: Оценка дозовых нагрузок пациентов при использовании конвенциональных и цифровых методов регистрации изображений в рентгенодиагностике

Оценка дозовых нагрузок пациентов при использовании конвенциональных и цифровых методов регистрации изображений в рентгенодиагностике

Оценка дозовых нагрузок пациентов при использовании конвенциональных и цифровых методов регистрации изображений в рентгенодиагностике

Содержание

Введение

. Лучевая нагрузка пациентов - обзор используемых величин

.1 Основные дозиметрические величины

.2 Специфические величины, характеризирующие лучевую нагрузку пациентов

.3 Величины, относимые к детерминированным и стохастическим эффектам

. Устройство и принцип действия рентгенографических и рентгеноскопических аппаратов

.1 Рентгенография. Основные принципы рентгенографии

.1.1 Формирование изображения

.1.2 Рентгеновская трубка

.1.3 Спектр рентгеновского излучения

.1.4 Пленочные рентгеновские детекторы

.1.5 Цифровые детекторы, используемые в рентгенодиагностики

.1.5.1 Виды цифровых систем для рентгенодиагностики

. Методы снижения дозовых нагрузок

.1 Общие рекомендации по снижению дозовых нагрузок при рентгеноскопии

.1.1 Методы уменьшения дозовых нагрузок при рентгеноскопии

Заключение

Литература

Введение

Диагностические рентгеновские исследования используются в медицине уже более ста лет. Во время этого периода лучевая диагностика находится в непрерывном развитии, связанном с повышением информативности и возможностей исследований, а также, с введением новым методов визуализирования структур и процессов в теле человека.

За последние 25 -30 лет медицинская лучевая диагностика претерпела технологическую революцию, которая увеличила ее вклад в гарантии более высокого уровня медицинского обслуживания, через улучшение визуализирования анатомии, физиологии и метаболизма. Улучшение качества рентгеновских изображений и защита пациента повысили значение рентгеновской диагностики, несмотря на нарастающие возможности других методов лучевой диагностики, таких как ультразвуковая, магнитно-резонансная, радиоизотопная диагностика, оптические методы и т.д.

Одновременно с развитием рентгеновских методов направленных на улучшение диагностики заболеваний человека (через улучшение информативности диагностического изображения), рентгеновские исследования дают самой большой вклад в медицинское облучение населения. Медицинское облучение со своей стороны представляет самый главный источник надфонового (техногенного) облучения населения. Причиной этого является большая частота этих исследований по сравнению с другими диагностическими методами.

Для Казахстана вклад медицинского облучения в техногенное облучение составляет 83%, при этом 76% (0,802 mSv.а-1) получаются за счет рентгеновской и 7% (0,08 mSv.а-1) за счет радиоизотопной диагностики [1]. Для сравнения, в Великобритании, где проводятся систематические усилия и меры для защиты пациентов и обеспечения качества более 20 лет, значение средней индивидуальной годовой эффективной дозы снижено до 0,034 mSv.a-1 за счет рентгеновской и 0,03 mSv.а-1 за счет радионуклидной диагностики. Эта разница показывает необходимость систематического и целостного принятия мер для защиты пациентов, а также и наличие большего потенциала для уменьшения уровня медицинского облучения населения в Казахстане.

Требования в области радиационной защиты при медицинском облучении были введены в Республике Казахстан и многих Европейских странах о применения медицинского стандарта "Лучевой диагностики" и об обеспечении защиты лиц при медицинском облучении. Таким способом была обеспечена необходимая нормативная база для применения мер по радиационной защите пациентов в медицине [2, 3].

Рентгеноскопия является одним из немногих методов, позволяющих визуализировать работу органов пациента в реальном времени. Эта особенность позволяет использовать этот метод, как для диагностики динамичных процессов, так и для позиционирования пациента при различных хирургических операциях и проведения инвазивных диагностических и интервенционных процедур. Одновременно с этими качествами и бесспорными преимуществами использования, рентгеноскопия связана со значительной лучевой нагрузкой на пациентов.

До сих пор не проводились национальные исследования дозовых нагрузок при рентгеноскопии грудной клетки. Этот факт, вместе с вышеупомянутой относительно высокой частотой этих исследований, вызывает необходимость проведения анализа дозовых нагрузок при рентгеноскопии грудной клетки.

При комбинированных исследованиях включающих скопию и графию, обычно доля дозовой нагрузки при скопии преобладает в общей дозе пациента. Например, при рентгеноскопии нижних органов пищеварения взрослым пациентам стандартных параметров, входная поверхностная доза (ESD) пациента составляет примерно 450 mGy, которая значительно превышает значения 3 mGy для одной рентгенографии в этой области [6]. По данным для Великобритании типичная эффективная доза для этого исследования составляет 7,2 mSv, среднее для мира это значение составляет 6,4 mSv [4, 8]. Наличие подобных вариаций недвусмысленно показывает, что облучение при этих процедурах не является достаточно оптимизированным. Подобные выводы сделаны и в координированном МАГАТЭ научном проекте [9].

Эти факты, как и отсутствие дозиметрических исследований в Болгарии говорят о важности проведения систематического изучения облучения пациента при комбинированных рентгенодиагностических процедурах, включающих скопию и графию, с целью нахождения их вариаций в зависимости от объективных и субъективных факторов - опыт и предпочтения рентгенолога, вид и состояние используемой рентгеновской установки и др.

Обзор литературных данных показывает, что в Европе еще нет стандартизированной единой дозиметрической методики [11]. Внедряются различные критерии для оценки полученных дозиметрических результатов. Не существует и единой принятой унифицированной методики для проведения испытаний по контролю качества (КК) установок флюороскопии [10]. Это, в частности, можно объяснить многообразием особенностей работы рентгеноскопических установок и конкретно в выбранных инженерно-технических решений внедренных систем от различных производителей.

Целью настоящей работы является изучение облучения пациентов при некоторых из распространенных в практике рентгенографических, рентгеноскопических и комбинированных процедурах, проводимых на конвенциональных и цифровых рентгенодиагностических аппаратах и анализ их вариаций в зависимости от объективных и субъективных факторов.

1. Лучевая нагрузка пациентов - обзор используемых величин

Для специальных рентгеновских исследований, таких как маммография, компьютерная томография, компьютер-томографическая рентгеноскопия, дентальная рентгенография, используются специфичные величины, рассмотрение которых не является целью настоящей работой. Основные литературные источники, использованные при определении величин в этом разделе, являются публикациями Международной комиссии по радиационным величинам и единицам (МКРЕ), Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) и Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) [6,7].

.1 Основные дозиметрические величины

Флюэнсом (F) потока частиц или просто флюэнсом в точке называется предел, к которому стремится отношение числа частиц DN, попадающих за некоторый промежуток времени внутрь воображаемого шара с центром в данной точке, к площади центральной плоскости шара, Dа при стягивании его в точку:

, (1.1)

Единица: m-2.

Энергетическим флюэнсом. (Ψ) называется предел, к которому стремится отношение ΔR к Δa, где ΔR есть лучистая энергия, входящая в сферу с площади центральной плоскости шара Δa:

, (1.2)

Единица: J.m-2.

Керма (К) - это отношение суммы начальных кинетических энергий dεк всех заряженных ионизирующих частиц, образовавшихся под действием косвенно-ионизирующего излучения в элементарном объеме вещества, к массе dm вещества в этом объеме:

, (1.3)

Единица: J.kg-1. Специальное название этой единице является Грей (Gy), 1 Gy = 1 J.kg-1.

Мощность кермы, , это отношение dK к dt, где dK является возрастанием кермы за время dt:

, (1.4.)

Единица: Gy.s-1.

Переданная энергия (e) ионизирующего излучения в данном объеме вещества - это

e = Rin  Rout + SQ, (1.5)

где Rin это суммарная энергия всех прямо и косвенно ионизирующих частиц, входящих в определенный объём облучаемого вещества; Rout это сумма энергий всех прямо и косвенно ионизирующих частиц, выходящих из этого объема, а SQ, это энергетический эквивалент всех изменений массы покоя в результате ядерных реакций или взаимодействий в объеме (SQ имеет положительный знак при уменьшении и отрицательный знак при увеличении массы покоя).

Единица: J.

Переданная энергия является стохастической величиной. Практически измеримым является ожидаемое, или среднее значением этой величины, называемой средняя переданная энергия . В этой работе вместо термина "средняя переданная энергия" будет использоваться термин "переданная энергия".

Поглощенная доза (D) - это отношение средней энергии , передаваемой единице массы вещества в элементарном объеме, к массе вещества этого объема:

, (1.6)

Специальная единица поглощенной дозы - Gy. 1 Gy = 1 J.kg-1.

В рентгеновской диагностике получение тормозного излучения в веществе, имеющем малый атомный номер, является незначительным. При наличии равновесия вторичных электронов (электронное равновесие) в данном объеме вещества и данном лучевом поле, поглощенная доза и керма являются численно равными. При условии отсутствия электронного равновесия (например, близко к границам между материалами с различной электронной плотностью), численной разницей между обеими величинами нельзя пренебрегать.

.2 Специфические величины, характеризирующие лучевую нагрузку пациентов

Падающая воздушная керма (Ki или IK) - это керма, измеряемая свободно в воздухе (воздушная керма) в точке центрального луча рентгеновского пучка, в месте пересечения этого луча с поверхностью тела пациента или фантома (рис. 1), но измеренная без наличия пациента или фантома. Вклад в формирование падающей воздушной кермы имеет только прямое излучение, падающее на пациента или фантом, а влияние обратного рассеянного лучения не учитывается.

Единица: Грей (Gy).

Входная поверхностная воздушная керма (Ke или ESK) - это керма, измеряемая в точке центрального луча рентгеновского пучка, в месте пересечения центрального луча с поверхности тела пациента или фантома (рис. 1). Учитывается вклад, как падающего первичного излучения, так и обратного рассеянного излучения от пациента или фантом.

Единица: Грей (Gy).

Входящая поверхностная керма связана с падающей воздушной кермой через фактор обратного рассеивания, B:

= Ki B, (1.7)

Рис. 1. Дозиметрические величины для оценки лучевой нагрузки пациента.

Входная поверхностная керма во многих публикациях называется еще входной поверхностной дозой ESD (от аббревиатуры ее английское название - Entrance Surface Dose), из-за вышеупомянутого численного равенства между кермой и дозой.

Лучевой выход рентгеновской трубки (Y(d)) определен ICRU (2003), как отношение падающей воздушной кермы с расстояния d от фокуса излучателя к количеству электричества I.t.:

(d) = K(d) / (I.t),   (1.8)

Единица: Gy.C-1, но чаще используется внесистемная единица Gy .(mA.s)-1.

Произведение керма-площадь. Для определения лучевой нагрузки измеряется произведение керма-площадь (KAP). Она определяется как поверхностный интеграл воздушной кермы Kair на площадь Al поперечного сечения лучевого поля с плоскостью, перпендикулярной центральному лучу, пересекающей его на расстоянии l от фокуса рентгеновской трубки:

Если усредним значение кермы по площади поля, интеграл упрощается до произведения средней кермы на площадь, откуда идет и название этой величины. Её единицей измерения  J×kg-1×m2,   названием Gy×m2. От (1.9) следует, что значение KAP на данном расстоянии фокус-кожа f равно значению KAP измеренной на другом произвольном расстоянии l.

Произведение керма-площадь KAP можно еще определить как интеграл воздушной кермой по площади ортогонального сечения рабочего рентгеновского пучка (рис. 1):

 (1.10)

рентгенодиагностика облучение пациент цифровой

Единица: Gy.m2.

Произведение керма-площадь (KAP) является постоянной величиной и не изменяется с расстоянием от рентгеновской трубки, при следующих условиях: пренебрегается взаимодействие рентгеновского излучения с воздухом, а также и экстрафокальным излучением; плоскость измерения находятся достаточно далеко от пациента или фантома, чтобы пренебречь вкладом обратного рассеянного излучения. KAP единственная применимая для измерения величина при комбинированных исследованиях, включающих графию и скопию с изменяющимися размерами лучевого поля и используемых режимах аппарата. KAP можно наилучшим образом использовать для определения лучевой нагрузки, полученной пациентом. KAP зависит от коллимации рабочего пучка, которая является одним из важнейших факторов для уменьшения лучевой нагрузки. KAP измеряется с помощью плоско - параллельной ионизационной камеры, достаточно большой, чтобы охватить рабочий рентгеновский пучок. Чаще всего она монтируется на выходе коллимирующего устройства рентгеновской трубки. Это позволяет охватывать поперечное сечение рабочего рентгеновского пучка даже при максимально открытой диафрагмой. В национальной методике дозиметрии облучения пациента Великобритании рекомендуется чтобы общая неопределенность измерения KAP не превышала 25% с доверительной вероятностью 95%, а в скандинавской методике: 20% [5].

.3 Величины, относимые к детерминированным и стохастическим эффектам

Радиационный риск для ущерба здоровья человека представляет собой вероятность уменьшения продолжительности и качества жизни, которые бы наступили в одной популяции вследствие облучения ионизирующим излучением. Он включает ущербы, проистекающие от соматических эффектов, а также от рака и тяжелых генетических последствий. МКРЗ вводит несколько величин для оценки радиационного риска.

Доза на орган. Доза на орган (тканевая) доза, это средняя поглощенная доза органом или тканью человеческого тела Т, которая определяется по формуле:

 (1.11)

где mT - масса органа или ткани, а  - поглощенная доза в объемном элементе с массой dm.

Эквивалентная доза есть доза на орган, умноженная на взвешивающий коэффициент излучения:

 (1.12)

где  есть средняя поглощенная доза в данном органе или ткани T, полученная за счет излучения R, а wR есть радиационной взвешивающий коэффициент, соответствующий излучению R. Если радиационное поле состоится из нескольких видов излучения с различные значениями wR, то эквивалентная доза определяется по формуле: