Βιολογικές επιδράσεις ακτίνων Χ Δοσιμετρία - Ακτινοπροστασία Α. Δοντά Μπακογιάννη Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Διαγνωστικής και Ακτινολογίας Στόματος Οδοντιατρική Σχολή ΕΚΠΑ
Νοέμβριος 1895
Ακτινοβόληση κεφαλής επί 25 min
Οδοντιατρικό ακτινολογικό μηχάνημα στις αρχές του 1900
Βλαπτικές επιδράσεις των ακτίνων-χ
Ακτινοβιολογικά δεδομένα από ομάδες ατόμων που ακτινοβολήθηκαν για διάφορες αιτίες 14000 άτομα που έπασχαν από αγκυλωτική σπονδυλίτιδα και ακτινοβολήθηκαν στην σπονδυλική στήλη την χρονική περίοδο 1934 1954, ο μυελός των οστών δέχτηκε υψηλές δόσεις 11000 άτομα που ακτινοβολήθηκαν για παθήσεις του τριχωτού της κεφαλής, ο θυρεοειδής δέχτηκε υψηλές δόσεις την χρονική περίοδο 1948 1960 2872 παιδιά που ακτινοβολήθηκαν για παθήσεις θύμου αδένα, ο θυρεοειδής αδένας δέχτηκε υψηλές δόσεις 2000 γυναίκες που ακτινοβολήθηκαν με ακτινοσκόπηση για διάγνωση φυματίωσης δέχτηκαν υψηλές δόσεις στους μαστούς κατά την χρονική περίοδο 1940-1949
Εμφάνιση Ακτινολόγων μετά την ενημέρωση για τις βλαπτικές επιδράσεις των ακτίνων-χ
Οι στοχαστικές επιπτώσεις που εκφράζουν την πιθανότητα και όχι την σοβαρότητα μιας βλάβης Χαρακτηρίζονται από τυχαιότητα Δεν υπάρχει ουδός Το μέγεθος είναι το μέγιστο δυνατόν Υπάρχει πιθανότητα να συμβούν μετά από δεκάδες χρόνια Οι μη στοχαστικές επιπτώσεις έχουν ουδό και είναι προσδιορίσιμες
Η ακτινοβολία επιδρά στο κέντρο Χρωμοσώματα της ζωής : στον πυρήνα του κυττάρου
Ο κρίσιμος στόχος: το DNA Αλληλεπίδραση ιοντίζουσας ακτινοβολίας και DNA ΑΜΕΣΗ ΔΡΑΣΗ ΕΜΜΕΣΗ ΔΡΑΣΗ
Evidence for a lack of DNA doublestrand break repair in human cells exposed to very low x-ray doses K. Rothkamm and M. Loebrich Proc Natl Acad Sci U.S.A., 100(9): 4973-75, 2003 Ακόμη και σε δόσεις περίπου 1mGy έχουν ανιχνευθεί αλλοιώσεις στο DNA που δεν επιδιορθώθηκαν και πιθανά να συνδέονται με μηχανισμούς καρκινογένεσης
Διαφορές στην ακτινοευαισθησία υπάρχουν μεταξύ: φάσεων του κυτταρικού κύκλου κυτταρικών συστημάτων ατόμων του πληθυσμού
Σχέση ακτινογραφικής εξέτασης με επικινδυνότητα ανάπτυξης καρκίνο Ακτινογραφική εξέταση Επικινδυν. ανάπτυξης καρκίνου Μεταφρασμένο από NRPB 1999
Ποσότητες και μονάδες δοσιμετρίας Απορροφούμενη δόση:d Μονάδα: 1 Gy = 100 rad Παράγων βαρύτητας ακτινοβολίας: W R Ισοδύναμο δόσης: Η = D x W R Μονάδα: 1 Sv : 100 rem Παράγων βαρύτητας ιστών: W T Ενεργός δόση Ε: ισούται με το άθροισμα των ισοδύναμων δόσεων όλων των ιστών και οργάνων x το W T του κάθε ιστού.
Παράγων βαρύτητας ή στάθμισης ιστού Ιστός ή όργανο Γονάδες Ερυθρός μυελός οστών Πνεύμονας Στόμαχος Ουροδόχος κύστη Μαστός Ήπαρ Οισοφάγος Θυρεοειδής Δέρμα Επιφάνεια οστού Σιαλογόνοι Αδένες Εγκέφαλος Έντερο Λοιπά όργανα W T ICRP 1990 W T ICRP 2007 0,20 0,08 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0,04 0,05 0,12 0,05 0,04 0,05 0,04 0,05 0,04 0,01 0,01 0,01 0,01-0,01-0,01 0,12 0,12 0,05* 0,12** * επινεφρίδια, εγκέφαλος, παχύ έντερο, μύες, νεφροί, πάγκρεας, μήτρα ** καρδιά, λεμφαδένες, στοματικός βλενογόνος, προστάτης, τράχηλος μήτρας
H ενεργός δόση σύμφωνα με το ICRP 1990 αποτελεί την προτιμώμενη μονάδα μέτρησης για σύγκριση επικινδυνότητας μεταξύ διαφορετικών ακτινογραφικών εξετάσεων Το 2007 η ICRP αναθεώρησε την εκτίμηση της ακτινοευαισθησίας των οργάνων και των αντιστοίχων παραγόντων βαρύτητας ιστών
Μέθοδοι μέτρησης δόσεων Οι μετρήσεις των δόσεων ακτινοβολίας γίνονται σε ασθενείς και σε ανθρώπινα ομοιώματα (Phantoms) με δοσίμετρα θερμοφωταύγειας (TLDs) ή με μαθηματικά μοντέλα (Monte Carlo).
Τα δοσίμετρα θερμοφωταύγειας (T.L.D) Είναι στερεά κρυσταλλικά από φθοριούχο λίθιο (LiF) Έχουν διάφορα μεγέθη και σχήματα Εκπέμπουν ορατό φως όταν ακτινοβοληθούν και μετά θερμανθούν
Ανάγκη Ανάπτυξης Βιολογικών Μεθόδων Δοσιμετρίας Έλλειψη φυσικού δοσιμέτρου σε περίπτωση έκθεσης ή υπερέκθεσης Λανθασμένη ένδειξη φυσικού δοσιμέτρου Μερική έκθεση και το φυσικό δοσίμετρο εκτός εκτιθέμενης περιοχής Επιβεβαίωση έκθεσης φυσικού δοσιμέτρου Κατανόηση μηχανισμού δράσης ακτινοβολίας
Το Λεμφοκύτταρο ως Βιολογικό Δοσίμετρο Έχει απόκριση ανάλογη της δόσης και μεγάλη ακτινοευαισθησία Κυκλοφορεί σε όλους τους ιστούς του ανθρωπίνου σώματος και είναι παρόν σε κάθε είδους έκθεση Λαμβάνεται εύκολα από το περιφερικό αίμα, είναι πλήρως διαφοροποιημένο κύτταρο και έχει μεγάλο χρόνο ημιζωής Είναι δυνατή η ανίχνευση των χρωμοσωματικών αλλοιώσεων ακόμη και μετά την πάροδο αρκετού χρονικού διαστήματος από την έκθεση
Όλη η ζωή στη γη εμπλέκεται σε μία συνεχή έκθεση στη φυσική ακτινοβολία που προσδίδει μέση ετήσια ενεργό δόση (Ε) περίπου 2,4 msv, εκτός των ΗΠΑ που είναι 3,0 msv λόγω υψηλών επιπέδων ραδονίου. White and Pharoah, 2009
Πηγές Ακτινοβολίας Περιβάλλοντος (2.4 msv / έτος) 20% 16% 12% 52% Ρ αδόνιο Κ οσμική ακτινοβολία E π ίγειος ακτινοβολία E σωτερικές
Ο άνθρωπος επίσης δέχεται ακτινοβολία από τεχνητές πηγές, με κύρια πηγή την ιατρική έκθεση, από την οποία προσδίδεται ενεργός δόση (Ε) ισοδύναμη με τη φυσική ακτινοβολία. Η οδοντιατρική ακτινοβολία καλύπτει το 1% της ιατρικής έκθεσης σε ετήσια ενεργό δόση.
Ενεργός δόση κατά τη διαγνωστική ακτινογραφική εξέταση Είδος ακτινογραφήματος Πανοραμική ακτινογραφία Πλήρης σειρά οπισθοφατνιακών ακτινογραφιών D-speed films, ανοικτός κύλινδρος F-speed films, τετράγωνο διάφραγμα Τέσσερα οπισθομυλικά films D-speed films, ανοικτός κύλινδρος F-speed films, τετράγωνο διάφραγμα Ακτινογραφία θώρακος Υπολογιστική τομογραφία άνω γνάθου Υπολογιστική τομογραφία κάτω γνάθου Ακτινογραφία ανωτέρου γαστρεντερικού σωλήνα Βαριούχος υποκλυσμός Ενεργός δόση (msv) 0,007 0,038 0,084 0,026 0,017 0,006 0,08 0,1 1,2 0,7 3,3 2,4 4,06
Στόχος όμως της σύγχρονης Οδοντιατρικής Ακτινολογίας είναι η συνεχής μείωση της δόσης, τόσο στον ασθενή όσο και στον χειριστή, σε κάθε έκθεση στις ακτίνες-χ.
Αυτό επιτυγχάνεται με τη βελτίωση των: Ακτινογραφικών μηχανημάτων Ακτινογραφικών πλακιδίων Συνθηκών ακτινογραφικής εξέτασης Συστημάτων ενισχυτικών πινακίδων - films Προστατευτικών μέσων και την ψηφιακή ακτινογραφία σύμφωνα με το αξίωμα ALARA (As Low As Reasonably Achievable) που συστήνουν οι Διεθνείς Κανονισμοί Ακτινοπροστασίας
Η δόση στην ψηφιακή ακτινογραφία μειώνεται: Οι ψηφιακοί δέκτες ακτινοβολίας στα ενδοστοματικά ακτινογραφήματα απαιτούν το 75% της έκθεσης των E-speed films, χωρίς μείωση της διαγνωστικής αξίας. Σε περίπτωση υποέκθεσης ή υπερέκθεσης γίνεται διόρθωση, όσο είναι δυνατόν. Σε σωστά εκτεθειμένο film, γίνεται προσαρμογή της αντίθεσης και πυκνότητας για βελτίωση στην αναγνώριση των βλαβών. Οι ψηφιακοί δέκτες ακτινοβολίας στην πανοραμική ακτινογραφία απαιτούν λιγότερη δόση ακτινοβολίας, όχι τόση όμως όσο στα ενδοστοματικά, λόγω ευαίσθητων screenfilms συστημάτων. Wenzel, 1995 Wenzel, 2001 Alcazar et al, 2008
Ενεργός δόση από ψηφιακές ακτινογραφικές εξετάσεις (μsv) Τύπος εξέτασης Πλήρης σειρά οπισθοφατνιακών (18) με SPP και τετράγωνο διάφραγμα Οπισθομυλικά (4) με SPP και τετράγωνο διάφραγμα Πλήρης σειρά οπισθοφατνιακών (18) με SPP χωρίς τετράγωνο διάφραγμα Πλήρης σειρά οπισθοφατνιακών (18) με D-speed films χωρίς τετράγωνο διάφραγμα Πανoραμική ακτινογραφία Orthophos XG (CCD) Πανoραμική ακτινογραφία Promax (CCD) Προσθιοπρόσθια κεφαλομετρική (SPP) Ενεργός δόση Ισοδύναμη δόση (μέρες) ICRP 1990 ICRP 2007 ICRP 1990 ICRP 2007 12,2 34,9 1,5 4,3 1,0 5,0 0,1 0,6 58,4 170,7 7 21,0 133,0 388,0 16 47,0 4,3 14,2 0,5 1,7 7,1 24,3 0,9 3,0 3,9 5,1 0,5 0,6 Πλάγια κεφαλομετρική (SPP) 3,7 5,6 0,4 0,7 Ludlow et al, 2008
Η οδοντιατρική υπολογιστική τομογραφία (DCBCT) αποτελεί νέα οντότητα στη Διαγνωστική Ακτινολογία, η χρήση της οποίας αυξάνεται με ταχύτατο ρυθμό λόγω κυρίως της τοποθέτησης των οστεοενσωματούμενων εμφυτευμάτων Ως προς την ενεργό δόση ακτινοβολίας (ICRP 2007 ) ερευνητές αναφέρουν ότι είναι 10 φορές περίπου χαμηλότερη από μία ιατρική υπολογιστική τομογραφία (MCT) για ένα συγκεκριμένο πρωτόκολλο οδοντιατρικής απεικόνισης Ludlow et al 2008 Patel, 2009 Roberts et al., 2009
Απορροφούμενη δόση ακτινοβολίας σε mgy σε προεπιλεγμένες θέσεις ομοιώματος κεφαλής ανθρώπου με και χωρίς προφύλαξη κατά την οδοντιατρική υπολογιστική τομογραφία Ανατομικές θέσεις Δόση σε mgy χωρίς προφύλαξη Δόση σε mgy με προφύλαξη Θυρεοειδής αδένας 0,32 0,18* Μυελός οστού κάτω γνάθου 1,67 1,64 Μυελός οστού αυχενικής μοίρας ΣΣ (2, 4, 6 σπόνδυλοι) 1,28 0,95* Δέρμα (ζυγωματική περιοχή) 0,77 0,76 Φακοί οφθαλμών 0,61 0,62 Υπογνάθιοι σιαλογόνοι αδένες 1,28 1,25 Παρωτίδες 1,12 1,10 Εγκέφαλος 0,32 0,60 Ενεργός δόση (E ICRP ) 0,027 0,018 Ενεργός δόση (E SAL ) 0,056 0,047 Tsiklakis et al. 2003
Ενεργός δόση σε μsv ως πολλαπλάσιο πανοραμικών ακτινογραφιών Ακτινογραφικές τεχνικές New Tom 3G 12 FOV New Tom 9000 9 FOV CB Mercuray 12 FOV i-cat 12 FOV i-cat 9 FOV Maxillo-mandible CT scan Maxillary CT scan Panoramic - Orthophos DS plus Ενεργός Δόση ICRP sal 1990 44.5 36.9 476.6 134.8 68.7 2100 1400 6.3 Πολλαπλάσια πανοραμικών ακτινογραφιών 7 6 132 21 11 336 224 1 Ludlow et al 2006
Αρχές Ακτινοπροστασίας Η ακτινοπροστασία είναι το σύνολο των μέτρων, μεθόδων και διαδικασιών που στοχεύουν στην ασφάλεια από τις ιοντίζουσες ακτινοβολίες του εργαζόμενου, του κοινού και του περιβάλλοντος ΑΙΤΙΟΛΟΓΗΣΗ Καμία έκθεση σε ιοντίζουσα ακτινοβολία δεν δικαιολογείται εάν δεν υπάρχει συνολικό όφελος από την ενέργεια που έχει σαν αποτέλεσμα την έκθεση ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Η έκθεση σε ιοντίζουσες ακτινοβολίες εργαζομένων και κοινού πρέπει να διατηρείται τόσο χαμηλή όσο είναι λογικά εφικτό ΟΡΙΑ ΔΟΣΕΩΝ Οι ατομικές εκθέσεις σε ακτινοβολία από το σύνολο των πηγών υπόκεινται σε όρια δόσεων η υπέρβαση των οποίων θεωρείται μη αποδεκτή
Η βελτιστοποίηση αναφέρεται: Ακτινογραφικά πλακίδια υψηλής ταχύτητας ή ψηφιακά συστήματα Συνδυασμός ενισχυτικών πινακίδων films Απόσταση πηγής δέρματος Ορθογώνιο διάφραγμα Χρήση συγκρατητήρων πλακιδίων Μηχανήματα σταθερού kv
Η βελτιστοποίηση αναφέρεται: Κατάλληλο πάχος φίλτρου αλουμινίου Κατάλληλες συνθήκες και τεχνικές λήψης Διαδικασία επεξεργασίας ακτινογραφικών πλακιδίων Συνθήκες μελέτης ή ποιότητα οθόνης Προστασία ασθενή και προσωπικού Διασφάλιση ποιότητας (quality assurance) Συνεχιζόμενη εκπαίδευση (life long learning)
Διασφάλιση ποιότητας (quality assurance) Πρόγραμμα Διασφάλισης ποιότητας στην Ακτινολογία είναι σειρά διαδικασιών σχεδιασμένων ώστε να εξασφαλίζουν άριστη λειτουργία κάθε «κρίκου» στην αλυσίδα της απεικόνισης. Όταν όλες οι επιμέρους διαδικασίες λειτουργούν σωστά, το αποτέλεσμα είναι υψηλής ποιότητας ακτινογραφίες με τη χαμηλότερη δυνατή δόση ακτινοβολία στον ασθενή και στο προσωπικό.
Συνεχιζόμενη εκπαίδευση (life-long learning) Οι χειριστές οφείλουν να είναι ενήμεροι Διαθεσιμότητα σύγχρονων μηχανημάτων. Εφαρμογή σύγχρονων τεχνικών. Μέθοδοι μείωσης δόσης ακτινοβολίας. Βελτίωση διαγνωστικής ποιότητας ακτινογραφημάτων.
Αιτίες που συμβάλλουν στην αύξηση της δόσης στην Οδοντιατρική Ακτινολογία Μεγάλος αριθμός ακτινογραφικών εξετάσεων ιδιαίτερα σε παιδιά και εφήβους Ακατάλληλα ακτινογραφικά μηχανήματα Λανθασμένες ακτινογραφικές τεχνικές Ανεπαρκείς συνθήκες επεξεργασίας στον σκοτεινό θάλαμο Ελλιπής ακτινοπροστασία
Ερευνητικά δεδομένα εφαρμογής οδηγιών για «ασφαλή» ακτινογραφική εξέταση 37% των κλινικών εφαρμόζει τις οδηγίες για ασφαλή χρήση ακτίνων Χ. 6 8% των κλινικών εφαρμόζει ορθογώνιο διάφραγμα κατά την λήψη οπισθοφατνιακού ακτινογραφήματος. 33% των λαμβανομένων πανοραμικών ακτινογραφιών κρίνονται αποδεκτές. 43% λιγότερα ακτινογραφήματα λαμβάνονται όταν εφαρμόζονται κριτήρια επιλογής. White & Pharoah 2000.
ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΚΤΙΝΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Αιτιολόγηση Βελτιστοποίηση Όρια Δόσεων Επαγγελματικός κίνδυνος στην Ελλάδα Ετήσια Δόση msv Αναμενόμενοι θάνατοι / έτος Επιτρεπόμενα όρια δόσεων 20.0 1/ 1,000 Πυρηνικοί Ιατροί 1,4* 1/ 14,500 Τεχνολόγοι 1,8* 1/ 11,000 Νοσηλευτές 2,0* 1/ 10,000 Καρδιολόγοι 4,0* 1/ 5,000 * Καταγραφείσα Μέση Ετήσια Δόση, στοιχεία ΕΕΑΕ
ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΑΚΤΙΝΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Αιτιολόγηση Βελτιστοποίηση Όρια Δόσεων Επαγγελματικός κίνδυνος στην Ελλάδα θάνατοι / έτος Βιομηχανία πετρελαίου-αερίου 1 / 600 Λατομεία 1 / 3,000 Ανθρακορυχεία 1 / 5,000 Σιδηρόδρομοι 1 / 6,000 Οικοδομή 1 / 7,000 Γεωργία 1 / 9,000 Χημική Βιομηχανία 1 / 12,000 Αυτοκινητοβιομηχανία 1 / 70,000 Βιομηχανία ρούχων 1 / 200,000 ΟΡΙΑ ΚΑΡΔΙΟΛΟΓΟΙ (1 / 5,000) ΝΟΣΗΛΕΥΤΕΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΟΙ (1/10,000) ΠΥΡ. ΙΑΤΡΟΙ (1 / 14,500)
Συμπεράσματα Επειδή δεν υπάρχουν επαρκή δεδομένα που να αποδεικνύουν την εμφάνιση καρκινογένεσης στη Διαγνωστική Ακτινολογία, εκτιμάται ότι ο κίνδυνος από εκθέσεις σε πολύ χαμηλές δόσεις είναι αμελητέος. Η δόση ακτινοβολίας στην Οδοντιατρική Ακτινολογία μπορεί να διατηρηθεί χαμηλότερη όταν: Εφαρμόζονται κριτήρια λήψης και επιλογής ακτινογραφημάτων Δεν αυξάνεται ο αριθμός των ακτινογραφημάτων Δε γίνονται επαναλήψεις Η γνώση επί των ψηφιακών συστημάτων είναι επαρκής