MINISTERUL EDUCAIEI, CERCETRII I INOVRII

UNIVERSITATEA BABE-BOLYAI CLUJ-NAPOCA

FACULTATEA DE FIZIC

TEHNICI DE CONTROL DE CALITATE

I DOZIMETRIA RADIAIILOR X

Tez de doctorat - Rezumat

Coordonator tiinific Doctorand

Prof.univ.dr. Constantin Cosma Dan Fulea

CLUJ-NAPOCA

2010

2

CUPRINS

INTRODUCERE ...................................................................................................................4

CAPITOLUL I. Radiaiile X ................................................................................................6

1.1. Proprietile fizice ale radiaiilor X .......................................................................6

1.1.1. Radiaiile electromagnetice. Fotonii ......................................................6

1.1.2. Cantitatea i calitatea radiaiilor ............................................................7

1.1.3. Producerea de raze X. Tubul Rntgen..................................................10

1.2. Procese de interaciune ale radiaiei cu substana ...............................................13

1.2.1. mprtierea coerent ...........................................................................14

1.2.2. Efectul fotoelectric ...............................................................................15

1.2.3. Efectul Compton ..................................................................................17

1.2.4. Generarea de perechi ............................................................................19

1.2.5. Atenuarea radiaiilor X, transferul i absorbia de energie....................20

1.3. Ecuaia fundamental a dozimetriei .....................................................................23

1.4. Mrimi dozimetrice ..............................................................................................25

1.4.1. Expunerea...................... ........................................................................25

1.4.2. Kerma i doza absorbit ........................................................................26

1.4.3. Doza efectiv .........................................................................................31

1.4.4. Doza medie glandular...........................................................................33

1.4.5. Indexul de doz n tomografia computerizat........................................34

1.5. Dozimetria radiaiilor X ........................................................................................35

1.5.1. Dozimetria bazat pe camera de ionizare ..............................................35

1.5.2. Dozimetria fotografic ...........................................................................37

1.5.3. Dozimetria termoluminiscent ...............................................................39

1.6. Calculul mrimilor dozimetrice .............................................................................41

1.7. Efectele iradierii asupra organismului ...................................................................42

1.8. Msuri de radioprotecie ........................................................................................43

1.8.1. Ecranarea surselor de radiaii ..................................................................43

1.8.2. Ecranarea radiaiilor X de frnare ...........................................................44

CAPITOLUL II. Aplicarea radiaiilor X n scop diagnostic ..............................................48

2.1. Tehnici de examinri radiologice ...........................................................................48

2.2. Evoluia iradierii medicale a populaiei judeului Cluj n perioada 1970-2000......54

2.2.1. Rezultate privind expunerea populaiei judeului Cluj n 30 de ani

de practic radiologic .............................................................................55

3

2.2.2. Iradierea diferitelor grupe de vrst ale populaiei n examinrile

radiologice ............................................................................................60

2.3. Tendine de viitor n practica radiologic .............................................................63

2.4. Programul de asigurarea calitii n radiologia medical ......................................67

2.4.1. Program propriu de asigurarea calitii n radiodiagnosticul medical ...70

2.4.2. Rolul fizicianului medical n cadrul sntii publice ........................... 84

2.4.3. Radioprotecia pacienilor n practica radiologic ..................................85

CAPITOLUL III. Tehnici privind dozimetria radiaiilor X ..............................................86

3.1. Tehnica Monte Carlo pentru evaluarea dozelor .....................................................86

3.2. Doza la suprafaa de intrare, doza organ i doza efectiv primit de

aduli i copii n radiografii ..................................................................................110

3.3. Doza n aer, doza absorbit, doza medie glandular i doza efectiv

n mamografii .......................................................................................................137

3.4. CTDI, doza organ i doza efectiv n tomografia computerizat ........................140

3.5. Rata dozei primit de aduli i copii n radioscopii ..............................................145

CAPITOLUL IV. Dozimetria termoluminiscent (TLD) .................................................147

4.1. Msurarea dozelor de radiaii utiliznd pulberi de LiF-100 i CaSO4:Tm ...........150

4.2. Caracteristicile fizice ale pulberii termoluminiscente LiF:Mg,Cu,P 154

4.3. Aplicarea termoluminiscenei n dozimetria individual ......................................158

CAPITOLUL V. Factori fizici implicai n mrimea dozelor ...........................................160

5.1. Testul HVL pentru controlul calitii instalaiei X................................................163

5.2. Parametrii fizici ai instalaiei Rntgen ..................................................................184

5.3. Radiaia de mprtiere ..........................................................................................197

CONCLUZII ...........................................................................................................................201

BIBLIOGRAFIE.....................................................................................................................204

4

INTRODUCERE

De mai bine de o sut de ani utilizarea radiaiilor ionizante n medicin a cunoscut o

cretere spectaculoas n ntreaga lume, devenind un instrument deosebit de util n diagnosticarea

i tratarea maladiilor. Dei dozele de radiaii n radiodiagnosticul medical sunt relativ mici,

creterea numrul de proceduri radiologice aplicate populaiei face ca riscurile asociate s devin

tot mai ridicate.

Tehnicile de control de calitate n practica radiologic trebuie s asigure un sistem

adecvat de protecie pentru populaia expus la radiaii X. Aceste tehnici specifice fac parte

integrant dintr-un program de asigurarea calitii pentru examinrile radiologice i au ca scop

corectarea problemelor referitoare la echipamente i la practica radiologic, pentru a se obine

imagini (informaii) radiologice de calitate superioar i de a reduce iradierile inutile. ntr-un

asemenea program de asigurarea calitii n radiodiagnosticul medical, rolul major trebuie s-l

dein fizicianul medical, deoarece prin pregtirea sa asigur buna funcionare a aparaturii i a

metodologiilor de lucru i urmrete permanent realizarea unui raport judicios beneficiu/risc n

procedurile radiologice.

Evaluarea cu o bun precizie a dozelor de radiaii n procedurile radiologice reprezint un

obiectiv major n radioprotecie. Tehnica simulrii Monte Carlo a parcursului radiaiilor i a

dozelor depozitate aplicat pentru aceste investigaii poate ndeplini acest deziderat.

Dozimetria TL este o tehnic special utilizat pentru evaluarea dozelor de radiaii care

poate fi aplicat att n dozimetria individual ct i n monitorizarea iradierii mediului

nconjurtor.

Radiaia secundar, produs simultan cu radiaia primar emis de un tub Rntgen, nu

contribuie benefic la formarea imaginii radiologice, ci dimpotriv, deterioreaz calitatea acestor

informaii prin reducerea contrastului i absena detaliilor. De aceea, se impune n practica

radiologic controlul permanent al radiaiei secundare, care este de natur parazitar i

perturbatoare pentru imaginea radiologic.

Verificarea parametrilor fizici ai instalaiilor Rntgen i testul HVL de control a calitii

radiaiei X fac parte integrant din controlul de asigurare a calitii avnd ca scop detectarea

erorilor din practica radiologic i de a se realiza imagini radiologice de bun calitate cu doze ct

mai mici furnizate pacienilor.

5

CAPITOLUL II: APLICAREA RADIAIILOR X N SCOP

DIAGNOSTIC

2.2 Evoluia iradierii medicale a populaiei judeului Cluj n perioada

1970-2000

n prezent, aa cum este subliniat n rapoartele UNSCEAR, aplicaiile n radiologia

medical i dozele implicate n aceste activiti constituie cea mai important surs artificial de

expunere la radiaii a populaiei. Sunt astfel necesare analize serioase pentru estimarea ct mai

exact a practicilor radiologice i a direciilor lor de dezvoltare. Necesitatea unor astfel de

analize are la baz implicarea unor factori noi aprui n practica radiologic cum sunt creterea

numeric a populaiei, urbanizarea, mrirea duratei de via, toate avnd ca rezultat accelerarea

investigaiilor n radiologia medical.

2.2.1 Rezultate privind expunerea populaiei judeului Cluj n 30 de ani de practic

radiologic

Volumul mare de date, acumulate n 30 de ani de practic radiologic n judeul Cluj, d

posibilitatea s se evidenieze amploarea iradierii medicale datorate rntgendiagnosticului.

Dinamica distribuiilor examinrilor radiologice pe categorii de proceduri permite cunoaterea

schimbrilor survenite ntr-o perioad att de mare de timp i mai ales tendinele pozitive ce s-au

nregistrat n utilizarea radiaiilor X n scop diagnostic.

Datele statistice au ca baz de pornire anul 1970, considerat an de referin pentru

iradierea medical cu raze X n judeul Cluj.

S-au investigat majoritatea unitilor radiologice i s-a analizat distribuia anual a tuturor

procedurilor de rntgendiagnostic la fiecare 10 ani (1970, 1980, 1990, 2000), pe regiuni

anatomice, grupe de vrst i sex, pe baza unor anchete statistice retrospective. n acest scop s-au

prelucrat datele extrase din evidenele cabinetelor de radiologie, nsumnd un volum de 2586446

de proceduri. n figura 1 este prezentat evoluia examinrilor radiologice n perioada 1970-2000

considernd anul 1970 ca an de referin (100%).

6

100 100 100

167.3

122.2 125

62.6

150.4

50.158.1

163.1

40.9

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Radioscopii Radiografii Radiofotografii

1970 (an de referinta)

1980

1990

2000

Figura 1 Evoluia examinrilor radiologice n perioada 1970-2000

Dac n prima decad s-a produs o cretere masiv a radioscopiilor (cu 67.3 %), urmat

de radiofotografii (cu 25 %) i radiografii (cu 22.2 %), n urmtoarele dou decade (1980-1990,

1990-2000) au avut loc reduceri apreciabile ale radioscopiilor i radiofotografiilor, cu efect direct

n diminuarea dozelor primite de populaie.

Practicarea unui numr mare de radioscopii pulmonare n decada 1970-1980 s-a datorat

efecturii unui numr mare de controale anuale impuse de sistemul nostru legislativ din acea

vreme. Reducerea continu a radioscopiilor n ultimele dou decade se nscrie n efortul realizat

de majoritatea rilor de nivel 1 de a reduce radioscopia comparativ cu radiografia.

Radiografia a urmat o linie ascendent n cei 30 de ani de practic radiologic, fiind cu

22.2% mai mult n 1980, cu 50.4 % mai mult n 1990 i cu 63.1% mai mult n 2000 fa de anul

de referin 1970 i cu o tendin evident de a nlocui treptat examenul radioscopic.

Reducerea apreciabil a numrului anual de radiografii craniene a fost determinat de

apariia n practica radiologic a unor noi tipuri de instalaii de rntgendiagnostic, i anume CT-

uri, aparate performante care au preluat o bun parte din activitatea radiologic pentru aceste

regiuni anatomice.

Mamografia s-a dezvoltat continuu, att la noi n ar, ct i n mai toate rile lumii, aa

cum precizeaz rapoartele UNSCEAR din 1993 i din 2000, ca metod de screening pentru

depistarea precoce a cancerului mamar.

Radiofotografia medical (MRF) cunoate un regres nsemnat, pe de o parte din cauza

ineficienei acestei metode n depistarea tuberculozei pulmonare i pe de alt parte datorit

7

dozelor apreciabile (de 5-10 ori mai mari comparativ cu o radiografie pulmonar simpl)

implicate n acest tip de examen radiologic.

Studiul prezent a artat c activitatea radiologic a judeului Cluj desfurat n perioada

1970-2000 este deosebit de complex. De remarcat faptul c s-au constatat diferene

semnificative n activitatea radiologic a rilor de acelai nivel, deoarece radiologia medical se

practic n condiii extrem de diferite. Pentru a afla unde se situeaz practica radiologic clujean

pe plan mondial, s-a efectuat o comparare a activitii noastre radiologice cu cea desfurat ntr-

o serie de ri de acelai nivel de asisten (nivel 1). S-a demonstrat c n judeul Cluj se practic

aproximativ tot attea examinri radiologice la 1000 de locuitori ca i n Finlanda i Polonia, mai

puine ca n Germania, Japonia i Croaia dar mai multe dect n Olanda, Anglia sau Romania (la

nivel naional).

2.4 Programul de asigurarea calitii n radiologia medical

Organizaia Mondial a Sntii (WHO, World Health Organization) a definit conceptul

de asigurarea calitii n radiodiagnosticul medical nc din 1986 ca fiind un efort organizat al

tuturor factorilor implicai n expunerea populaiei la radiaii ionizante, pentru realizarea unor

imagini radiologice de foarte bun calitate cu un cost redus i cu o expunere minim pentru

pacient.

2.4.1 Program propriu de asigurarea calitii n radiodiagnosticul medical

ncepnd cu anul 1999 s-a demarat un program experimental de asigurarea calitii pentru

patru uniti medicale din oraul Cluj-Napoca, cu maxim afluen de populaie i cu pondere

nsemnat n activitatea de radiologie pentru aduli i copii: Centrul de Diagnostic i Tratament

Aduli i Copii, Clinica Medical 1, Spitalul Clinic Municipal (Clujana). Pentru a putea efectua

cu rapiditate i acuratee toate testele de control de calitate precum i calculul dozelor organ i

efective ale pacienilor, prin simulri Monte-Carlo ale transportului radiaiei, s-a conceput un

program PC, numit IradMed, scris n ntregime n Java.

Programul de asigurare a calitii cuprinde o serie de activiti specifice i tehnici de

control de calitate cum sunt: verificarea filtrrii totale a tubului X i calitatea radiaiei (test

HVL), reproductibilitatea i acurateea tensiunii de vrf i a timpului de expunere, liniaritatea

mAs, aliniamentul cmpului luminos cu cel de raze X i calitatea filmelor radiologice.

8

S-au constatat c doar la Spitalul Clinic Municipal Clujana filtrarea total echivalent a

tubului de raze X calculat pe baza testului HVL este conform cu valoarea filtrrii totale dat n

cartea tehnic a instalaiei. Aceste valori ale filtrrilor totale echivalente vor avea un rol

important pentru calculul dozelor organ i efective primite de pacieni.

Toi parametrii fizici msurai la instalaia Philips din dotarea Clinicii Medicala 1, se

ncadreaz n limitele permise de actualele norme CNCAN. Reproductibilitatea tensiunii de vrf

depete valoarea maxim admis de 5% pentru instalaia X din Spitalul Clinic Municipal

Clujana iar acurateea timpului de expunere pentru instalaia X din Centrul de Diagnostic i

Tratament Aduli depete valoarea maxim admis de 10% pe ntreg domeniul de valori

testate. Liniaritatea mAs depete valoarea maxim permis de 0.1 pentru instalaiile aflate n

dotarea Centrului de Diagnostic i Tratament Aduli i Spitalului Clinic Municipal Clujana.

Mrimea HVL depinde n principal de trei parametrii fizici: kilovoltaj, filtrare total i

unghiul anodului. Ali parametri de care depinde HVL, dar ntr-o msur mai mic, sunt

ondulaia formei de und a tensiunii (waveform ripple) i materialul anodului. Rezultatele

obinute prin aplicarea testului HVL sunt prezentate n tabelul 1.

Tabelul 1 Calitatea fasciculului de raze X exprimat prin HVL, HVL2 i factorul de

omogenitate pentru instalaiile de rntgendiagnostic studiate

Unitatea

medical

Tipul

instalaiei

Rntgen

Rezultate HVL

(mm Al)

HVL2

(mm Al)

CDT Copii TUR D300 Experimental

Teoretic

1.93 +/- 0.10

2.32 +/- 0.12

2.05 +/- 0.10

3.36 +/- 0.17

0.94 +/- 0.07

0.69 +/- 0.05

CDTAduli Diagnomax

M125

Experimental

Teoretic

0.93 +/- 0.05

1.33 +/- 0.07

1.27 +/- 0.06

1.75 +/- 0.09

0.73 +/- 0,05

0.76 +/- 0.05

Clinica

Medicala 1

Philips Experimental

Teoretic

2.93 +/- 0.15

2.64 +/- 0.13

4.70 +/- 0.24

3.97 +/- 0.20

0.62 +/- 0.04

0.66 +/- 0.05

SCM Clujana TUR D800-1 Experimental

Teoretic

2.97 +/- 0.15

2.64 +/- 0.13

3.99 +/- 0.20

3.97 +/- 0.20

0.74 +/- 0.05

0.66 +/- 0.05

9

Analiza statistic a rezultatelor teoretice i experimentale scoate n eviden cteva

neajunsuri, cauzate att de uzura naintat a instalaiilor X ct i de deficiene n tehnica de lucru

aplicat n executarea radiografiilor.

n cazul instalaiei TUR D300, aparinnd Centrului de Diagnostic i Tratament Copii,

valorile celor dou straturi de njumtire sunt semnificativ mai mici dect cele teoretice. Dac

toi parametrii de lucru specifici (kVp, mAs, filtrare, anod) sunt corespunztori, se poate aprecia

c spectrul de raze X este neomogen, n care predomin fotonii de energie joas, ceea ce conduce

la o doz pacient mai mare dect cea generat de o instalaie identic aflat n stare optim de

funcionare. Astfel, absorbia radiaiei n esut este puternic, ceea ce are ca efect un contrast

redus a imaginii de pe film. Ca urmare, filmele radiologice prelucrate sunt subexpuse, existnd

posibilitatea repetrii examinrii. Valoarea primului strat de njumtire, HVL, este inferioar

valorii minime permise de 2.1 mmAl corespunztoare condiiilor de testare.

Cele dou straturi de njumtire, HVL i HVL2, ale radiaiei generate de instalaia

Diagnomax M125, din dotarea Centrului de Diagnostic i Tratament Aduli, sunt semnificativ

mai mici comparativ cu valorile teoretice, la fel ca n cazul instalaiei TUR D300. Prediciile

asupra dozelor pacient i a imaginii radiologice sunt aceleai ca n cazul instalaiei TUR D300.

Imaginea radiologic i dozele pacient pot fi mbuntite prin executarea unor reglaje fine de

cretere a tensiunii, o scdere a mAs i/sau prin introducerea unor filtre adiionale.

n cazul instalaiei de rntgendiagnostic de tip Philips, aparinnd Clinicii Medicala 1,

valorile primului strat de njumtire i a factorului de omogenitate nu sunt semnificativ diferite

de valorile teoretice. Cel de-al doilea strat de njumtire, HVL2, este semnificativ mai mare fa

de valoarea sa teoretic. Prin urmare, spectrul X este omogen prezentnd fotoni de energie nalt

ntr-o pondere uor ridicat fa de spectrul teoretic. Este deci posibil ca absorbia radiaiei n

esuturile din profunzime, mai ales la pacienii n stare de obezitate, s fie insuficient fapt ce

altereaz contrastul imaginii acestor organe. Filmele radiologice pot prezenta supraexpuneri

uoare, iar dozele pacient se ateapt a fi comparabile sau chiar puin mai mici dect cele

generate de o instalaie identic aflat n stare de funcionare optim. Posibilele remedii ar fi,

uoara scdere a tensiunii de lucru, mrirea mAs i/sau scoaterea unor filtre adiionale astfel

nct filtrarea total a tubului s fie uor mai mic. Conform standardului IAEA, mrimea HVL

este superioar valorii minime permise de 2.3 mmAl corespunztoare condiiilor de msurare.

Instalaia X de tip TUR D800-1 de la Spitalul Clinic Municipal Clujana nu prezint o

bun concordan ntre valoarea teoretic i cea experimental a primului strat de njumtire.

Cel de-al doilea strat de njumtire, HVL2, ca i factorul de omogenitate nu sunt semnificativ

diferii fa de valorile lor teoretice. Se apreciaz c spectrul de raze X este omogen i prezint

10

fotoni de energie medii i nalte ntr-o pondere uor ridicat fa de spectrul teoretic. Dup prima

njumtire a radiaiei, o bun parte din energiile joase i medii sunt tiate, iar ponderea tuturor

fotoniilor de toate energiile din spectru devine corespunztoare, spectrul rezultat fiind similar cu

cel teoretic. Absorbia radiaiei n esuturile aflate aproape de suprafaa de intrare a radiaiei n

organism este insuficient, afectnd uor contrastul filmului radiologic, iar dozele pacient se

ateapt a fi comparabile sau chiar puin mai mici dect cele generate de o instalaie identic

aflat n stare de funcionare optim. Corectarea imaginii radiologice se poate efectua prin uoara

scdere a tensiunii de lucru, mrirea mAs i/sau scoaterea unor filtre adiionale astfel nct

filtrarea total a tubului s fie uor mai mic. Conform standardului IAEA, mrimea HVL este

superioar valorii minime permise de 2.3 mmAl corespunztoare condiiilor de msurare.

Un alt obiectiv inclus n cadrul programului experimental de asigurarea calitii n

radiografie este verificarea aliniamentului cmpului luminos cu cel de raze X la instalaiile

Rntgen aflate n studiu. Nealiniamentul pe cele dou direcii (orizontal i vertical) ale cmpului

nu trebuie s depeasc 2% din valoarea distanei focus-film, conform standardului IAEA.

Verificarea acestui parametru la cele patru instalaii Rntgen, incluse n program, a scos n

eviden faptul c singura instalaie care nu corespunde standardului este TUR D300 din dotarea

Centrului de Diagnostic i Tratament Copii, ntruct aceasta prezint un nealiniament mai mare

dect 2% din distana surs de raze X-imagine recepionat (3.7%).

Dozele la suprafaa de intrare i dozele efective implicate n diferite examinri

radiologice utiliznd instalaiile X studiate au fost calculate cu ajutorul programului IradMed.

Aa cum era de ateptat, din testul de evaluare a HVL, dozele furnizate pacienilor de

ctre instalaia TUR D300 din cadrul Centrului de Diagnostic i Tratament Copii sunt mai mari

dect nivelurile de referin.

Pentru instalaia Diagnomax M125 din cadrul Centrului de Diagnostic i Tratament

Aduli s-a constatat c valorile dozelor sunt mult mai mari dect nivelurile de referin, cu

excepia examenului de coloan lombosacrat n proiecie lateral. Cu toate c din evaluarea

testului HVL era de ateptat s se obin doze mari, magnitudinea acestor doze ne conduce la

concluzia c, n plus, parametrii fizici setai la consol pentru examinrile radiologice uzuale

(kV, timp expunere, mAs, FSD) sunt necorespunztori. Totui, aceste tehnici de lucru pot fi

intenionat alese n aa manier nct imaginile radiologice s fie de bun calitate n vederea

diagnosticrii corecte a pacienilor, chiar dac dozele ncasate de acetia sunt mari.

n ceea ce privete instalaia de rntgendiagnostic Philips din cadrul Clinicii Medicala 1

s-a constatat c valorile dozelor implicate sunt mai mici dect nivelurile de referin, aa cum era

de ateptat din testul de evaluare al HVL, astfel c putem trage concluzia c i parametrii fizici

11

setai la consol (kV, timp expunere, mAs, FSD) sunt corespunztori, pentru toate examinrile

radiologice uzuale.

Toate procedurile efectuate pentru evaluarea performanelor echipamentelor de radiologie

din cadrul unitilor medicale incluse n programul experimental de asigurarea calitii, s-au

realizat cu scopul de a stabili dac exist nereguli n exploatarea aparaturii radiologice i de a

aplica msuri corective. Rezultatele au scos n eviden deficiene serioase la unele instalaii

Rntgen, att referitoare la uzura lor ct i n aplicarea tehnicilor de lucru. Toate aceste probleme

legate de funcionarea echipamentelor radiologice au fost analizate cu seriozitate i s-a trecut la

aplicarea unor remedieri, desigur n limita posibilitilor.

Cea de a doua etap a programului nostru se refer la evaluarea eficacitii programului,

care se realizeaz prin studiul ratei repetrilor examinrilor radiologice i a cauzelor care le

produc. Examenul repetat, sau rebutul, constituie evident o expunere inutil pentru pacient.

Numrul de examinri radiologice repetate n decursul unui an (2000), pentru fiecare

unitate medical vizat, s-a stabilit pe baza datelor culese din evidenele primare ale acestor

uniti, i sunt prezentate n tabelul 2.

Tabelul 2 Procentul radiografiilor repetate n decursul unui an

Unitatea

medical

Tip de aparat

Rntgen

Nr. total de

radiografii/an

Nr. total de

radiografii

repetate/an

Repetri

(%)

CDT Copii TUR D300 5964 679 11.4

CDT Aduli Diagnomax M125 7093 536 1.5

Medicala 1 Philips 1944 19

12

nct cauza acestor repetri const ntr-o mare msur n procesarea defectuoas a filmelor

radiologice. Aplicarea msurilor corective ce se impun datorit neajunsurilor i neconcordanelor

depistate la instalaiile studiate, vor conduce la mbuntirea calitii imaginilor i implicit

reducerea rebuturilor. Totodat, se impune nlocuirea de urgen a aparatului X de tip TUR D300

din dotarea Centrului de Diagnostic i Tratament Copii cu o instalaie corespunztoare, care s

asigure o protecie adecvat copiilor investigai radiologic.

Pentru celelalte echipamente radiologice incluse n programul experimental, Diagnomax

M125 (Centrul de Diagnostic i Tratament Aduli) i Philips (Clinica Medicala 1), procentul

repetrilor procedurilor radiologice este sczut, de 1.5% respectiv sub 1%, fapt ce dovedete o

grij i o atenie sporit a personalului n expunerea i prelucrarea filmelor.

Ultimul obiectiv introdus n programul experimental de asigurarea calitii n radiografia

medical se refer la verificarea calitii filmelor radiologice prelucrate. Pentru aprecierea

calitii filmelor prelucrate, s-a msurat densitatea optic cu ajutorul densitometrului tip X-RITE

331 i s-au stabilit nite standarde subiective, legate de diferena fa de densitatea optic intit

pentru diferite puncte de referin de pe imaginea esutului sau organului de interes, propunndu-

se patru calificative: subexpuse, bune, optime, supraexpuse. Aceste densiti optice intite,

stabilite conform indicaiilor medicului radiolog, sunt corespunztoare unor imagini radiologice

de calitate optim.

Tabelul 3 Aprecierea calitii filmelor radiologice

Unitatea medical

Calitatea filmelor

radiologice

Numr de filme

radiologice

Procent (%)

Centrul de Diagnostic i Tratament

Copii

Subexpuse

Bune

Optime

Bune+Optime

Supraexpuse

23

44

16

60

8

25.3

48.3

17.6

65.9

8.8

Centrul de Diagnostic i Tratament

Aduli

Subexpuse

Bune

Optime

Bune+Optime

Supraexpuse

3

13

49

62

5

4.3

18.6

70.0

88.6

7.1

13

Se constat c filmele radiologice prelucrate la Centrul de Diagnostic i Tratament

Aduli, au o calitate corespunztoare n proporie de 88.6%, ceea ce dovedete c att expunerea

ct i prelucrarea filmelor este corect, iar numrul repetrilor este redus, ceea ce s-a i

demonstrat. Totui, aceste imagini radiologice de bun calitate implic ca i contra-efect o

iradiere semnificativ mai mare a pacienilor comparativ cu iradierea generat de o instalaie

identic, aflat n stare optim de funcionare, aa cum rezult din estimarea dozelor pacient i

din testul de evaluare a HVL.

Nu acelai lucru se poate spune despre Centrul de Diagnostic i Tratament Copii, unde un

sfert din filmele prelucrate (25.3%) sunt subexpuse, confirmnd predicia testului de evaluare a

HVL. Aici, clieele radiologice prezint un contrast redus, situaie ce explic de altfel procentul

nsemnat (mai mult de 10%) de rebuturi i se confirm nc odat calitatea slab a

echipamentului radiologic de la aceast unitate medical.

Asigurarea calitii pentru unitile radiologice nu reprezint doar o colecie de teste i

msurtori, ci un proces laborios i ndelungat care cuprinde activiti multiple, avnd ca efect

calitatea imaginilor radiologice i mrimea dozelor date pacienilor, n care trebuie s i aduc

aportul fizicieni, radiologi, informaticieni i tehnicieni.

CAPITOLUL III: TEHNICI PRIVIND DOZIMETRIA

RADIAIILOR X

Scopul principal al dozimetriei l constituie cunoaterea dozelor de radiaii primite de

populaia expus i implicit realizarea unei protecii adecvate. De aceea, dozimetria radiaiilor X

n expunerile medicale a devenit o component nsemnat n activitatea de optimizare a

proteciei populaiei.

3.1 Tehnica Monte-Carlo pentru evaluarea dozelor

Pentru a aplica tehnica simulrii Monte-Carlo n investigaiile radiologice uzuale i

totodat pentru calculul i interpretarea rapid a testelor de control a calitii echipamentelor

radiologice, s-a conceput un program PC, denumit IradMed, scris n ntregime n Java. Acest

program permite evaluarea dozelor organ i efective ale pacienilor care sunt iradiai cu fotoni X

de energii situate n domeniul 10 - 150 keV, domeniu specific n radiodiagnosticul medical.

Calculul dozelor se realizeaz utiliznd tehnica simulrii Monte-Carlo pentru trei tipuri

de proceduri radiologice frecvente: mamografii, radiografii si CT. Celelalte tipuri de investigaii

14

radiologice, din punctul de vedere al geometriei de lucru, se pot reduce la cele trei cazuri

considerate. Astfel, mamografia si radiografia implic o geometrie de lucru simpl i anume o

proiecie a fasciculului de fotoni pe sn, respectiv pe o regiune anatomic a corpului uman.

Singura diferen dintre aceste dou examinri o constituie tipul de fantom utilizat n simularea

Monte-Carlo. n cazul examinrilor CT, tubul X are o micare de rotaie bine definit n jurul

pacientului. Aici, fantomul este scanat pe felii (seciuni) de grosime mic (0.1 - 10 mm), iar la

fiecare rotaie este scanat o singur felie. Scanarea continu sau elicoidal nu constituie un caz

special pentru evaluarea dozelor, aceasta avnd influen doar n modul de captare i interpretare

a datelor necesare pentru reconstrucia imaginii. Se remarc faptul c fluoroscopia implic, n

general, o geometrie de lucru neregulat i din acest motiv este neglijat. Totui, o estimare

grosier a dozelor implicate n aceast procedur radiologic se poate face considernd

examinarea fluoroscopic ca fiind compus dintr-o serie de cteva examinri radiografice

aplicate n diverse regiuni anatomice.

Interaciunile dintre radiaie i materie sunt bine cunoscute i riguros implementate

algoritmic, astfel nct acurateea calculelor se reduce la acurateea modelului anatomic utilizat

pentru descrierea pacienilor i la modul de caracterizare a cmpului de radiaie aplicat n

examinarea radiologic. Programul IradMed utilizeaz un model matematic pentru descrierea

corpului uman i anume fantomul matematic MIRD-5, elaborat de specialitii de la Oak Ridge

National Laboratory i calculeaz dozele organ pentru pacieni de vrste i dimensiuni diferite

supui anumitor examinri radiologice. Dozele organ calculate sunt proporionale cu kerma n

aer la suprafaa de intrare (fr backscatter) n punctul central al cmpului X.

Scurt descriere a fantomului matematic utilizat pentru examinrile radiografice i CT

Fantomul matematic MIRD-5 ine cont de trei tipuri principale de esuturi, a cror

densitate i compoziie este diferit i anume: plmni, schelet i esutul moale. esutul moale se

refer la toate esuturile a cror densitate este apropiat de valoarea de 1 g/cm3, ca de exemplu

esutul muscular. Descrierea fantomului hermafrodit este prezentat pentru cteva tipuri de

pacieni standard i anume: nou nascut, 1 an, 5 ani, 10 ani, 15 ani i adult (>30 ani). Fiecare

fantom conine trei pri geometrice importante: un cilindru eliptic reprezentnd trunchiul i

braele, dou conuri circulare reprezentnd picioarele i un ansamblu format dintr-un cilindru

circular pe care este aezat un elipsoid secionat avnd ataat la captul superior o jumtate de

elipsoid reprezentnd gtul i capul. Sistemul de coordonate de referin, fa de care sunt date

ecuaiile matematice asociate tuturor regiunilor anatomice i tuturor organelor, este ales la baza

15

trunchiului avnd axa z orientat n sus (spre cap), fantomul privete n sensul negativ al axei y,

iar axa x are sensul pozitiv orientat spre stnga fantomului

n ceea ce privete compoziiile celor trei esuturi importante, pentru fantomul nou-nscut

acestea difer semnificativ fa de celelalte cinci tipuri de fantom i este tratat separat. S-au

calculat coeficienii de atenuare masici i coeficienii de absorbie de energie pentru fiecare

energie a radiaiei X generat de tubul Rntgen.

n cazul mamografiilor, datorit geometriei de lucru, fantomul este de forma unui cilindru

drept de dimensiuni ajustabile, avnd compoziia unui esut moale. Grosimea standard este de

4.20 cm iar raza standard este de 7.00 cm.

Spectrul radiaiei X i geometria examinrilor

Un exemplu de spectru X generat de programul IradMed este prezentat n figura 2.

Figura 2 Spectrul X generat de un tub Rntgen avnd forma de und a tensiunii de

tip potenial constant, tensiunea de 80kV, unghiul anodului de 17 grade, materialul

anodului este wolframul iar filtrarea total este 2.5 mmAl

16

Spectrul radiaiei X este evaluat utiliznd o baz de date, denumit SRS78, care ine cont

de tensiunea aplicat tubului, unghiul anodului, filtrarea total, materialul anodului (wolfram,

molibden, rhodiu) i ondulaia formei de und a tensiunii. Pe baza unor msurtori prealabile de

HVL i HVL2, se poate utiliza ca dat de intrare filtrarea total echivalent a tubului. Dac testul

HVL nu a fost efectuat, se poate utiliza, ca dat de intrare, filtrarea total a tubului, care este

notat n cartea tehnic a instalaiei i are o valoare tipic de 2.5 mmAl.

n cazul mamografiilor, originea sistemului de coordonate coincide cu centrul cercului

aflat la captul superior al cilindrului care simuleaz snul, sensul pozitiv al axei z este ndreptat

n jos i coincide cu direcia fluxului incident al radiaiei. Schematic, aceast geometrie de lucru

este prezentat n figura 3.

Figura 3 Geometria de lucru n examinrile mamografice

Programul IradMed genereaz un numr aleator cuprins n intervalul [0,1] i determin,

printr-un calcul relativ simplu (modelarea cosinusului unghiului polar), o valoare a unghiului

polar pentru fiecare istorie a fotonilor incideni. Unghiul azimutal, , este cuprins n intervalul

[0,2] i urmeaz distribuia uniform. Cosinusurile directoare iniiale depind de unghiul polar

i azimutal avnd expresiile:

cossin=xu ; sinsin=yu ; cos=zu (1)

n cazul radiografiilor, direcia fasciculului incident depinde de tipul de proiecie: AP -

anterior posterior, PA - posterior anterior, LLAT - lateral stnga sau RLAT - lateral dreapta. Se

calculeaz, pe baza ecuaiilor fantomului matematic, coordonata z a centrului cmpului X i

17

dimensiunile cmpului X la suprafaa de intrare. Pe baza tipului de proiecie i a distribuiei

uniforme a locaiei de interaciune relativ la dimensiunile cmpului X la suprafaa de intrare, se

genereaz aleator o pereche de puncte reprezentnd coordonata z de intrare i una din

coordonatele x sau y. Cealalt coordonat se calculeaz n ipoteza c radiaia incident

intersecteaz fantomul, adic rezolvnd ecuaiile asociate regiunilor fantomului matematic.

Tipul de proiectie poate fi matematizat prin considerarea a dou unghiuri: unghiul

proieciei i unghiul cranio-caudal. Unghiul proieciei pentru cazul RLAT are valoarea 0, pentru

AP are valoarea 90 grade, pentru LLAT are valoarea 180 grade iar pentru PA are valoarea 270

grade. Acest unghi este dat de direcia axei centrale a fasciculului fa de axa care traverseaz n

plan median fantomul de la dreapta la stanga acestuia. Unghiul cranio-caudal reprezint unghiul

fcut de axa central a fasciculului cu axa vertical, z, a fantomului. Valoarea acestuia este de 90

grade pentru toate cele patru tipuri de proiecii des utilizate n practica radiologic. Notand cu

unghiul cranio-caudal i cu unghiul proieciei, se poate arta c valorile cosinusurilor

directoare pentru fotonii incideni normal la suprafata de intrare sunt:

cossin0 =xu ; sinsin0 =yu ; cos0 =zu (2)

Pentru fotonii care intr n fantom sub un unghi polar i un unghi azimutal diferit de zero,

se poate arta, din considerente geometrice, c valorile noilor cosinusuri directoare sunt date de

urmtoarele relaii, ce au o valabilitate general:

cossin=xu ; sinsin=yu ; cos)( 0zz uSIGNu = (3)

dac uz0 > 0.9999 (tinde la 1) i n cazul general:

cos]sincos[1

sin00002

0

xyzx

z

x uuuuu

u +

=

cos]sincos[1

sin00002

0

yxzy

z

y uuuuu

u ++

= (3)

cos1cossin 020 zzz uuu +=

n cazul examinrilor CT, problema se poate reduce, fr o pierdere semnificativ a

preciziei estimrilor, la considerarea scanrii fiecarei felii din patru direcii, corespunzatoare

18

proieciilor RLAT, AP, LLAT i PA cu aceeasi pondere n exprimarea rezultatului final. Suma

expunerilor la suprafaa de intrare pentru fiecare tip de proiecie reprezint valoarea CTDI n aer

periferic. Toate consideraiile matematice sunt identice cu cele din cazul radiografiilor pentru

fiecare tip de proiecie n parte.

Modelarea interaciunii (interaction sampling)

n domeniul radiodiagnosticului sunt considerate trei tipuri de interaciuni ale fotonilor cu

substana i anume: efectul fotoelectric, mprtierea necoerent Compton i mprtierea

coerent Rayleigh. Pe baza energiei a fotonului i a coeficienilor de atenuare se calculeaz

probabilitatea de interaciune fotoelectric ca fiind:

t

f

fp

= (4)

unde t este coeficientul de atenuare total pentru energia respectiv.

Se genereaz un numr aleator r care dac satisface inegalitatea fpr , atunci fotonul va

fi absorbit prin efect fotoelectric. n caz contrar, se consider probabilitatea de interaciune

coerent Rayleigh ca fiind:

ft

coh

cohp

= (5)

i se alege un alt numr aleator r care dac satisface inegalitatea cohpr , atunci fotonul

va suferi o interaciune elastic coerent, iar n caz contrar va fi mprtiat Compton.

n cazul efectului fotoelectric, se consider c ntreaga energie a fotonului este absorbit

i depozitat n organul sau esutul n care are loc interaciunea. De altfel, ntotdeauna energia

pierdut a fotonului prin orice tip de interaciune se consider a fi depozitat n acea locaie de

interaciune. Cu alte cuvinte, se consider c doza absorbit n esut este egal cu kerma n acel

esut. Aceasta aproximaie (aproximaia kerma) este justificat de faptul c dimensiunea

organelor este relativ mare fa de parcursul electronilor (emii fotoelectric sau mprtiai

Compton) n esut, astfel c efectul de grani, unde se schimb densitatea i compoziia

esutului, poate fi neglijat. Excepie face doar calculul energiei depozitate n mduva osoas

19

activ care este efectuat separat i este legat numai de energia depozitat n diferitele regiuni ale

sistemului osos.

Pe baza seciunilor eficace ale interaciunii Rayleigh i Compton, programul IradMed

calculeaz unghiurile polare i azimutale de mprtiere utiliznd algoritmi numerici avansai.

Cteva metode de tratare a interaciunii Compton, prin care practic se evit rezolvarea ecuaiei

Klein-Nishina, sunt: metoda Clasic, metoda Kahn i cea dezvoltat mai recent de Wielopolski.

Un al patrulea algoritm de obinerere a unghiului polar din distribuia Klein-Nishina, deosebit de

eficient i bine fundamentat teoretic, este cel utilizat de codul EGSnrc, numit generic EGS.

S-a efectuat un studiu preliminar al distribuiei unghiurilor polare generate de ctre cei

patru algoritmi pe un interval 0 - 180 grade cu pasul de 15 grade. Pentru fiecare subinterval s-a

calculat probabilitatea de generare a acestor unghiuri pentru patru energii ale fotonilor.

Angular distribution 0.700 MeV

0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

15 degrees step intervals

probability (%)

EGS

classic

Kahn

Wielopolski

Figura 4 Distribuia unghiului polar de mprtiere Compton, utiliznd diferii

algoritmi, pe subintervale de 15 grade, acoperind domeniul 0 180 de grade.

Cele mai bune rezultate sunt generate de algoritmul EGS, urmat de Kahn i Clasic iar

rezultatele cele mai slabe sunt date de algoritmul Wielopolski. Algoritmul EGS respect

probabilitatea ridicat asociat unghiurilor polare mici i, de asemenea, genereaz i unghiuri

mari dar cu o probabilitate mai redus.

Modelarea parcursului radiaiei (pathlength sampling)

Se poate arta c parcursul fotonului n mediu pna la urmtoarea interaciune este:

20

)ln(1

rd

= (6)

unde r este un numr generat aleator avnd valoarea cuprins n intervalul [0, 1] iar este

coeficientul liniar de atenuare total al mediului.

La fiecare locaie de interaciune, programul IradMed calculeaz n ce organ are loc

fenomenul de interaciune cu substana, relativ la sistemul de coordonate fix al fantomului

matematic. ntotdeauna interaciunea este modelat n sistemul propriu de referin.

Dac d este distana pn la noua locaie de interacie, dat de relaia (6), atunci legtura

ntre coordonatele actuale i cele vechi, n sistemul de coordonate fix asociat fantomului

matematic, sunt date de:

duxx x+= 0 ; duyy y+= 0 ; duzz z+= 0 (7)

Valorile unghiurilor polare i azimutale se determin din modelarea interaciunii, iar noile

valori ale cosinusurilor directoare se determin cu ajutorul relatiilor (3) i (3).

Programul IradMed calculeaz dozele organ pentru aproximativ 30 de organe i regiuni

anatomice, dup care estimeaz doza efectiva prin nmulirea fiecrei doze organ cu factorul de

pondere tisular i efectund apoi suma pe toate organele considerate.

Se utilizeaz aproximaia kerma pentru calculul dozelor implicate n examinrile

radiologice. Totui, datorit geometriei cilindrice simple a mamografiei, programul IradMed

poate efectua (opional) o simulare Monte-Carlo complet innd cont de parcursul electronilor

n mediu, calculnd kerma i energia depozitat de ctre acetia. Aceast simulare Monte-Carlo

complet se bazeaz pe subrutinele EGSnrc, este mare consumatoare de timp i resurse, dar

rezultatele sunt extrem de precise. Diferenele rezultatelor obinute prin cele dou moduri de

calcul (aproximaia kerma respectiv simularea Monte-Carlo complet) n cazul mamografiilor s-

au dovedit a fi nesemnificative. Valabilitatea aproximaiei kerma a mai fost demonstrat i prin

studiul realizat cu ajutorul unui alt program PC propriu, scris n Java, numit GES_MC, creat

special pentru simularea Monte-Carlo complet n orice geometrie cilindric, deosebit de util

pentru calculul eficacitilor de detecie ale detectorilor beta i gamma, calculul coeficienilor de

atenuare i seciunilor eficace a tuturor interaciunilor fotonilor i electronilor cu substana,

aplicaiilor radiologice cu geometrie cilindric, i multe altele.

Valorile dozelor organ i efective generate de programul IradMed utiliznd algoritmul

Clasic sau Kahn, de selectare a unghiului polar din distribuia Klein-Nishina, sunt n bun

21

concordan cu valorile date de programe similare sau din literatura de specialitate, diferenele

putnd fi explicate prin utilizarea diferitelor modele ale fantomului matematic.

Utiliznd algoritmul EGS s-au obinut doze mai mici dect cele obinute prin alegerea

algoritmilor Kahn sau Clasic. Cu toate acestea, valorile dozelor pacient calculate de IradMed

prezint un nivel de ncredere mult mai nalt atunci cnd sunt estimate prin utilizarea

algoritmului EGS (att n aproximaia kerma pentru radiografii i CT ct i n simularea Monte-

Carlo complet din cadrul modelrii examenului mamografic).

3.2 Doza la suprafaa de intrare, doza organ i doza efectiv primit de

aduli i copii n radiografii

S-au luat n studiu 29 de instalaii Rntgen din dotarea unor uniti radiologice cu

maxim afluen de populaie adult din Transilvania (Cluj-Napoca, Turda, Huedin, Dej,

Miercurea Ciuc, Odorheiul Secuiesc, Oradea).

Dozele la suprafaa de intrare, pentru aduli, n cursul examinrilor radiologice cu i fr

backscatter sunt prezentate n tabelul 4. S-au calculat valorile minime, maxime i medii ale

acestor doze, valori utile n aprecierea gradului de iradiere a populaiei.

Tabelul 4 Doze la suprafaa de intrare, pentru aduli, n radiografii (valori medii, minime i

maxime) - parial

Tip examen

radiologic

Proiecie Doza n aer la

intrare (mGy)

Doza n aer cu

backscatter (mGy)

Doz de referin

(mGy)

Regiunea

craniu

AP

PA

LAT

3.129

(1.347 7.726)

5.574

(1.908 9.239)

3.629

(0.819 7.897)

4.067

(1.751 10.044)

7.250

(2.489 12.011)

4.717

(1.408 10.260)

5.0

5.0

3.0

Este de remarcat faptul c studiul distribuiei acestor doze, concret prin calculul

momentelor statistice de ordin superior (media, variana, skewness i kurtosis) a demonstrat c

valoarea medie nu este semnificativ diferit de valoarea median astfel c media aritmetic este

un bun indicator (la fel ca i mediana) al mediei acestor valori.

22

Analiza rezulatelor msurtorilor de doze la suprafaa de intrare pentru aduli, n cursul

radiografiilor a scos n eviden urmtoarele:

-o serie de examinri, cum sunt cele de coloan lombar, coloan lombosacrat , pelvis,

femur, genunchi, scapulo-humeral, contribuie cu doze medii de radiaii sub valorile

standardelor de referin ceea ce denot c aceste tipuri de proceduri radiologice sunt corect

executate.

-ngrijortoare sunt, ns rezultatele medii obinute pentru examinrile efectuate n zona

toracelui i n cea cranian. Radiografiile pulmonare efectuate n proiecie PA i LAT implic

doze medii de 6.7 ori i respectiv 8.0 ori mai mari dect nivelurile de referin. Pentru

radiografiile n zona cranian n proiecie PA i LAT, dozele la suprafaa de intrare sunt cu 45%,

respectiv 57% peste valorile de referin.

Valorile relativ mari ale dozelor fa de nivelurile de referin n cursul radiografiilor

pulmonare i craniene se datoreaz n principal impreciziei parametrilor de lucru fizici setai i

anume tensiune, timp de expunere, FSD, anod, mAs, filtrare etc., la o serie de uniti radiologice:

Spitalul Municipal Dej, Policlinica Huedin, Spitalul Clinic Municipal Clujana, Clinica TBC

Cluj-Napoca, Clinica Medicala 1 Cluj-Napoca.

Valorile medii ale dozele n aer la suprafaa de intrare cu backscatter, obinute pentru un

numr reprezentativ de uniti radiologice pot fi considerate niveluri proprii de referin. n plus,

aceste doze de referin ar putea fi propuse spre aplicare n unitile radiologice din Transilvania.

Dozele organ i dozele efective reprezint cea mai complet evaluare a expunerii la

radiaii pentru populaie. Cu ajutorul programului IradMed, s-au calculat dozele absorbite n 23

de organe i regiuni anatomice pe care le primesc pacienii n cursul examinrilor specifice.

Rezultatele dozelor organ medii obinute pentru toate tipurile uzuale de radiografii i pentru toate

unitile radiologice studiate, sunt prezentate n tabelul 5.

Tabelul 5 Doze organ medii primite de aduli n radiografii - Parial

Tip examen

radiologic

Regiunea

anatomic

Doza organ

(x 10-3 mGy)

Regiunea

anatomic

Doza organ

(x 10-3 mGy)

Regiunea

craniu AP

sn

schelet

mduva activ

creier

inim

0.070

44.056

22.852

197.427

0.072

ficat

plmni

timus

tiroid

restul

0.006

0.639

0.174

24.770

70.225

23

Diferitele proceduri radiologice induc n organele radiosensibile doze absorbite

apreciabile. Cunoaterea dozelor organ primite de pacienii supui diferitelor proceduri

radiologice este esenial att pentru calcularea dozei efective ct i pentru evaluarea

detrimentului indus de radiaie. Cunoaterea detrimentului este necesar pentru evaluarea

beneficiilor rezultate din aplicarea procedurilor radiologice. Beneficiul este considerat a fi

suficient dac expunerea este justificat i optimizat conform principiului ALARA (As Low As

Reasonably Achievable).

Doza efectiv este cel mai bun parametru pentru descrierea cantitii de radiaie primit

de un pacient supus unei examinri radiologice aplicat n scop diagnostic. Dozele efective

calculate de IradMed pentru toate tipurile de radiografii aplicate adulilor, executate n unitile

medicale reprezentative luate n studiu, sunt prezentate n tabelul 6.

Tabelul 6 Doze efectiv, pentru aduli, n radiografii (valori medii, minime i maxime) -

Parial

Tip examen

radiologic

Proiecie Doz efectiv (mSv) Doz efectiv de

referin (mSv)

Regiunea craniu AP

PA

LAT

0.0242

(0.0111 0.0400)

0.0500

(0.0210 0.0790)

0.0340

(0.0103 0.0724)

0.07

0.07

-

Valorile dozei efective ce depesc nivelurile de referin s-au obinut pentru radiografia

abdominal (1.20 mSv), radiografia de old (0.96 mSv) i radiografia pulmonar PA (0.12 mSv).

Valorile dozei efective n procedurile radiologice studiate sunt comparabile cu o serie de

date obinute prin studii similare n Germania, Japonia sau Norvegia.

Probabilitatea de inducere a cancerului i cea de deces asociat au fost calculate de

IradMed pe baza modelului BEIR VII. Valorile minime gsite sunt: 2 cazuri/1 milion populaie

pentru rata incidenei cancerului respectiv 1 caz/1 milion populaie pentru rata de deces. Valorile

maxime calculate: sunt 138 cazuri/1 milion populaie pentru rata incidenei cancerului respectiv

70 cazuri/1 milion populaie pentru rata de deces.

24

Copiii au o sensibilitate mult mai mare dect adulii la aciunea radiaiilor ionizante. De

aceea, aplicarea unei examinri radiologice n scop diagnostic trebuie s aibe loc numai dac este

absolut necesar, iar tehnica radiografic utilizat s fie ct mai exact. Studiul a fost realizat la

cteva uniti de pediatrie, cu flux semnificativ de pacieni, din oraele Cluj-Napoca i Oradea:

Pediatrie 1, Pediatrie 2, Pediatrie 3, Centrul de Diagnostic i Tratament Copii, Pediatrie TBC,

toate din Cluj-Napoca i Policlinica de Copii i Spitalul de Copii din Oradea.

S-a constatat c toate dozele implicate n radiografia nou nscutului sunt comparabile cu

cele implicate n radiografia copilului de 1 an. Se constat c valorile dozelor cresc sistematic, pe

msur ce se trece de la o categorie de vrst mai mic spre o categorie mai mare, aa cum de

altfel este normal, avnd n vedere c parametrii de lucru cresc pe msur ce vrsta copilului

crete, pentru a se obine o imagine radiologic adecvat.

Dozele maxime s-au obinut pentru radiografia de craniu, coloan toracic i pelvis, toate

executate n proiecie AP, la categoria de vrst 15 ani.

Valorile minime ale riscului de cancer, calculate de IradMed pe baza modelului BEIR

VII, sunt: 4 cazuri/1 milion populaie pentru rata incidenei cancerului respectiv 2 cazuri/1

milion populaie pentru rata de deces. Valorile maxime calculate: sunt 90 cazuri/1 milion

populaie pentru rata incidenei cancerului respectiv 40 cazuri/1 milion populaie pentru rata de

deces.

Este de remarcat faptul c toate valorile de doze ale tuturor unitilor pediatrice studiate,

cu o singur excepie, a Pediatriei 1 Cluj-Napoca, sunt mai mari dect nivelurile de referin. De

asemenea, dozele medii calculate pe toate unitile studiate sunt mai mari dect nivelurile de

referin. Asta nseamn c parametrii fizici setai la consol (kVp, mAs, timp de expunere,

FSD) sunt necorespunztori. Se impune o revizuire serioas a tehnicilor de lucru i a instalaiilor

Rntgen vizate, care s pun de acord dozele eliberate n cursul procedurilor radiologice cu

valorile acceptate de standardele internaionale.

3.3 Doza n aer, doza absorbit, doza medie glandular i doza efectiv

n mamografii

Mamografia este examenul radiologic cel mai eficient pentru depistarea timpurie a

cancerului la sn. n faz incipient cancerul poate fi doar o leziune uoar cu un contrast extrem

de slab comparativ cu esutul normal. De aceea, este nevoie de un spectru de radiaii cu energii

joase (pentru care rezult o cretere a dozei absorbite n sn), care s asigure o imagine cu

contrast suficient, la care aceste leziuni s fie vizibile. n acelai timp, esutul glandular este

25

deosebit de sensibil la aciunea radiaiilor X, astfel c doza pe care o primete pacienta n cursul

examenului mamografic trebuie meninut la valori rezonabile, conform principiului ALARA.

S-a luat n studiu o unitate radiologic reprezentativ pentru fluxul de pacieni i anume

Spitalul Cilinic Judeean Cluj-Napoca.

Doza la suprafaa de intrare s-a determinat n condiii de lucru standard. Doza absorbit i

cea efectiv au fost calculate prin simulare Monte-Carlo cu ajutorul programului IradMed. De

asemenea, s-a calculat doza medie glandular, conform standardului IAEA, pe baza valorii HVL

de 0.42 mmAl determinat n prealabil prin aplicarea testului HVL. Rezultatele sunt prezentate

n tabelul 7.

Tabelul 7 Doze n mamografie

Doza n aer

la suprafaa

de intrare

(mGy)

Doza n aer

la suprafaa

de intrare de

referin

(mGy)

Doza

absorbit

(mGy)

Doz medie

glandular,

AGD, (mGy)

Doz medie

glandular de

referin,

AGD, (mGy)

Doza efectiv

(mSv)

12.77 13.0 2.73 2.97 2.8 0.14

Se observ c doza absorbit calculat de programul IradMed prin aplicarea tehnicii

Monte-Carlo complete i doza medie glandular, AGD, calculat conform standardului IAEA nu

sunt semnificativ diferite conform testului statistic 3 sigma. n plus, aceste doze nu sunt

semnificativ diferite de dozele de referin corespunztoare, deci procedura radiologic este

aplicat corect, respectnd principiul ALARA. De asemenea, aceste doze gsite, sunt

comparabile cu o serie de rezultate mamografice din diferite ri cum sunt Anglia, Belgia,

Canada, Germania, Suedia i SUA publicate n literatura de specialitate.

Valorile tipice ale riscului de cancer la sn asociat mamografiei, calculate de IradMed pe

baza modelului BEIR VII, sunt: 4 cazuri/1 milion populaie pentru rata incidenei cancerului

respectiv 1 caz/1 milion populaie pentru rata de deces.

Estimrile de risc se bazeaz pe doza medie n esutul glandular, dar acest risc este

extrem de mic comparat cu beneficiile rezultate din aplicarea mamografiei ca metod de

screening pentru depistarea precoce a cancerului la sn.

26

3.4 CTDI, doza organ i doza efectiv n tomografia computerizat

Tomografia computerizat (CT) este unanim recunoscut ca o realizare valoroas pentru

radiodiagnosticul medical atingnd n ultimul timp, odat cu apariia scanerilor CT de generaia a

treia i a patra, performane spectaculoase. Avantajul principal al acestei proceduri radiologice l

constituie realizarea unor imagini de calitate net superioar, dar dozele furnizate pacienilor sunt

mult mai mari comparativ cu cele din radiografia convenional.

Msurtorile dozimetrice s-au executat pe axa de rotaie a dou tipuri de scanneri CT, GE

CT PACE din cadrul Institutului Oncologic Cluj-Napoca i CT PICKER PQ din cadrul Spitalului

Militar Cluj-Napoca. Dozele efective (i dozele organ) au fost calculate cu ajutorul programului

IradMed iar rezultatele msurtorilor sunt incluse n tabelul 8.

Tabelul 8 CTDI i doza efectiv n CT

Aparat Zona

iradiat

CTDI

(mGy/mAs)

CTDI

(mGy)

CTDI

referin

(mGy)

CTDI

periferic

(mGy/mAs)

Doza

efectiv

(mSv)

Doza

efectiv

de

referin

(mSv)

CT

PACE

craniu

torace

abdomen

0.275

0.300

0.300

41.25

45.00

45.00

60.00

30.00

35.00

0.445

0.486

0.486

1.10

7.06

7.56

1.8

7.8

7.6

CT

PICKER

craniu

torace

abdomen

0.219

0.402

0.416

32.85

60.30

62.40

60.00

30.00

35.00

0.355

0.651

0.674

0.93

10.13

11.29

1.8

7.8

7.6

Prin aplicarea testului de comparare 3 sigma, se observ c examinrile de craniu

determin valori ale CTDI i doze efective sub nivelurile de referin iar examinrile toracelui i

abdomenului implic doze ce depesc aceste niveluri. Totui, dozele efective implicate n

examinrile de torace i abdomen generate de scanerul CT PACE sunt comparabile cu nivelurile

de referin stabilite de IAEA. Se impune aadar o revizuire a parametrilor de lucru pentru

instalaia CT PICKER din dotarea Spitalului Militar Cluj-Napoca.

Probabilitatea de inducere a cancerului i cea de deces au fost calculate de IradMed pe

baza modelului BEIR VII. Valorile minime gsite sunt: 99 cazuri/1 milion populaie pentru rata

27

incidenei cancerului respectiv 50 cazuri/1 milion populaie pentru rata de deces. Valorile

maxime calculate: sunt 1203 cazuri/1 milion populaie pentru rata incidenei cancerului respectiv

612 cazuri/1 milion populaie pentru rata de deces.

Dozele organ medii pentru instalaiile studiate sunt prezentate n tabelul 9.

Tabelul 9 Doze organ medii n CT - parial

Tip examen

radiologic

Regiunea

anatomic

Doza organ

(x 10-3 mGy)

Regiunea

anatomic

Doza organ

(x 10-3 mGy)

Regiunea

craniu

sn

schelet

mduva activ

creier

inim

24.135

1741.738

1143.688

9008.628

15.182

ficat

plmni

timus

tiroid

restul

1.609

98.891

50.729

1587.516

2081.489

Dozele efective n CT cranian, pulmonar i abdominal sunt de aproximativ 33, 28

respectiv 9 de ori mai mari dect cele din radiografia convenional. Riscurile de cancer sunt cu

un ordin de mrime mai mari ca cele asociate radiografiei convenionale. Prin urmare, examenul

CT trebuie recomandat cu atenie deosebit, numai atunci cnd beneficiul adus depete riscul

radiologic.

3.5 Rata dozei primit de aduli i copii n radioscopii

Radioscopia implic, o geometrie de lucru neregulat i din acest motiv nu se pot efectua

cu acuratee determinri de doze organ i efective prin simulare Monte-Carlo. Din acest motiv,

pentru radioscopii, standardele internaionale au stabilit c singurele mrimi fizice, msurabile

direct i care asigur un nivel acceptabil de precizie, sunt rata dozei (kermei) msurat n aer n

condiii standard de examinare i rata dozei (kermei) maxim msurat n aer n condiiile cele

mai neavantajoase cum ar fi, plasarea detectorului ct mai aproape de tub i mai departe de

intensificatorul de imagine.

S-au luat n studiu instalaiile fluoroscopice din unitile reprezentative pentru aduli i

copii din Cluj-Napoca, Miercurea-Ciuc, Odorheiul Secuiesc, Oradea i s-au calculat valorile

medii ale acestor rate, conform standardului IAEA, tiind c media aritmetic este indicatorul

28

optim pentru media distribuiei acestor doze, conform testelor statistice cunoscute (skewness).

Rezultatele sunt prezentate n tabelul 10.

Conform standardului IAEA, nivelurile de referin pentru rata standard a dozei n

fluoroscopie se mpart pe trei categorii: fluoroscopie de doz joas, 10 mGy/min; fluoroscopie de

doz medie, 20 - 25 mGy/min; fluoroscopie de doz nalt, 40 - 100 mGy/min. Rata maxim a

dozei, nu trebuie s depeasc 50 mGy/min pentru instalaile cu control manual a parametrilor

de lucru (cum este cazul majoriti instalaiilor studiate) respectiv 100 mGy/min pentru

instalaiile cu control automat.

Tabelul 10 Rata (medie) standard i maxim a dozei pentru aduli i copii n

radioscopii

Pacient Rata standard a dozei

(mGy/min)

Rata maxim a dozei (mGy/min)

Aduli 12.88 19.25

Copii 31.05 51.33

Valorile medii prezentate n tabelul 10 arat c rata standard a dozei pentru aduli se

ncadreaz n categoria fluoroscopiei de doz joas spre medie, iar rata standard a dozei pentru

copii se ncadreaz n categoria fluoroscopiei de doz medie spre nalt.

Important este faptul c examenul fluoroscopic la copii implic doze semnificativ mai

mari ca la aduli, dar i adulii pot primii doze mult mai mari ca cele primite n cursul

radiografiilor dac timpul total de expunere (explorare) este mare (de ordinul minutelor) aa cum

se ntmpl deseori n practic.

CAPITOLUL IV: Dozimetria termoluminiscent

Termoluminiscena (TL) este un fenomen fizic care se bazeaz pe proprietea unor cristale

de a emite lumin n cursul nclziri lor, dup ce n prealabil acestea au fost expuse unei iradieri

naturale sau artificiale. Un sistem complet de dozimetrie termoluminiscent (TLD) este format

dintr-un detector TL, un reader i un ciclu de msurare, urmnd ca rezultatele s fie prelucrate

matematic. Unele materiale TL (LiF-100, CaSO4:Tm, LiF:Mg,Cu,P) prezint caliti dozimetrice

remarcabile, motiv pentru care sunt utilizai att n dozimetria individual ct i n monitorizarea

radioactivitii mediului ambiant. n plus, dozimetria TL mai poate fi aplicat i n iradierea

29

medical pentru msurarea dozei reale la piele a pacienilor evitndu-se astfel utilizarea unor

factori de corecie specifici (factorul de retro-mprtiere, backscatter). Totodat, dozele

msurate, cu ajutorul dozimetrelor TLD n fantom, ne pot indica doza absorbit n diferite organe

i esuturi, doz care este cu att mai precis cu ct construcia fantomului uman este mai exact.

Totui, de cele mai multe ori n practic, dificultatea realizrii fizice a acestor fantomuri, preul

lor i dificultatea realizrii ansamblului experimental fac ca doza organ s nu poat fi msurat

cu o bun precizie, singura metod suficient de exact pentru realizarea acestui deziderat

rmnnd tehnica simulrii Monte Carlo.

4.1 Msurarea dozelor de radiaii utiliznd pulberi de LiF-100 i

CaSO4:Tm

Au fost studiate dou materiale TL cu rezultate bune n practica dozimetric i anume,

pulberi de LiF-100 i CaSO4:Tm, ce provin de la Harshaw Chemical Company, respectiv

Technical University Budapest.

Rezultatele experimentale au artat c pentru aceeai valoare a expunerii, pulberea de

CaSO4:Tm este cu dou ordine de mrime mai sensibil (semnal TL mai mare) dect cea de LiF-

100, fapt confirmat i de ali cercettori. Ca urmare, pulberea CaSO4:Tm poate fi utilizat la

msurarea dozelor joase din domeniul radioactivitii mediului.

Stabilitatea dozimetrelor n diferite condiii climatice n funcie de timp, denumit fading,

este deosebit de important pentru cunoaterea coreciilor ce se impun pentru perioada de timp

dintre expunere (iradiere) i citire (msurare). Fadingul depinde de o serie de factori cum sunt

temperatura, umiditatea sau lumina. S-a studiat fadingul celor dou pulberi TL pe o perioad de

o lun de pstrare a dozimetrelor iradiate n condiii normale de temperatur i umiditate i la

ntuneric. Rezultatele arat c dup 1 lun de stocare a dozimetrelor iradiate, fadingul pulberii de

LiF-100 este mult mai bun dect cel al pulberii de CaSO4:Tm i anume semnalul TL pentru LiF-

100 scade cu numai 3.1%, n timp ce semnalul TL pentru CaSO4:Tm se reduce cu 25.8%. Aceste

procente se iau ulterior n considerare pentru exprimarea corect a rezultatelor.

S-a aplicat dozimetria TL pentru msurarea dozelor la piele primite de un pacient

examinat radiologic n regiunea renal. Urografia este o examinare complex compus dintr-o

radiografie simpl denumit renal pe gol, urmat de dou radiografii executate la diferite

intervale de timp prin injectarea unei substane de contrast, ceea ce nseamn c unui pacient i s-

au aplicat trei expuneri consecutive. Msurtorile s-au executat la un aparat de tip Diagnomax

M125 utiliznd un regim de lucru standard. S-au expus dou loturi de cte 5 dozimetre din

30

fiecare pulbere n fascicul direct de raze X al instalaiei de rntgendiagnostic. Rezultatele

msurtorilor (integrate pe cele trei expuneri consecutive) sunt:

D(LiF-100) = 26.40 +/- 2.82 mGy respectiv D(CaSO4:Tm) = 28.00 +/- 1.27 mGy

Testul statistic 3 sigma a confirmat faptul c rezultatele sunt comparabile ntre ele i

comparabile cu standardul IAEA n care doza de referin n urografie este de 10 mGy per

radiografie. Incertitudinea mai mic pentru doza dat de pulberea CaSO4:Tm este rezultatul

direct al sensibilitii ei superioare. n plus, rezultatele dovedesc o bun reproductibilitate i sunt

consistente cu dozele asociate examinrilor radiologice similare.

4.2 Caracteristicile fizice ale pulberii termoluminiscente LiF:Mg, Cu, P

Materialele termoluminiscente cu LiF:Mg, Cu, P reprezint o tehnologie de vrf n

dozimetria TL iar performanele dozimetrice ale acestora au fost studiate de numeroi specialiti

din ntreaga lume. Aceast pulbere este de aproximativ 25 de ori mai sensibil ca cea de LiF-

100, comparabil cu sensibilitatea materialelor TL de CaSO4:Tm.

Dup 1 lun de stocare a dozimetrelor iradiate i pstrate n condiii optime, ferite de

umiditate i lumin, practic nu s-a semnalat nici o scdere semnificativ a semnalului TL. Deci,

aceast pulbere poate fi utilizat n experimente pentru lungi perioade de timp fr a fi necesar

corecia de fading.

S-a studiat influena luminii naturale asupra pulberii de LiF:Mg, Cu, P i s-a constatat

faptul c semnalul TL a rmas aproape nemodificat ceea ce nseamn c nu este necesar s se

protejeze acest tip de pulbere TL de aciunea luminii.

Limita de detecie a ansamblului dozimetru TL-reader poate fi descris cu aproximaie

utiliznd teoria lui Curie.

bSLD 29.3= (8)

unde Sb este abaterea standard individual a msurtorilor de fond. Aceast ecuaie se

bazeaz pe studiul teoretic al deviaiei msurrii probelor slab expuse fa de fondul msurat (de

exemplu, prin msurtori pe probe blank).

S-a determinat limita de detecie ca fiind:

LD = 0.00832 rad = 0.083 mGy = 83 Gy.

Aceast valoare este conform cu literatura de specialitate iar mrimea ei (mic) conduce

la posibilitatea utilizrii acestor pulberi TL n diverse aplicaii de doz joas.

31

n concluzie, studiul prezent confirm caracteristicile fizice foarte bune ale pulberii

termoluminiscente de LiF:Mg, Cu, P, ce poate fi aplicat pentru cunoaterea dozei de radiaii la

piele primit de pacieni n expunerile medicale, n monitorizarea expuilor profesionali i n

monitorizarea radioactivitii mediului ambiant.

CAPITOLUL V: Factori fizici implicai n mrimea dozelor

Pentru realizarea unei balane corecte ntre doza primit de un pacient n iradierea

medical i calitatea imaginii este necesar cunoaterea tuturor factorilor fizici implicai n

practica radiologic.

5.1 Testul HVL pentru controlul calitii instalaiei X

Testul HVL este testul de baz n cadrul controlului calitii instalaiilor X. Prin acest test

se verific dac exist o filtrare optim pentru a contracara, pe de o parte, creterea dozei

datorat fotonilor de joas energie, iar pe de alt parte, de a asigura o imagine radiologic de

bun calitate.

Pentru a calcula automat valoarea experimental a HVL i pentru interpretarea rapid a

posibilelor diferene fa de valoarea teoretic a acestei mrimi, s-a utilizat programul propriu,

IradMed, capabil s calculeze dozele organ i efective ale pacienilor supui procedurilor

radiologice uzuale i s calculeze i s interpreteze o gam larg de teste de control de calitate

pentru instalaiile X.

Pentru calculul valorii experimentale a HVL, se msoar doza n aer corespunzatoare

diferitelor grosimi de absorbant interpus ntre focar i dozimetru. n mod uzual, absorbantul este

constituit din plcue de aluminiu, de mare puritate, avnd grosimi de 0.1 mm pentru mamografii

i 1 mm sau 2 mm pentru radiografii. Aceste plcue de aluminiu se plaseaz ct mai aproape de

tub, deci ct mai departe de dozimetru, pentru a se evita efectul mprtierilor Compton. ntre

detector i masa de radiografii s-a plasat o foi subire de plumb pentru a absorbi radiaiile ce

ajung la mas, minimaliznd astfel retro-mprtierea.

Mrimea HVL depinde n principal de trei factori: kilovoltaj, filtrarea total a tubului i

unghiul anodului. IradMed in cont i de materialul anodului i de ondulaia formei de und

pentru calculul HVL teoretic. Este utilizat o baz de date, denumit SRS 78, ce reprezint

spectrul de raze X nefiltrat (ponderea fotonilor n spectru n funcie de energia lor), iar valorile

teoretice ale HVL sunt calculate prin iteraii succesive pe baza filtrrii totale dat n echivalent

32

mm Al. Filtrarea total poate fi calculat pentru o gam larg de tipuri de filtre sau de diferite

combinaii ale acestora.

Conform standardului AEIA, corpul uman este compus n special din esut moale, astfel

nct se poate considera c un pacient adult, de dimensiuni standard, are o grosime echivalent

cu 20 cm apa. Considernd o tensiune de 100 kV, un unghi uzual al anodului de 17 grade,

material al anodului de wolfram i o form de und de tip potenial constant, valorile teoretice

ale HVL i HVL2 au aproximativ aceeai valoare pentru un absorbant de 200 mm esut moale

(HVL de 8.21 mm Al respectiv HVL2 de 9.27 mm Al) ca n cazul utilizrii unui absorbant de

aluminiu de 18 mm grosime (HVL de 8.25 mm Al respectiv HVL2 de 9.20 mm Al). Aceast

coresponden de 200 mm esut echivalent cu 18 mm aluminiu se pstreaz i pentru alte valori

ale kV, ondulaie, unghi anod i material anod, avnd astfel un caracter general. Prin urmare, este

evident faptul c, n interpretarea rezultatului testului HVL, trebuie s se in cont i de grosimea

de absorbant corespunzatoare reducerii la un sfert a intensitii radiaiei (QVL). Este deci

necesar i suficient interpretarea testului HVL pe baza valorilor HVL, HVL2 i a factorului de

omogenitate. Standardul actual IAEA de referin a emis doar recomandri asupra valorii HVL

fr a ine cont i de HVL2 fiind deci incomplet, deoarece pot exista cazuri n care valoarea HVL

s fie corespunztoare dar datorit abaterii HVL2 i a factorului de omogenitate fa de valorile

teoretice, calitatea radiaiei s fie de slab calitate i/sau dozele pacient s fie mari.

Expresiile pentru HVL2 i a factorului de omogenitate sunt:

22 /; HVLHVLHVLQVLHVL == (9)

Deoarece radiaia X generat de un tub Rntgen nu este monoenergetic, curba de

atenuare a intensitii radiaiei n funcie de grosimea absorbantului nu este o exponeniala. n

literatura de specialitate, acest fapt se numeste the hardening effect. De aici, rezult n mod

evident faptul c n scala semilogaritmic curba respectiv nu are forma unei linii drepte. Astfel,

deducerea valorii HVL, prezentat n diferite publicaii, prin interpolare liniar simpl ntre

punctele corespunzatoare curbei n scala semilogaritmic este neriguroas i chiar inexact n

multe cazuri.

Deseori n practic, este extrem de util s se reprezinte grafic valoarea dozei i a grosimii

corespunzatoare absorbantului (n mmAl) astfel: doza pe abscis, iar grosimea absorbantului

(mmAl) pe ordonat n vederea interpolarii ulterioare (prin polinoame sau prin funcii spline),

numit din acest motiv reprezentare invers. Prin aceast reprezentare valoarea HVL respectiv

QVL se calculeaz direct pe baza ecuaiilor funciilor de fitare a curbei i de aici se determin

33

imediat valoarea HVL2 i a factorului de omogenitate aplicnd relaiile (9). Un exemplu de curb

de atenuare n reprezentare invers este prezentat n figura 5.

Figura 5 Curba de atenuare, prin interpolare spline, pentru determinarea HVL;

grosimea absorbant (aluminiu) n funcie de uniti de doz

Pentru reprezentarea direct, doza pe ordonat i grosimea de absorbant pe abscis,

pentru calculul HVL respectiv QVL, este necesar s se rezolve ecuaiile:

4/)(;2/)( 00 yxfyxf == (10)

unde f(x) reprezint funcia polinomial (n cazul interpolrii polinomiale) sau funciile

spline (n cazul interpolrii prin funcii spline cubice) asociate intervalelor ce ncadreaz

mrimea HVL respective QVL.

Ecuaiile (10) sunt rezolvate prin metode numerice cum sunt: metoda secantei, metoda

tangentei (Newton), metoda aproximaiilor succesive, metodele Birge-Viete sau n cazul

funciilor spline cubice se rezolv formulele lui Cardano.

Dup determinarea valorilor experimentale ale HVL, HVL2 i a factorului de

omogenitate, se poate estima filtrarea total echivalent a tubului de raze X. Filtrarea total a

tubului se calculeaz pe baza spectrului X neatenuat, la parametrii fizici pentru care s-a calculat

HVL i QVL (kV, unghi anod, material anod i ondulaia formei de und), utiliznd baza de date

SRS 78, prin iteraii succesive astfel nct s se obin o reducere a intensitii fascicului de 50%

corespunztor valorii HVL calculate din datele experimentale, respectiv o reducere a intensitii

la 25% corespunztor valorii QVL calculate din datele experimentale. Se obin astfel dou valori

34

f1 i f2 ale acestui parametru care, deseori, sunt diferite ntre ele. Urmtorul pas este de a asocia

ponderi celor dou filtrri obinute, pentru rezultatul final al filtrrii totale. Aceast filtrare total

dedus pe baza testului HVL este de o importan major deoarece este utilizat ulterior n

simularea Monte-Carlo pentru determinarea dozelor pacient. Prin urmare, cele dou mrimi f1 i

f2 sunt corelate cu pacientul ce urmeaz a fi investigat i de aceea filtrarea total ponderat

dedus din valorile HVL i HVL2 se numete filtrare total echivalent. Cu alte cuvinte, filtrarea

total echivalent depinde att de tub ct i de pacient. Concret, fie g, grosimea planului de

interes, asociat pacientului, dat n mm esut moale sau n mm echivalent aluminiu. Conform celor

artate mai sus, dac se consider planul median (privit ca medierea dup adncimea diferitelor

organe) atunci g va fi 100 mm esut sau 9 mm Al, iar dac se consider planul de interes ca fiind

efectiv ntreg corpul, atunci g va 200 mm sau 18 mm Al. Aceste valori sunt pentru pacientul

standard n examinarea radiologic cu proiecie AP sau PA, iar pentru proieciile LAT valorile de

mai sus se dubleaz. Ponderile lui HVL2 i HVL, p2 respectiv p1 la filtrarea total echivalent

(ponderat) vor fi:

HVLgpHVLgg

HVLgp =>

= ,0;, 22 ; 21 1 pp = (11)

Dac g este dat n mm esut atunci fie se transform aceast valoare n echivalent

aluminiu, fie valoarea HVL e transformat n echivalent esut pentru rezolvarea ecuaiilor (11).

Pe baza acestor ponderi, filtrarea total echivalent dedus din testul complet HVL i

calculat automat de IradMed, este:

2211 fpfpf += (12)

Pe baza deviaiilor valorilor experimentale ale HVL fa de cele teoretice, se pot

determina valorile HVL pentru orice kilovoltaj, unghi anod, material anod sau ondulaie a formei

de und a tensiunii.

Exist n literatura de specialitate diferite tabele din care, pentru o anumit valoare a lui

HVL i pentru un kilovoltaj dat, se poate gsi filtrarea total a tubului. Trebuie precizat faptul c

pentru determinarea filtrrii, pe lng HVL i kV, o mare importan o are materialul anodului,

nclinarea anodului i ondulaia formei de und a tensiunii, astfel nct aceste tabele constituie, n

cel mai bun caz, o particularizare pentru valori considerate standard ale celorlali parametrii (de

pild, anod de tungsten cu nclinaie de 17 grade i pentru potenial constant). Astfel, pentru

35

instalaiile X la care, de exemplu, unghiul anodului difer de valoarea standard (de exemplu 13

grade), estimarea filtrrii totale a tubului pe baza tabelelor menionate anterior este inexact. Pe

de alt parte, aa cum s-a artat, exist i o dependen a HVL2 de filtrarea totala a tubului. n

cazul cel mai general, filtrarea total dedus din valoarea HVL2 poate s difere de cea rezultat

din considerarea valorii HVL. Numai pentru instalaiile X corespunztoare, din punct de vedere

tehnic, cele dou rezultate nu sunt semnificativ diferite. Din acest motiv, aplicarea ponderii

pentru HVL i HVL2 n funcie, practic, de examinarea radiologic (grosimea pacientului),

pentru estimarea filtrrii totale echivalente, este considerat a fi cea mai potrivit.

Compararea valorilor HVL experimentale cu cele teoretice, este efectuat fie prin

aplicarea testului Student pentru compararea mediilor fie pe baza testului 3 sigma. Pe baza

acestei comparri, se poate efectua interpretarea testului HVL. De exemplu, dac valorile pentru

HVL i HVL2 sunt semnificativ superioare valorilor teoretice corespunzatoare, n ipoteza c toi

ceilali factori fizici utilizai n determinarea HVL sunt adecvai (kilovoltaj setat, filtrare total,

timp de expunere etc.), se poate interpreta c: n spectrul X generat de tub predomin fotonii de

energii relativ nalte; absorbia fotonilor este insuficient, fapt ce afecteaz contrastul imaginii

(supraexpunerea filmului radiologic, n cazul radiografiilor); doza primit de pacient se ateapt

a fi mai mic dect doza primit n aceleai condiii, dac pentru examinarea radiologic

respectiv s-ar fi utilizat o instalaie Rntgen corespunzatoare. Discuii i interpretri similare

sunt efectuate pentru toate combinaiile posibile de abateri ale valorilor experimentale HVL,

HVL2 i ale factorului de omogenitate fa de valorile teoretice corespunztoare. Totui, aceste

interpretri pot s nu fie valabile dac parametrii de lucru sunt necorespunzatori. De exemplu,

msurarea HVL la 80 kV setai la consol s fie efectuat practic la 70 kV datorit faptului c

acurateea tensiunii este necorespunztoare. n acest sens, trebuie efectuate teste privind

reproductibilitatea i acurateea timpului de expunere i a kilovoltajului de vrf, studiul

liniaritii mAs precum i studiul petei focale efective i alte teste de contrast nalt i sczut a

imaginii radiologice.

Metoda prezentat pentru efectuarea i interpretarea testului HVL, utilizat de

programului IradMed, a fost aplicat cu succes n cadrul controlului calitii instalaiilor X din

radiodiagnostic. S-a efectuat testul complet HVL pe datele obinute din msurtori la 40 de

uniti radiologice din Transilvania, att pentru aduli ct i pentru copii.

Rezultatele teoretice i experimentale pentru HVL, HVL2 i factorul de omogenitate, ,

pentru cteva din instalaiile Rntgen luate n studiu sunt incluse n tabelul 11.

36

Analiza valorilor teoretice i experimentale obinute prin testul HVL arat o varietate

extrem de larg de rezultate. Instalaiile radiologice investigate prezint numeroase

neconcordane ntre valorile experimentale comparativ cu cele teoretice.

Tabelul 11 HVL, HVL2 i factorul de omogenitate ai instalaiilor X - parial

Unitatea

medical

Tip aparat

Rntgen

Rezultate HVL

(mmAl)

HVL2

(mmAl)

Centru D.T.

Cluj

Diagnomax

M125

Teoretice

Experimentale

1.33 +/- 0.07

0.93 +/- 0.05

1.75 +/- 0.09

1.27 +/- 0.06

0.76 +/- 0.05

0.73 +/- 0.05

Centru D.T.

Cluj

Eltex Teoretice

Experimentale

1.74 +/- 0.09

2.07 +/- 0.10

2.33 +/- 0.12

2.35 +/- 0.12

0.75 +/- 0.05

0.88 +/- 0.06

Maxilofacial

Cluj

Eltex 400 Teoretice

Experimentale

2.45 +/- 0.12

3.03 +/- 0.15

3.60 +/- 0.18

2.51 +/- 0.13

0.68 +/- 0.05

1.21 +/- 0.09

Medicala 1

Cluj

Philips Teoretice

Experimentale

2.64 +/- 0.13

2.93 +/- 0.15

3.97 +/- 0.20

4.70 +/- 0.24

0.66 +/- 0.05

0.62 +/- 0.04

Toate rezultatele obinute n prezentul studiu, precum i propunerile de remediere ale

deficienelor semnalate au fost naintate unitilor medicale vizate, pentru ca soluiile de

mbuntire propuse s fie aplicate, astfel nct aparatura radiologic s fie conform cu

normele n vigoare.

Dei testul HVL este unanim considerat ca fiind cel mai important, pentru o verificare

complet a instalaiei X, trebuie efectuate o serie de teste de control a calitii, cum ar fi:

acurateea i reproductibilitatea kilovoltajului i a timpului de expunere, studiul liniaritii mAs,

determinarea petei focale i a distanei focar-film, teste de control a calitii imagini.

5.2 Parametrii fizici ai instalaiei Rntgen

Verificarea parametrilor fizici ai instalaiilor de rntgendiagnostic face parte integrant

din controlul calitii n radiodiagnosticul medical. n plus, rezultatele calitative i cantitative ale

testului complet HVL depind de aceti parametrii fizici, astfel c s-au efectuat o serie de teste de

control cum ar fi: reproductibilitatea i acurateea tensiunii i a timpului de expunere, cu ajutorul

unui instrument multi-function meter RMI 240 A, liniaritatea mAs, uiliznd un dozimetru

RADCHECK plus 06-256, aliniamentul cmpului luminos cu cel de raze X, utiliznd un film

37

radiologic i 4 markeri metalici, studiul petei focale i a distanei focus-film, utiliznd un film

radiologic i un tester RMI 112B, precum i verificarea contrastului nalt i sczut a imaginii

radioscopice, utiliznd testerul RMI 141 respectiv testerul RMI 151.

Toate aceste teste de control s-au aplicat, n conformitate cu standardul IAEA, unui

numr de 31 instalaii X, utilizate pentru aduli i copii din dotarea unor uniti radiologice

reprezentative ca afluen de populaie din oraele Cluj-Napoca, Dej, Huedin, Turda, Miercurea

Ciuc, Odorheiu Secuiesc i Oradea.

Reproductibilitatea tensiunii de vrf, kVp, i a timpului de expunere, t, este determinat

de coeficientul de variaie, C.V. (%) care este definit astfel:

100.(%). =VC (13)

unde reprezint abaterea standard experimental asociat setului de msurtori repetate

ale kVp sau t, iar este valoarea medie a acelui set de valori. S-a setat la masa de comand, o

valoare a tensiuni de 70 kV i 20 mAs i s-au efectuat minim 5 expuneri obinndu-se astfel 5

valori pentru kVp i t. Coeficientul de variaie calculat prin relaia (13) nu trebuie s depeasc

valoarea maxim permis de 5% conform normelor CNCAN.

Acurateea sau precizia tensiunii de vrf i a timpului de expunere este caracterizat de

calculul diferenei relative a valorii msurate fa de valoarea setat la masa de comand prin

relaia (se consider valoarea msurat ca fiind de referin):

m

sm

x

xxdiff

= 100(%) (14)

unde xm este valoarea msurat a kVp sau t, xs este valoarea setat la consol a kVp sau t.

S-au setat timpi de expunere i tensiuni de vrf pe un domeniu larg de valori, specific

radiodiagnosticului cum ar fi: 60 kV, 70 kV, 80 kV, 90 kV, 100 kV i 120 kV. Valoarea

diferenei relative dat de (14) nu trebuie s depeasc valoarea maxim permis de 10%.

Liniaritatea mAs s-a calculat la o tensiune constant de 70 kV, mrind treptat valoarea

mAs i nregistrnd doza n aer corespunztoare. S-au obinut astfel perechi de valori

corespunztoare la 20 mAs, 40 mAs, 60 mAs, 80 mAs i 100 mAs. Pentru fiecare mAs setat s-a

calculat randamentul tubului definit prin:

38

mAsDR /= (15)

unde D este doza msurat (sau orice alt mrime fizic direct proprional cum ar fi

fluena fasciculului, intensitatea fasciculului, kerma sau expunerea) iar mAs este valoarea setat.

Evident, valoarea lui R n cazul ideal ar trebui s fie constant. Se determin valoarea minim,

Rmin, i valoarea maxim, Rmax, din irul respectiv de valori. Coeficientul de liniaritate, k, este

definit de relaia:

minmax

minmax

RR

RRk

+

= (16)

i trebuie s fie sub valoarea maxim permis de 0.1.

Pata focal s-a determinat pe baza observaiilor ultimului grup de linii vizibil de pe tester

i pe baza mririi dat de fasciculul divergent de radiaii. Testerul se plaseaz pe caseta

fotografic ce conine filmul radiologic