Δοσιμετρία στον παιδικό πληθυσμό κατά τις ακτινογραφικές και ακτινοσκοπικές εξετάσεις με χρήση λογισμικού προσομοίωσης Monte Carlo

Abstract

Cystourethrography studies contribute significantly to the diagnosis of malformations or functional disorders of the urinary tract or other major congenital abnormalities, such as posterior urethral valves in boys. Barium meal studies are often performed in paediatric radiology order to assess Gastroesophageal reflux, but also laryngopharyngeal reflux, malrotations and vascular rings.However, both studies use fluoroscopy and multiple radiographs all of which result in high radiation doses to patients.Children are a special group of patients with a higher probability to develop delayed effects due to radiation, considering that they are 5-7 times more sensitive to radiation than adults. According to European legislation directive 97/43/Euratom (EC, 1997) as well to Greek legislation, it is essential to investigate children’s radiation exposures from X-rays examinations. Additionally, special Diagnostic Reference Levels (DRLs) for children have been proposed by the European Commission (European Guidelines on Quality Criteria for Diagnostic Radiographic Images in Pediatrics) and by National Radiological Protection Board, UK (Reference doses and patient size in pediatric radiology). The purpose of this study is to estimate the organ doses, effective doses and the corresponding conversion factors, to paediatric patients undergoing Barium meal and Micturating Cystourethrography examinations, by clinical measurements and Monte Carlo simulation. In clinical measurements, dose–area products (DAPs) were assessed during examination of 50 patients undergoing barium meal and 90 patients undergoing cystourethrography examinations, separated equally within 3 age categories: namely newborn, 1-year and 5 years old. Monte Carlo simulation of photon transport in male and female mathematical phantoms was applied, using the MCNP5 code, in order to estimate the equivalent organ doses. Regarding the micturating cystourethrography examinations the organs receiving considerable amounts of radiation doses were: the urinary bladder (1.87, 2.43 and 4.7 mSv, the first, second and third value in the brackets corresponds to neonatal, 1 and 5-year old patients respectively), the large intestines (1.54, 1.8, 3.1 mSv), the small intestines (1.34, 1.56, 2.78 mSv), the stomach (1.46, 1.02, 2.01 mSv) the gall bladder (1.46, 1.66, 2.18 mSv) depending upon the age of the child. Organs receiving considerable amounts of radiation during Barium meal examinations were: the stomach (9.81, 9.92, 11.5 mSv), the gall bladder (3.05, 5.74 7.15 mSv), the pancreas (5.8, 5.93, 6.65 mSv) and the spleen (6.9, 7.5, 4.7 mGy) depending upon the age of the child.For all views of both examinations, the organ dose conversion factors (organ doses per unit DAP) and effective doses conversion factors decrease with age of the patient. The fluoroscopic projections during barium meal examinations contribute the 93-96% of the total DAP value or of the total effective dose value, depending on the age of the examinees. The corresponding percentage concerning the micturating cystourethrography studies ranged from 85 to 87%.The Risk of exposure-induced cancer death (REID) was calculated for both examinations. The REID values for female patients were slightly higher than the corresponding number for males for both age groups. The magnitude of the risk of cancer in boys attributable to the radiation exposure during Barium Meal examinations was found to be (4.79×10-2, 3.0×10-2 and 2.0×10-2 %) for neonatal, 1-year old and 5 years old patients respectively. The corresponding values for girl patients calculated (12.1×10-2, 5.5×10-2, and 3.4×10-2%). In case of Micturating Cystourethrography examinations the corresponding values found to be (5.9×10-3, 5.6×10-3 and 8.6×10-3 %) while for girls was (6.9×10-3, 6.4×10-3 and 9.9×10-3 %).

Οι εξετάσεις Κυστεοουρηθρογραφιών συμβάλουν σημαντικά στη διάγνωση της κυστεοουρητηρικής παλινδρόμησης αλλά και στη διάγνωση άλλων σοβαρών συγγενών ανωμαλιών του ουροποιητικού συστήματος, όπως για παράδειγμα οι βαλβίδες οπίσθιας ουρήθρας στα αγόρια. Οι εξετάσεις που περιλαμβάνουν την κατάποση βαριούχων γευμάτων δίνουν πολύτιμες διαγνωστικές πληροφορίες σε περιπτώσεις μελέτης της γαστροοισοφαγικής παλινδρόμησης, στη διάγνωση του αγγειακού δακτυλίου, κατά την μελέτη της λαρυγγοφαρυγγικής παλινδρόμησης, της εντόπισης της ανώμαλης περιστροφής του εντέρου και άλλες.Παρόλαυτά, οι δόσεις ακτινοβολίας των εξεταζομένων που υποβάλλονται στις συγκεκριμένες εξετάσεις είναι σχετικά υψηλότερες συγκρινόμενες με άλλες ακτινολογικές εξετάσεις, κυρίως λόγω των τεχνικών πραγματοποίησης τους που απαιτούν συνεχής ακτινοσκοπήσεις και μία σειρά ακτινογραφικών λήψεων (φιλμ).Τα παιδιά αποτελούν ιδιαίτερη ομάδα εξεταζομένων στη διαγνωστική ακτινολογία, έχοντας μεγαλύτερες πιθανότητες για εμφάνιση καθυστερημένων επιπτώσεων λόγω της ακτινοβολίας, θεωρώντας ότι έχουν 5-7 φορές μεγαλύτερη ευαισθησία στην ακτινοβολία σε σύγκριση με τους ενήλικες και μεγαλύτερο προσδόκιμο ζωής. Η Ευρωπαϊκή Ένωση με σχετικούς κανονισμούς και οδηγίες που έχουν ενσωματωθεί στην Ελληνική νομοθεσία επιβάλλει τη μέτρηση (ή εκτίμηση) των δόσεων από τις διάφορες ακτινοδιαγνωστικές πρακτικές με σκοπό είτε την καθιέρωση είτε την ανάπτυξη διαγνωστικών επιπέδων αναφοράς και τη βελτιστοποίηση της πρακτικής των εξετάσεων αλλά και του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού.Κύριος σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν ο υπολογισμός της δόσης οργάνων, των ενεργών δόσεων και των αντίστοιχων κανονικοποιημένων ως προς DAP τιμών, των παιδιών που υποβάλλονται σε εξετάσεις κυστεοουρηθρογραφιών και βαριούχων γευμάτων και η εκτίμηση των αντιστοίχων κινδύνων. Για τον σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις γινομένων δόσεων – επιφανείας DAP και Monte Carlo προσομοιώσεις σε 50 παιδιά και νεογνά που υποβλήθηκαν σε εξέταση βαριούχου γεύματος και σε 90 παιδιά και νεογνά τα οποία υποβλήθηκαν σε εξετάσεις κυστεοουρηθρογραφίας. Το συγκεκριμένο δείγμα εξεταζομένων διαχωρίστηκε σχεδόν ομοιόμορφα σε τρείς ηλικιακές κατηγορίες: τα νεογέννητα βρέφη, τα παιδιά ενός έτους και τα παιδιά πέντε ετών. Οι Monte Carlo προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν μέσω του MCNP5 κώδικα σε αρσενικά και θηλυκά μαθηματικά ομοιώματα με σκοπό τον υπολογισμό των ζητούμενων δόσεων οργάνων, των ενεργών δόσεων και των αντίστοιχων συντελεστών μετατροπής.Όσων αφορά τις εξετάσεις κυστουρηθρογραφίας τα όργανα που ελάμβαναν τις υψηλότερες τιμές δόσεων ήταν η ουροδόχος κύστη (1.87, 2.43, και 4.7 mSv), το άνω τμήμα του παχέως εντέρου (1.54, 1.80, και 3.1 mSv), το λεπτό έντερο (1.34, 1.56, 2.68 και 2.78 mSv), το στομάχι (1.46, 1.02, και 2.01 mSv) και η χολή (1.46, 1.66, και 2.18 mSv). Οι πρώτες, δεύτερες και τρίτες τιμές στις παρενθέσεις αντιστοιχούν σε εξετάσεις νεογνών, παιδιών ενός έτους και πέντε ετών. Όσων αφορά τις εξετάσεις Βαριούχων γευμάτων τα όργανα που λαμβάνουν τις μεγαλύτερες δόσεις ήταν είναι το στομάχι (9.8, 10.0, 11.5 mGy), η χολή (7.2, 5.8, 3.1 mGy), το πάγκρεας (6.7, 5.8, 5.9 mGy) και ο σπλήνας (6.9, 7.5, 4.7 mGy). Η πρώτη, δεύτερη και τρίτη τιμή στις παρενθέσεις αντιστοιχεί στα νεογέννητα, στα παιδιά ενός έτους και στα παιδιά πέντε ετών αντίστοιχα. Για όλες τις προβολές και των δύο εξετάσεων, οι συντελεστές μετατροπής των DAP σε δόσεις οργάνων και ενεργών δόσεων, μειώνονται με αύξηση της ηλικίας του εξεταζόμενου. Στις ακτινοσκοπικές προβολές των Βαριούχων γευμάτων οφείλεται το 93-96% της συνολικής τιμής DAP ή της συνολικής για την εξέταση τιμής ενεργού δόσεως, ανάλογα με την ηλικία των εξεταζομένων. Το αντίστοιχο ποσοστό για τις Κυστεοουρηθρογραφίες κυμαίνονταν από το 85-87% .Οι τιμές των REID που σχετίζονται με τους κινδύνους ανάπτυξης θανατηφόρων καρκίνων λόγω της ακτινοβολίας, υπολογίστηκαν για τις εξετάσεις των βαριούχων γευμάτων (4.79×10-2, 3.0×10-2 και 2.0×10-2 %) για τα αρσενικά βρέφη, τα αρσενικά παιδιά ενός έτους και πέντε ετών αντίστοιχα. Ομοίως, για τα κορίτσια οι αντίστοιχες τιμές βρέθηκαν ελαφρώς μεγαλύτερες (12.1×10-2, 5.5×10-2 και 3.4×10-2 %). Ομοίως στις εξετάσεις κυστεοουρηθρογραφίας οι τιμές των REID υπολογίστηκαν για τα αγόρια (5.9×10-3, 5.6×10-3 και 8.6×10-3 %) και για τα κορίτσια (6.9×10-3, 6.4×10-3 και 9.9×10-3 %).