Lectures on Medical Biophysics Patient Safety: Protection of the Patient from Ionizing Radiation Quality Healthcare: Image Quality Outcomes in X-Ray Imaging (XRI) ‹#› piel ZnakX.gif (4598 bytes) eye_less Image6 Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› Bezpečnost pacientů: Ochrana pacientů před ionizujícím zářením Kvalitní zdravotní péče: Kvalita zobrazení v radiologii Tato přednáška je z větší části založena na prezentaci Carmela J. Caruany z Oddělení Biomedicínské fyziky Ústavu zdravotní péče, Maltská univerzita Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty, Masarykovy university, Brno ZnakX.gif (4598 bytes) piel eye_less Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 3 Základy ØIonizující elektromagnetické záření: f > 3x1015 Hz tj. l < 100 nm (UV, rtg a gama), má dostatek energie pro ionizaci atomů tvořících naše tělo. Ø ØIonty způsobují tvorbu VOLNÝCH RADIKÁLŮ (H, OH z vody) a vysoce chemicky reaktivních sloučenin, např. H2O2, které vyvolávají změny biologicky významných molekul, např. DNA, a vedou k biologickým účinkům jako je kancerogeneze a mutageneze. Ø ØČím vyšší je počet fotonů absorbovaných tělem a čím vyšší je energie těchto fotonů, tím vyšší je počet vytvářených volných radikálů, tím vyšší je riziko. Equations for H, OH and H[2]O[2]formation: H[2]O^+ H^+ + OH e^- + H[2]O H[2]O^- H + OH^- ^ OH + OH H[2]O[2] Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 4 Kvalita obrazu a dávka •Obecně platí, že lepší obraz vyžaduje více fotonů a tím i vyšší dávku! Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 5 Čím je nutno se zabývat? •Dávky ionizujícího záření vedou ke skutečnému riziku – pacient to nepociťuje, avšak k poškození došlo, některé z buněk jeho těla se změnily! •ODŮVODNĚNOST: Je rentgenový snímek opravdu nutný pro diagnózu z hlediska kriterií následné péče? Je pro pacienta prospěch větší než riziko? Lze využít dřívější snímky? Lze použít MRI nebo ultrazvuk (neionizující záření)? •Moderní kvalitní radiologické postupy jsou OPTIMALIZOVÁNY = přesná diagnóza při současném vyhnutí se zbytečným dávkám u pacientů •Přesná diagnóza vyžaduje obrazy vysoké kvality, což však pro pacienta často znamená vyšší dávku! •OPTIMALIZOVANÉ POSTUPY (SLUŽBY): –Vyhýbání se opakováním –Používání zobrazovacích zařízení, která mají požadované ukazatele výkonnosti –Používání protokolů, které poskytují obrazy s právě dostatečnou kvalitou obrazu pro přesnou diagnózu Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 6 Obsah přednášky ØVeličiny a jednotky používané pro odhad rizika ØDosimetry a detektory záření ØBezpečnost pacientů: dávky ionizujícího záření ØKvalita ve zdravotní péči: kvalita zobrazení pro vysokou přesnost diagnostiky ØOptimalizace dávek: vztah mezi dávkou a kvalitou zobrazení v radiologii ØRizika a dávky u CT a intervenční radiologie Rentgenové záření je nejčastěji používaným ionizujícím zářením v medicíně. Proto se tato přednáška zabývá jeho některými aspekty bezpečnostními a vlivem na kvalitu zdravotní péče. Je nutno mít na paměti, že s podobnou problematikou, tj. s obecnými pravidly pro bezpečnou práci s přístroji, jednotkami a dozimetrickými veličinami se setkáváme i v nukleární medicíně a radioterapii. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 7 Veličiny a jednotky pro odhad rizika •Efektivní dávka: D = ABSORBOVANÁ DÁVKA, množství energie pohlcené ve tkáni o jednotkové hmotnosti. Jednotka J/Kg (Gray Gy). Čím vyšší je absorbovaná dávka (pohlcená energie), tím více iontů se vytváří a tím je vyšší riziko. Váhový faktor záření je nutný, protože některé druhy záření jsou nebezpečnější než jiné: hodnota 1 platí pro záření gama a rtg (vnější i vnitřní ozáření), 0 pro alfa (vnější), 20 pro alfa (vnitřní). Tkáňový váhový faktor je nutný, protože různé tkáně mají různou radiosenzitivitu. Efektivní dávka se často označuje jednoduše jako „dávka“. Jednotkou je sievert Sv (obvykle se používá mSv). wT = tkáňový váhový faktor wR = váhový faktor záření Beta and X/gamma have same weighting factor (confirm) because in X / gamma it is in fact an electron that delivers the dose during absorption or scatter. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 8 Radiosensitivita (pro kancerogenezi, mutagenezi): tkáňový váhový faktor (Ref. 96/29/Euratom) Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 9 Staré veličiny a jednotky (dnes používané jen v USA) Ø1 Rad = 0.01Gy Ø Ø1 Rem = 0.01Sv Ø ØFaktor kvality = váhový faktor záření ØDávkový ekvivalent = faktor kvality x absorbovaná dávka ØRoentgen (R): stará jednotka používaná jen pro záření rtg a gama ve vzduchu (expozice, definice viz učebnice) Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 10 Dozimetry (čidla absorbované dávky) • Obvykle jsou používány pro měření absorbovaných dávek u pacientů nebo zaměstnanaců. Efektivní dávky pak mohou být vypočteny z absorbovaných dávek. • • Dozimetry používané dnes v medicíně: • • a) Založené na termoluminiscenci, např. fluoridu lithného. Ionizující záření uvádí některé elektrony do stabilních excitovaných stavů, kde mají vyšší energii než ve stavu základním. Po zahřátí látky se elektrony vracejí do základního stavu, což je doprovázeno vyzářením viditelného světla. Intenzita tohoto světla je úměrná absorbované dávce. Všechny medicínské osobní dozimetry nošené jako odznaky jsou dnes tohoto typu. Mohou být vyráběny i jako prsteny pro měření absorbované dávky v prstech, například při práci s radiofarmaky v nukleární medicíně. Jsou kladeny i na kůži pacientů pro měření vstupních dávek. • •b) Založené na polovodičích: Ionizující záření způsobuje přeskoky elektronů z valenčních vrstev do vodivostního pásu u polovodičů (vnitřní fotoefekt) a zvyšuje takto jejich elektrickou vodivost. S polovodičovými dozimetry se příležitostně setkáváme jako s miniaturizovanými sondami, které se zavádějí do tělesných dutin. Měří přímo dávku absorbovanou pacientem. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 11 Dozimetry (čidla absorbované dávky) c) Fotografické metody jsou založeny na schopnosti ionizujícího záření vyvolat zčernání fotografické emulze (filmu). Osobní dozimetry: Film je uvnitř plastového pouzdra a obvykle má fotografické emulze na obou stranách. Jedna emulze je citlivější („rychlá“), druhá méně citlivá („pomalá“). Pouzdro má okénka s různými filtry (hliník, cín, olovo a kadmium) pro určení druhu ionizujícího záření. Tyto dozimetry nosí lidé pracující v radiochemických laboratořích aj. Absorbovaná dávka je určována ze stupně zčernání filmu. d) Metody založené na ionizaci plynu (ionizační komory) využívají schopnosti ionizujícího záření vytvářet podél své dráhy ionty. Přítomnost iontů zvyšuje elektrickou vodivost plynu. Vytvořený náboj je úměrný dávce, velikost proudu dávkové rychlosti. Ionty zanikají rekombinací a čidlo může být znovu použito. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 12 Počítače záření ØPočítače záření jsou detektory záření, které detekují jednotlivé fotony nebo částice a tudíž je umožňují počítat. ØGeiger-Müllerův počítač je založen na ionizaci plynu, ovšem hodnota napětí na elektrodách je taková, že dokonce i jednotlivý foton či částice ionizujícího záření vytváří dostatek iontů k tomu, aby mohla být detekována. Napětí mezi elektrodami je tak vysoké, že dokonce sekundární ionty mohou ionizovat neutrální molekuly a nastává tzv. multiplikace neboli lavinový efekt. „Lavina" iontů zasahujících jednu z elektrod je registrována jako krátký napěťový impuls. Počet impulsů udává počet fotonů nebo částic. Velikost impulsu však nezávisí na energii fotonu, a proto tento počítač nelze použít pro měření energie částic (jedná se o detektor záření, nikoliv o čidlo). ØScintilační počítače jsou optoelektronická zařízení (používaná například v gama kamerách), která jsou jak detektory, tak i čidly – měří jak počet jednotlivých fotonů či částic, tak i jejich energii. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 13 Geiger-Müllerův počítač GMTUBE K – válcová katoda, A – centrální drát anody, O – vstupní okno, I - izolátor, R – pracovní odpor, C – kondenzátor kapacitní vazby, Co – svorky čítače. Geiger-Müllerův (GM) počítač se skládá z GM trubice, zdroje vysokého stejnosměrného napětí a elektronického čítače impulsů. GM trubice je dutý válec s kovovým vnitřním povrchem. Tato kovová vrstva je katodou. Centrální drát je pozitivně nabitou anodou. GM trubice je obvykle plněna argonem s 10 % zhášedla (např. etanolových par). Zhášedlo zastavuje proces multiplikace iontů a tím zabraňuje tvorbě stálého elektrického výboje mezi anodou a katodou. Doba trvání lavinovité ionizace je velmi krátká, přibližně 5 ms. Během této doby však trubice není schopna reagovat na jinou částici ionizujícího záření. Tato mrtvá doba je důležitou charakteristikou GM trubice. Způsobuje chybu měření, kterou lze odstranit výpočtem. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 14 Scintilační počítač •Scintilační počítač se skládá ze scintilátoru, fotonásobiče a elektronické části – zdroje vysokého napětí a čítače impulsů. Scintilátor je látka, v níž dochází ke scintilaci (tvorbě malých záblesků viditelného světla) po absorpci energie ionizujícího záření. Světlo vzniká při deexcitačních a rekombinačních procesech. Nejúčinnějšími scintilátory jsou krystaly jodidu sodného aktivované stopami thalia. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 15 Scintilační počítač •Scintilátor je uzavřen ve světlotěsném pouzdře. Jedna strana pouzdra je průhledná, takže vznikající fotony se mohou dostat do fotonásobiče, který měří světlo nízké intenzity. •Fotony zasahují fotokatodu – velmi tenkou vrstvu kovu s nízkou vazebnou energií elektronů. Z katody vyražené elektrony jsou přitahovány a urychlovány nejbližší kladně nabitou elektrodou, první dynodou. Dynody vytvářejí kaskádu např. deseti elektrod. Při každém dopadu elektronů je v průměru vyraženo šest sekundárních elektronů. Tyto elektrony jsou přitahovány k další dynodě, kde se proces opakuje. Vznikající napěťové impulsy se počítají v elektronické části přístroje. Velikost impulsů je dána energií částic ionizujícího záření. SCINDET Scintilační detektor. I – ionizující záření, S - scintilátor, FK - fotokatoda, D - dynody, A - anoda, O - světlotěsné pouzdro. Znázorněn je vznik pouze jediného fotonu, který vyráží pouze jediný elektron z fotokatody. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› Rizika spojená s ionizujícím zářením Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 17 Správný pohled na rizika plynoucí z ionizujícího záření •Rizika v nemocnici: z fyzikálních, chemických a biologických činitelů •Fyzikální činitelé: mechanické, elektrické, magnetické, optické, ionizující záření •Ionizující záření je jedno z nejméně rizikových •Protože se však získávají miliony obrazů ročně, riziko se zvyšuje pro populaci jako celek. •Určité riziko je spojeno s každým mSv, např. 50 případů výskytu rakoviny na milion vyšetřených na jeden mSv. •Lékařské dávky záření rostou s nástupem ‘better safe than sorry’ medicíny a se snadností používání moderních zařízení (např. spirální CT ve srovnání s konvenčním CT, digitální radiografie ve srovnání se snímkováním na film). •Proto EU vytvořila směrnici pro ochranu pacientů před zářením (97/43/EURATOM). Radiolog. výkon Nominální dávka v mSv Riziko vzniku nádorů Počet případů rakoviny „navíc“, kdyby byl každý občan EU takto 1x vyšetřen Snímek hrudníku 0.1 1 z 200,000 3700 Skiaskopie 5 1 z 4000 185,000 CT snímek 10 1 z 2000 370,000 Intervenční radiologie 50 1 z 400 1,850,000 Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 18 Charakteristika biologických účinků ØAkutní (účinek se projeví v krátkém čase, např. loupání pokožky po intervenční radiologii) nebo pozdní (účinek se projeví po delším čase, např. vznik nádoru) ØDeterministické (existence prahové dávky, nulové riziko při dávce nižší, např. zákal oční čočky, poškození kůže, poškození mozku u plodu) nebo stochastické (žádný práh, riziko úměrné dávce, riziko není nikdy nulové, např. vznik nádorů, mutageneze) dávka riziko stochastické účinky deterministické účinky riziko dávka Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 19 Účinky záření na buňky ØBuňky se vyznačují největší radiosenzitivitou během mitózy (dělení buněk) • ØÚčinky záření na buňky: –Smrt buňky před mitózou nebo po ní (není příliš důležité s výjimkou některých postupů s vysokými dávkami, kdy umírá příliš mnoho buněk, takže tkáň trpí – například v intervenční radiologii) –Opožděné nebo prodloužené mitózy –Abnormální mitózy následované opravami –Abnormální mitózy následované replikací – toto je zpravidla největší problém u zobrazovacích metod – mohou vést ke kancerogenezi a mutagenezi Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 20 Deterministické účinky: Oči ØOční čočka je vysoce radiosenzitivní a navíc je obklopena vysoce radiosenzitivními kuboidními buňkami. ØVznik zákalu čočky (katarakty) eye_less Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 21 Účinky na kůži DERMIS EPIDERMIS Buňky zárodečné vrstvy epidermis, vysoce mitotické, (a proto velmi radiosenzitivní) From “Atlas de Histologia...”. J. Boya skin_bre dermatitida = zánět (bolest, zvýšená teplota, erytém) kůže způsobený vnějšími činiteli ablace = odstranění tkáně skalpelem, mikrovlnným zářením aj. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 22 Těhotné ženy : Účinky na embryo a plod Existují tři druhy účinků: letální, vrozené abnormity (např. tzv. Downův syndrom) a pozdní účinky (např. dětská nádorová onemocnění a genetické poruchy zjištěné dlouho po porodu). Čas (měsíce) Letální Vrozené Před nidací vajíčka Organogeneze 1 3 2 rizika Conceptus: unborn child from conception to birth embryo: 0 - 8 weeks fetus: 9th week till birth Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 23 Ochrana embrya a plodu ØŽena v plodném věku: ochrana možného embrya a plodu při rentgenovém snímkování oblasti od kolen až po bránici Ø ØDotazovaní na těhotenství, těhotenský test, pravidlo 28 dnů Ø ØS výjimkou určitých procedur vyžadujících vysoké dávky může být snímkování prováděno normálně s určitými dodatečnými bezpečnostními opatřeními Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 24 Radiosenzitivita buněk ØZákon Bergonié a Tribondeau: radiosenzitivita buněk je úměrná rychlosti dělení buněk (frekvenci mitóz) a nepřímo úměrná úrovni buněčné specializace (diferenciace). Ø ØVysoká citlivost: kostní dřeň, spermatogonie, granulózní tkáň obklopující vajíčko Ø ØStřední citlivost: játra, štítná žláza, pojivová tkáň, cévní endotel Ø ØNízká citlivost: nervové buňky (mozek je jednou z nejméně citlivých částí těla!!) Ø ØČím je pacient mladší, tím jsou jeho tkáně radiosenzitivnější. Zvýšená obezřetnost v pediatrii (děti jsou 3x radiosenzitivnější než dospělí) Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 25 Cílová anatomie/patologie a výsledná kvalita zobrazení Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 26 Výsledné kvality zobrazení (image quality outcomes) Základní terminologie ØCílová anatomie / patologie: co chceme vidět na obraze, např. zlomeniny kostí, nádory atd. • ØVýsledná kvalita zobrazení cílů (Target Image Quality Outcomes): jaké kvality musíme mít u obrazu, abychom byli schopni vidět cílovou anatomii a patologii dostatečně zřetelně pro stanovení přesné diagnózy, např. ostré obrysy. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 27 Snímek dětského zápěstí Cílová anatomie/patologie: měření štěrbin mezi karpálními kůstkami v zápěstí (u dospělého nejsou štěrbiny větší než 2 mm) Výsledná kvalita zobrazení cíle: OSTRÉ obrysy hand x-ray Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 28 Boční projekce hrudníku LatChest3%5B1%5D Cílová anatomie/patologie: Rozlišení mezi vzestupnou částí aorty (AA) a levou plicní tepnou (LPA) při boční projekci hrudníku. Výsledná kvalita zobrazení cíle: rozlišení málo kontrastních tkání Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 29 Mamografie microcalcification calcification size and shape Mikrokalcifikace Zvětšený pohled na mikrokalcifikace Cílová anatomie/patologie: mikrokalcifikace v ženském prsu Výsledná kvalita zobrazení cíle: vysoká ROZLIŠITELNOST velmi malých objektů Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 30 Cílová anatomie / patologie Požadované kvality zobrazení cílů rozlišení karpálních kůstek ostré obrysy blízké vícenásobné zlomeniny separované obrazy blízkých lineárních objektů malé kalcifikace v plících vysoká rozlišitelnost velmi malých objektů rozlišení tukové a svalové tkáně vysoký kontrast u málo „vzájemně“ kontrastních tkání hodnocení zvětšeného srdce přesné zobrazení geometrie, tj. žádné zkreslení obrazu rozlišení stejnorodých zdravých tkání stejnoměrnost stupně šedi nebo textury v obraze zdravé tkáně Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 31 Ukazatele výkonnosti, standardy výkonnosti a kvalita obrazu Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 32 Ukazatele výkonnosti rentgenových přístrojů •Definice: Ukazatel výkonnosti přístroje je měřitelná fyzikální specifikace lékařského přístroje poskytující informaci o tom, jak je přístroj kvalitní. •Standardy výkonnosti lékařských přístrojů jsou doporučené hodnoty ukazatelů výkonnosti. Ø ØPROSTOROVÉ ROZLIŠENÍ (SR – spatial resolution) Ø ØROZLIŠENÍ KONTRASTU (CR – contrast resolution) Ø ØPOMĚR SIGNÁL – ŠUM (SNR – signal-to-noise ratio) Ø ØGEOMETRICKÁ PŘESNOST Ø ØUNIFORMITA Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 33 Prostorové rozlišení (SR) ØPoložte testovací objekt pro SR na vyšetřovací stůl rentgenového přístroje a exponujte. Ø ØSR je maximální prostorová frekvence, která může být zřetelně viděna. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 34 Objekty s různou prostorovou frekvencí •PROSTOROVÁ FREKVENCE (SF) = počet dvojic čar (lp) na 1 cm 1cm SF=5 lp/cm SF=7 lp/cm SF=10 lp/cm olovo plast Dvojice čar Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 35 Limitní SR (LSR) Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 36 Rozlišení kontrastu (CR) CR testovací objekt Disky vyrobené z materiálu s klesajícím kontrastem (tj. rozdílem jejich koeficientu útlumu a koeficientu útlumu okolního materiálu) Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 37 Rozlišení kontrastu (CR) • Položte testovací objekt na vyšetřovací stůl a exponujte. • CR – nejmenší pozorovatelný kontrast. • Povšimněte si, že CR závisí na velikosti disku. CR nevidíme CR Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 38 Typický testovací objekt pro rozlišení kontrastu Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 39 Šum Granite V praxi: nízký šum V praxi: vysoký šum 5% Detektor zakryjeme tenkým stejnorodým měděným plátem a exponujeme. Příčinou šumu je náhodná proměnlivost fluence energie ve svazku rentgenového záření (energie procházející jednotkovou plochou Jm-2) a nestejná citlivost detektoru v jeho ploše. Ideální rentgenka a detektor a detektor: nulový šum Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 40 Měření poměru signál/šum (SNR) • Proveďte mnoho náhodných měření stupně šedi (pomocí densitometru u filmu nebo s použitím programového vybavení pro zpracování obrazu u digitálních systémů) a sestrojte histogram. • šum = SD = směrodatná odchylka • poměr signál/šum = SNR = průměr / směrodatná odchylka Vysoký šum velká SD nízký SNR Ideální rentgenka a detektor: nulový šum, nulová SD Nízký šum, malá SD vysoký SNR Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 41 Geometrická přesnost Geometrickou přesnost měříme např. takto: podél vhodně zvolených os změříme velikosti obrazů a srovnáme se skutečnou velikostí objektů. Zkreslený tvar Špatná poloha Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 42 Stejnorodost (uniformita) Vysoká stejnorodost Nízká stejnorodost Testováno pomocí zobrazení jemné kovové síťky. Můžeme najít oblasti, kde je odlišný obraz (tmavší, méně ostrý) ve srovnání se zbytkem obrazu). Small grid Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 43 Cílová anatomie / patologie Požadované kvality zobrazení cílů Nejdůležitější ukazatel výkonnosti rozlišení karpálních kůstek ostré obrysy vysoké prostorové rozlišení blízké vícenásobné zlomeniny separované obrazy blízkých lineárních objektů vysoké prostorové rozlišení malé kalcifikace v plících vysoká rozlišitelnost velmi malých objektů nízký šum rozlišení tukové a svalové tkáně vysoký kontrast u málo „vzájemně“ kontrastních tkání vysoké rozlišení kontrastu hodnocení zvětšeného srdce přesné zobrazení geometrie, tj. žádné zkreslení obrazu vysoká geometrická přesnost rozlišení stejnorodých zdravých tkání stejnoměrnost stupně šedi nebo textury v obraze zdravé tkáně Stejnorodost (uniformita) Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 44 Obecné poznámky •Vždy je nutno zvolit zařízení, jež má ukazatel výkonnosti, který nejlépe zviditelní studovanou anatomii/patologii. •Pokus o zlepšení jednoho ukazatele výkonnosti může vést ke zhoršení jiného, takže je nutná opatrnost a kontrola, který ukazatel výkonnosti je nejdůležitější. •Pokusy o zlepšení ukazatelů výkonnosti často vedou k vyšším pacientským dávkám (je nutné si položit otázku, zda zlepšený ukazatel výkonnosti je skutečně nutný pro zlepšení přesnosti diagnózy) •Protokoly musí být sestaveny tak, aby nedošlo ke zhoršení těchto ukazatelů výkonnosti. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 45 Pro vyšší prostorové rozlišení •Zařízení: –Rentgenka: použijte zařízení s nejmenším dostupným ohniskem –Radiografie s použitím filmu •Používejte jemnozrnné emulze/zesilovací folie •Požívejte tenké folie (zvyšují však pacientskou dávku) –Digitální radiografie: použijte digitální snímač s největším počtem pixelových senzorů na jednotku plochy •Protokol: –Využijte nejmenší ohnisko dostupné na vašem zařízení –Velká vzdálenost zdroje od pacienta –Malá vzdálenost pacienta od detektoru – v případě nutnosti použijte kompresi pacienta –Vyhýbejte se geometrickému zvětšení, je-li to možné –Minimalizujte vliv pohybů pacienta (použijte krátké expozice, imobilizujte pacienta, dejte mu řádné instrukce) –Používejte digitální zoom Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 46 Pro vyšší rozlišení kontrastu •Zařízení: –Radiografie s použitím filmu •Používejte „tvrdé“ filmy (s vysokým gradientem šedi) and expose within the film latitude •Řádné vyvolání filmu (teplota, koncentrace vývojky, délka vyvolávání) –Digitální radiografie: používejte zařízení s analogově-digitálním převodníkem o vysokém rozlišení •Protokol: –Nízké napětí rentgenky –Minimalizujte dopad rozptýleného záření na detektor (minimalizuje velikost pole, tloušťku ozařované části těla, použijte Buckyho clonu, vzduchovou štěrbinu mezi pacientem a detektorem. –Digitální radiografie: použijte diagnostické okno (viz CT) Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 47 Pro lepší poměr signál/šum (SNR) •Zařízení: –Filmová radiografie: použijte nízkošumový film –Digitální: používejte detektory s nízkým elektronickým šumem •Protokol: –SNR je úměrný druhé odmocnině počtu fotonů dopadajících na jednotku plochy detektoru. Proto čím vyšší je počet fotonů, tím je lepší SNR. Z toho důvodu používejte vyšší proud rentgenkou (vyšší žhavení katody) a méně citlivé detektory (obojí však vede k vyšším pacientským dávkám). Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 48 Pro vyšší geometrickou přesnost •Zajistěte řádné centrování svazku, aby se omezilo zkreslení. •Zajistěte správné polohování pacienta (objekt zájmu by měl být rovnoběžný s detektorem) pro omezení zkreslení. •Výhodná je velká vzdálenost zdroje od pacienta a malá vzdálenost pacienta od detektoru – v případě nutnosti použijte kompresi pacienta, aby se zmenšilo geometrické zvětšení. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 49 Pro vyšší stejnorodost (uniformitu) •Zařízení: –Film: používejte filmy, zesilovací folie a kazety vysoké kvality, dobře udržovaná vyvolávací zařízení –Digitální: používejte vysoce kvalitní digitální snímače •Protokol: –Používání filtrů vykrývajících ty části těla, které nevyžadují vysokou intenzitu záření (např. plíce) –Využití „heel efektu“ – nestejnorodosti svazku vznikající v důsledku nesymetrického pohlcování záření v materiálu anody. (Ohnisko je těsně pod povrchem anody) heel effect Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› White marble 50 Ujistěte se o nepřítomnosti artefaktů Žádné artefakty Artefakty přítomny • Artefakty: struktury v obrazu, které nejsou v zobrazovaném objektu a které jsou zapříčiněny poškozeným zařízením (nebo jeho nesprávným použitím) • Hledejte artefakty v každém testovacím obrazu Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› Optimalizace pacientských dávek v radiologii Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 52 Ochrana pacientů před zářením Základní problémy ØKaždý snímek získaný pomocí ionizujícího záření s sebou nese riziko pro pacienta, a proto si musíme položit otázky: –Můžeme použít nějakou jinou metodu, která nezatěžuje pacienta ionizujícím zářením (např. ultrazvukem nebo MRI)? –Je daný snímek opravdu nutný? – použijme „kriteria následné péče“ (referral criteria). – ØJakmile se rozhodneme pro získání snímku, pak: –Nejdůležitější je přesná diagnóza. –Přesná diagnóza vyžaduje obrazy s odpovídajícími kvalitami zobrazení –Aby bylo možno zlepšit kvality zobrazení, potřebujeme zlepšit ukazatele výkonnosti, což často vyžaduje vyšší pacientské dávky! Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 53 Příklady „kriterií následné péče“ Zaslepené klinické studie, meta-analýzy, systematické přehledy, (B) experimentální nebo jednotlivé klinické studie, (C) doporučení vychází z názoru odborníka a má podporu uznávaných autorit. http://ec.europa.eu/energy/nuclear/radioprotection/publication/doc/118_en.pdf Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 54 Etické principy ICRP ØPrincip zdůvodnitelnosti (Justification principle): Použijte zobrazení za pomoci ionizujícího záření jen tehdy, když prospěch pro pacienta (zlepšení zdravotního stavu) převažuje nad rizikem – řiďte se „kriterii následné péče“. Ø ØPrincip omezení dávky: Kontrolujte pravidelně, zda dávky absorbované pacientem nepřekračují diagnostic reference level (DRL) dávek doporučených pro danou zvláštní studii – existují DRL definované na úrovni EU, většinou však jen na úrovni národní nebo dokonce místní. Ø ØPrincip optimalizace: Aby bylo omezeno riziko pro pacienta, vyhýbejte se opakovanému snímkování a snižujte dávku na minimum nutné právě pro přesnou diagnózu, tedy ne tak, aby došlo ke ztrátě přesnosti diagnózy. • Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› Světlý vodorovný 55 Optimalizace pacientských dávek při rentgenovém vyšetření Za účelem této optimalizace: ØPoužívejte zařízení pracující s nízkými dávkami. Ø ØPracujte podle protokolů zajišťujících nízké dávky. Ø ØUjistěte se, že postup spadá do vaší kompetence. Ø ØProvádějte pravidelnou kontrolu kvality zařízení, aby jste zamezili opakovanému snímkování (kontrola kvality = pravidelná kontrola ukazatelů výkonnosti, abyste se přesvědčili, že nedošlo k jejich zhoršení) Ø ØProvádějte pravidelnou analýzu vadných snímků (reject analysis) Ø ØKdyž je to nutné, nechte si poradit: využijte služeb experta (v ČR – radiologického fyzika). Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› Světlý vodorovný 56 Používejte zařízení pracující s nízkými dávkami ØSilnější stínítka (zhoršují však prostorové rozlišení) Ø ØŽádná Buckyho clona (zhoršuje se však rozlišení kontrastu, vyhýbejte se používání clony u dětí a malých dospělých – malé tělo – málo rozptýleného záření) Ø ØPoužívejte imobilizační pomůcky u dětí a starých osob. Ø ØPoužívejte DAPmetr pro monitorování dávek absorbovaných pacientem. ØPoužívejte správné filtry (odstraňují fotony o velmi nízké energii, které jsou absorbovány již v kůži) Ø ØPožívejte zařízení pro automatickou expozici - Automatic Exposure Device (AED). • Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 57 Ukazatel výkonnosti pro dávku dodávanou přístrojem diamentor_ci DAPmetr (Dose Area Product – součin dávky a plochy) Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› Světlý vodorovný 58 Používejte protokoly pro nízké dávky ØVymezte (kolimujte) svazek tak, aby bylo ozařováno co nejmenší pole (zlepšuje se tím i CR) Ø ØChraňte radiosenzitivní orgány (gonády, prsy, oči, štítnou žlázu …): pomocí kolimace svazku, správného projekčního úhlu, použitím ochranných pomůcek jako např. zástěr z olovnaté gumy a chráničů gonád. Ø ØPoužívejte správnou projekci – pro snímky lebky a hrudníku je např. nejlepší projekce zadopřední. ØNízké napětí, nízké žhavení (avšak nižší rozlišení kontrastu) ØNikdy nepoužívejte vzdálenost zdroj-pokožka kratší než než 30 cm ØPoužívejte kompresi pacienta, aby byl ozářen co nejmenší objem tkáně (zlepšuje prostorové i kontrastní rozlišení) ØŘádně instruujte pacienty, aby se snímkování nemuselo zbytečně opakovat Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče European Commission (radiological protection pages): europa.eu International Commission on Radiological Protection: www.icrp.org World Health Organization: www.who.int International Atomic Energy Agency: www.iaea.org United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation: www.unscear.org Webové stránky s dodatečnými informacemi o zdrojích a účincích záření Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› Pacientské dávky u CT Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 61 Pacientské dávky u CT: současný stav ØCT je procedura zatěžující pacienty vysokými dávkami Ø ØCT se neustále rychle rozvíjí Ø ØČetnost vyšetření CT rychle vzrůstá od 2 % ze všech radiologických vyšetřeních v některých zemích před deseti lety na 10-15 % nyní. Ø ØCelosvětově CT představuje 5% radiologických vyšetření avšak 34% celkové dávky! Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 62 Proč zvýšená dávka? ØČím vyšší je dávka, tím je lepší kvalita obrazu. ØExpoziční podmínky jsou často nastavovány stejně u dětí i u dospělých. ØProjevuje se tendence zvětšování objemu tkáně zahrnutého do jednotlivého vyšetření ØModerní spirální CT značně usnadnilo objemové snímání bez mezer mezi vrstvami ØProtože CT umožňuje automatickou korekci obrazu, používají se někdy nevhodné (zpravidla příliš velké) expozice pro útlejší části těla, respektive nízké expozice pro silnější části. ØMnozí radiologové věří, že moderní CT přístroje, které jsou velmi rychlé, zatěžují pacienty menší dávkou záření – krátké expozice však vyžadují vyšší intenzitu záření (hodnotu proudu procházejícího rentgenkou). Proč se zvyšuje četnost vyšetření? ØPřed dvaceti lety vyžadovalo standardní CT vyšetření hrudníku dobu několika minut, zatímco dnes může být podobná informace získána během jediného zadržení dechu, což je příjemné z hlediska pacientů i vyšetřujících. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 63 Radiosenzitivní orgány vyžadující ochranu – •U CT hrudníku je vysoká dávka záření v prsech •U CT mozku dostává vysokou dávku oční čočka •U CT mozku a hrudníku dostává vysokou dávku štítná žláza •U CT pánve dostávají vysokou dávku gonády Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 64 Srovnání dávek u CT a konvenčního rentgenového vyšetření CT vyšetření Efektivní dávka (mSv) Konvenční vyšetření rtg Efektivní dávka (mSv) Hlava 2 Lebka 0,07 Hrudník 8 Hrudník PA 0,02 Břicho 10-20 Břicho 1,0 Pánev 10-20 Pánev 0.7 Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 65 Přístroje CT s nízkou dávkou •Automatická modulace proudu procházejícího rentgenkou (při nestejné velikosti řezů tělem pacienta) •Rentgenka neobkružuje pacienty v úplném kruhu: stačí např. 270 stupňů u CT hlavy (vynechává se frontálních 90o), což šetří oči. •Naklánění „gantry“ a tím i roviny řezu za účelem vyhnutí se velmi citlivým orgánům •Možnost zvláštního pracovního režimu pro děti a malé pacienty Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 66 Nízkodávkové protokoly •Omezení snímaného objemu jen na to, co je nutné •Stínění povrchových orgánů jako je štítná žláza, prsy (k dispozici jsou speciální chrániče prsů), očí a gonád zejména u dětí a mladých dospělých. U CT hrudníku může dávka v prsech dosáhnout 30 – 50 mGy, i když se nejedná o cílovou anatomii. •Jestliže se zmenší tloušťka vrstvy (řezu, slice), aby bylo dosaženo vyššího axiálního (osového) prostorového rozlišení, pak je nutno zvýšit dávku. •Konvenční CT: omezení počtu řezů a zvýšení jejich odstupu. •Spirální CT: větší strmost „spirály“ omezuje dávku •Zvláštní protokoly pro pediatrické pacienty (např. s nižším proudem přes rentgenku) Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 67 Pacientské dávky v intervenční radiologii: okolnosti •Jedná se o zdlouhavé, složité, obtížné a někdy opakované procedury, z čehož vyplývají prodloužené expoziční časy – mohou vést k vysokým pacientským dávkám. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 68 Pacient: Radiodermatitida Hyper & hypo pigmentace, s telangiektasiemi Atrofické zatvrdlé plaky Image2 Chronická radiodermatitida u 17-leté pacientky po dvou radiofrekvenčních ablačních procedurách „pod rentgenem“ Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 69 Pacient: vážné poškození pokožky vysokými dávkami Příklad chronického poškození kůže kumulativní kožní dávkou kolem 20.000 mGy (20 Gy) po koronární angiografii a dvou angioplastikách Image6 Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› 70 Technická opatření pro ochranu pacientů ØExpozice: impulsní mód (nespojitá expozice) s proměnlivou frekvencí snímků 50, 25, 12.5, 6 za sekundu ØZobrazení dávky na displeji (celková délka skiaskopie, počet snímků, kumulativní DAP) ØMinimalizovat: dobu skiaskopie, použití modu s vysokou kvalitou obrazu ØKrátké přerušované expozice pomocí pedálového spínače ØDlouhé procedury: redukce dávky u ozařované kůže například zaměřením cíle pod jiným úhlem. ØMinimální používání zoomu, který vede k vyšším pacientským dávkám ØJe třeba mít na paměti, že dávkové rychlosti jsou vyšší a dávky se akumulují rychleji u velkých pacientů. ØZesilovač obrazu musí být co nejblíže k pacientovi. ØVždy kolimovat svazek co nejpřesněji jen na oblast zájmu. Bezpečnost pacientů Kvalitní zdravotní péče ‹#› homer_brain Autoři: Carmel J. Caruana, Vojtěch Mornstein Revize překladu: Aleš Bourek Revize obsahu: Ivo Hrazdira Grafika: Lucie Mornsteinová Poslední úprava: září 2012