ochrona radiologiczna w medycynie

Transkrypt

OCHRONA RADIOLOGICZNA W MEDYCYNIE
Materiał dydaktyczny dla Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej w ramach bloku wykładów
pt.: „Podstawy Bezpieczeństwa Jądrowego i Ochrony Radiologicznej”
Zadanie nr 33 „Modyfikacja kształcenia na Wydziale Fizyki w zakresie wykorzystywania technik i technologii
jądrowych w gospodarce narodowej”
Projekt „Program Rozwojowy Politechniki Warszawskiej” współfinansowanego przez Unię Europejską w
ramach Europejskiego Funduszu Społecznego (Program Operacyjny Kapitał Ludzki)
Opracował
Dr Paweł Krajewski
Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej
Warszawa
grudzień 2009
1
Spis treści
1
Procedury radiodiagnostyczne ......................................................................................................................... 4
2
Procedury w teleradioterapii i brachyterapii .................................................................................................... 4
3
4
2.1
Zasady planowania teleradioterapii......................................................................................................... 4
2.2
Radioterapia 3D ....................................................................................................................................... 6
2.3
Radioterapia konformalna ....................................................................................................................... 7
2.4
Kolejne etapy przygotowania planu leczenia ........................................................................................... 7
2.5
Radioterapia stereotaktyczna .................................................................................................................. 8
2.6
Radioterapia IMRT ................................................................................................................................... 9
2.7
Radioterapia IGRT .................................................................................................................................... 9
2.8
Napromienianie całego ciała ................................................................................................................... 9
2.9
Brachyterapia ......................................................................................................................................... 10
Radionuklidy w medycynie nuklearnej ........................................................................................................... 14
3.1
Specyfika medycyny nuklearnej............................................................................................................. 14
3.2
Radiofarmaceutyki i ich właściwości farmakologiczne .......................................................................... 15
3.2.1
Radiofarmaceutyki diagnostyczne ..................................................................................................... 15
3.2.2
Radiofarmaceutyki terapeutyczne ..................................................................................................... 16
3.3
Radionuklidy stosowane w radiofarmacji .............................................................................................. 16
3.4
Właściwości i rodzaje radiofarmaceutyków........................................................................................... 18
3.5
Mechanizmy lokalizacji radiofarmaceutyków w organizmach żywych .................................................. 20
3.6
Charakterystyka radionuklidów najczęściej stosowanych w medycynie nuklearnej ............................. 23
Ogólne zasady ochrony przed promieniowaniem w zakładach medycyny nuklearnej .................................. 24
4.1
Ochrona przed narażeniem zewnętrznym ............................................................................................. 24
4.2
Ochrona przed narażeniem wewnętrznym ............................................................................................ 25
4.3
Ochrona radiologiczna pacjenta i osób stykających się z pacjentem..................................................... 25
4.4
Wymagania dotyczące pomieszczeń i organizacji pracy ........................................................................ 26
4.5
Odpady promieniotwórcze w zakładach medycyny nuklearnej ............................................................ 27
4.6
Zadania inspektorów ochrony radiologicznej w placówkach służby zdrowia ........................................ 27
5 Ustawodawstwo w zakresie ochrony radiologicznej przy stosowaniu promieniowania jonizującego dla celów
medycznych ............................................................................................................................................................ 30
2
5.1
Podstawy prawne .................................................................................................................................. 30
5.2
Zasady ochrony radiologicznej w odniesieniu do zastosowań medycznych .......................................... 31
5.3
Strategia ochrony pacjenta .................................................................................................................... 31
6
7
5.4
Specyficzne wymagania prawne ............................................................................................................ 32
5.5
Koncepcja poziomów referencyjnych przy badaniach radiologicznych ................................................. 33
5.6
Poziomy referencyjne (wskaźnikowe) .................................................................................................... 34
5.7
Zasady kontroli jakości aparatury .......................................................................................................... 35
Dozymetria pacjenta w diagnostyce rentgenowskiej i radiologii zabiegowej ................................................ 37
6.1
Dozymetria dawek ................................................................................................................................. 37
6.2
Dozymetria dawek terapeutycznych ...................................................................................................... 37
6.3
Rodzaje detektorów stosowanych w dozymetrii dawek terapeutycznych ............................................ 38
6.4
Dozymetria in vivo ................................................................................................................................. 39
6.5
Audyty dozymetryczne .......................................................................................................................... 39
6.6
Audyt wysyłkowy TLD ............................................................................................................................ 40
6.7
Detektory filmowe ................................................................................................................................. 40
6.8
Dozymetry termoluminescencyjne (TLD ThermoLuminescent Dosemeter).......................................... 40
6.9
Dozymetry półprzewodnikowe .............................................................................................................. 41
6.10
Rodzaje fantomów ................................................................................................................................. 42
6.11
Matryce detektorów 2wymiarowe i 3wymiarowe................................................................................. 42
Wypadki i zdarzenia radiacyjne w postępowaniu medycznymi ...................................................................... 43
7.1
Przepisy dotyczące wypadków związanych ze stosowaniem promieniowania jonizującego w
radioterapii oraz szczegółowe zasady zapobiegania tym wypadkom ................................................................. 43
7.2
Przyczyny wypadków radiacyjnych w radioterapii ................................................................................. 47
7.2.1
Braki w wykształceniu i przygotowaniu specjalistycznym ................................................................. 48
7.2.2
Braki w procedurach i protokołach .................................................................................................... 48
7.2.3
Usterki aparatury ............................................................................................................................... 48
7.2.4
Niewłaściwa komunikacja brak przekazywania informacji ................................................................ 48
7.2.5
Brak niezależnych kontroli ................................................................................................................. 48
7.2.6
Nieuwaga i bezmyślność .................................................................................................................... 48
3
1
Procedury radiodiagnostyczne
Najbardziej rozpowszechnioną w diagnostyce techniką rentgenowska jest nadal radiografia z
obrazowaniem na błonie rentgenowskiej. Jednym z pierwszych odkryć, które znacznie obniżyło dawki,
było zastosowanie pierwiastków z grupy ziem rzadkich do wytworzenia fluorescencyjnych okładek
wzmacniających, umieszczanych w kasecie rentgenowskiej. Pierwsze okładki zastosowano w latach 1970 i
obecnie stanowią one standard w radiografii. Rozwijająca się radiologia zabiegowa wymagała obrazowania
dynamicznego. Do tego celu również wykorzystano ekrany fluorescencyjne, na których powstawał i
mógł być obserwowany obraz w czasie rzeczywistym. Obecnie coraz częściej stosowana jest technika video, a
ostatnio również techniki cyfrowe. Niektóre tkanki miękkie można obrazować wprowadzając do organizmu
człowieka środki kontrastujące, np. bar do przewodu pokarmowo‐trawiennego, czy jod do układu moczowego.
Prawdziwą rewolucję wywołało w ostatnim czasie wprowadzenie technik tomograficznych, opartych na
komputerowej analizie i przetwarzaniu danych cyfrowych. Znaczenie tomografii komputerowej wynika z
faktu, że jest ona w stanie dostarczyć obrazy przekrojów przez ciało pacjenta. Obrazy pojedynczych warstw
(skanów) uzyskuje się poprzez napromienianie pacjenta wąską, wachlarzową wiązką promieniowania z
obracającej się wokół ciała pacjenta lampy rentgenowskiej. Tomografia komputerowa może zapewnić bardzo
dobrą jakość obrazów, ale jednocześnie dawka pochłonięta jest istotnie wyższa niż przy klasycznej radiografii. Ze
względu na wysoką użyteczność kliniczną tomografia komputerowa rozwija się bardzo szybko i w wielu krajach
europejskich stanowi obecnie prawie 10% wszystkich badań radiodiagnostycznych, a jej udział w dawce
zbiorowej może przekraczać 50%.
W diagnostyce rentgenowskiej wykorzystuje się promieniowanie X z zakresu energii od 15 do 160 keV. Wartości
energii dla poszczególnych technik obrazowania dobierane są do właściwości tkanek będących obiektem
obrazowania oraz typu zastosowanego detektora promieniowania. Cały powyższy obszar energii
promieniowania wykorzystywany jest tylko w rentgenowskiej tomografii komputerowej. Inne techniki
radiodiagnostyczne korzystają zwęższych zakresów energii. Na przykład w mammografii korzysta się z zakresu od
18 do 23 keV, wykorzystując promieniowanie charakterystyczne molibdenu o energii 17,4 keV i 19,6 keV.
Mimo stosowania zabezpieczeń, w medycynie zdarzają się wypadki radiologiczne. Podwyższone ryzyko
występuje tam, gdzie stosowane są wysokie dawki, a więc w radiologii zabiegowej i w radioterapii. Do większości
tych wypadków doszło wskutek braku wiedzy, lub typowych błędów systemowych.
Wypadki w radiologii zabiegowej były przede wszystkim skutkiem ograniczonej wiedzy, co do możliwości
oferowanych przez aparaturę radiologiczną. Analiza około 100 poważnych wypadków uszkodzenia skóry i ciała
pacjentów wykazała, że większości z tych uszkodzeń, a w szczególności wszystkich ciężkich uszkodzeń, można
było uniknąć, bez negatywnych skutków z punktu widzenia osiągnięcia celu przeprowadzanego zabiegu
medycznego.
Narażenie personelu medycznego wynika z wykonywanych czynności w ramach procedur radiologicznych. Pod
pojęciem „źródło narażenia” rozumie się tu daną sytuację powodującą narażenie, a nie tylko konkretne źródło
promieniowania (lampę rentgenowską, izotop). Pracownik powinien być poinformowany o istocie narażenia i
musi rozumieć zasady ochrony odpowiednie dla jego stanowiska pracy. Narażenie pracowników powinno
być monitorowane poprzez środowiskowe lub/i indywidualne dozymetry, na ogólnych zasadach stosowanych
wobec osób pracujących w warunkach narażenia na promieniowanie jonizujące.
2
2.1
Procedury w teleradioterapii i brachyterapii
Zasady planowania teleradioterapii
Współczesna teleradioterapia wykorzystuje do napromieniania pacjentów liniowe akceleratory medyczne.
Zastosowanie aparatów z źródłami izotopowymi Co
‐60 jest cora z rzadsze, w niektórych krajach jest
już zabronione. Powstaje natomiast coraz więcej ośrodków stosujących w radioterapii wiązki protonów, a także
4
cięższych jonów, jednak jest to liczba marginalna.
Akceleratory generują wiązki fotonów (energie 4 – 20 MV) i elektronów (energie 6 – 22 MeV).
Wiązki elektronów, których zasięg w tkankach jest krótki (w przybliżeniu zasięg w cm równy jest liczbowo
połowie energii elektronów w MeV) i służą do napromieniania zmian położonych blisko powierzchni ciała.
Wiązki fotonów o wysokiej energii mają zdolność penetracji tym większą im większa jest ich energia. Wiązka 4
MV ma podobną zdolność penetracyjną co wiązka aparatu kobaltowego Co‐60. Maksimum dawki pochłoniętej
od wiązki fotonów znajduje się blisko powierzchni obiektu napromienianego. Dla energii 4 MV jest to około 0,5
cm, dla energii 15 MV to około 2,5 cm.
Rysunek 2.1-1. Spadek dawki wraz z głębokością w ośrodku dla wiązek fotonów o różnych energiach.
Rysunek 2.1-2. Rozkład dawki w poprzek wiązek fotonowych o różnych energiach na głębokości 10 cm.
Widać gwałtowny spadek dawki na krawędziach wiązki i wysoką jednorodność dawki w obszarze pola
promieniowania.
Dlatego też, aby napromienić obiekt znajdujący się głębiej należy posłużyć się układem kilku wiązek
skierowanych na obszar do napromieniania z kilku kierunków. Proste plany leczenia to układy
‐3 wiązek
2
promieniowania, plany bardziej złożone to układ 3 –5 wiązek. W niektórych, bardziej skomplikowanych
przypadkach, liczba wiązek może być większa. Jeżeli rozmiary obiektu napromienianego są niewielkie, tak jak to
jest w przypadku głowy i szyi, to stosuje się wiązki o niższych energiach, gdyż w przypadku wiązek o bardzo
wysokiej energii dawki pochłonięte przy wyjściu wiązki mogą okazać się za wysokie.
5
W przypadku pacjentów o dużych wymiarach w obszarze klatki piersiowej lub miednicy stosuje się wysokie
energie wiązek fotonów.
Należy tutaj zauważyć, że wiązki fotonowe używane są znacznie częściej niż wiązki elektronów, w
stosunku około 1:10.
Rysunek 2.1-3. Spadek dawki wraz z głębokością wośrodku dla wiązek elektronów o różnych energiach.
2.2
Radioterapia 3D
Przez wiele lat rozwoju metod radioterapii planowanie leczenia opierało się jedynie na konwencjonalnych
zdjęciach rentgenowskich i innych badaniach klinicznych. Obrys pacjenta uzyskiwano bardzo niedokładnymi
metodami, a pozycję narządów pacjenta wrysowywano wewnątrz tego obrysu na podstawie obrazów z atlasów
anatomicznych. Dokonywano tego tylko w jednym przekroju poprzecznym pacjenta. Uzyskiwane obrazy były
niedokładne, a oparcie się na jednym przekroju pacjenta prowadziło do napromieniania dużych obszarów tkanek
zdrowych. Obliczanie dawek pochłoniętych wykonywano ręcznie w niewielu punktach obszaru napromienianego
przy założeniu, że tkanki są jednorodne. Dopiero gwałtowny rozwój techniki komputerowej zmienił tę sytuację.
Pojawiły się tomograficzne skanery komputerowe, które dostarczały dane o anatomii pacjenta oraz
niejednorodnościach tkanek. Powstały komputerowe systemy obliczenia rozkładów dawek, początkowo w jednej
płaszczyźnie przekroju pacjenta, a następne w płaszczyznach do niej równoległych. Systemy takie określa
się skrótem TPS (Treatment Planning System).
Obecnie każdy nowoczesny ośrodek radioterapii wyposażony jest w tomograficzny skaner CT dostarczający
obraz przekrojów poprzecznych pacjenta w dowolnych odstępach
‐10 mm.
2
Nowoczesne systemy TPS
potrafią na ich podstawie odtworzyć anatomię pacjenta w trzech wymiarach. Potrafią one także
obliczać rozkłady dawek od dowolnie ułożonych wiązek, uwzględniając niejednorodności tkanek, kąt padania
wiązek, etc. Rozkłady takie obliczane są w całym obszarze napromienianym w trzech wymiarach. Z tego powodu
tak realizowana radioterapia nazywana jest radioterapią trójwymiarową 3‐D (Three Dimensional).
6
Rysunek 2.2-1. Rozkład dawki w przekroju poprzecznym pacjenta wygenerowany przez system planowania
leczenia. Widoczny jest plan leczenia składający się z pięciu wiązek w układzie izocentrycznym
2.3
Radioterapia konformalna
Zmiany nowotworowe to struktury o nieregularnych kształtach, zaś konwencjonalne kolimatory akceleratorów
formują wiązki o przekrojach prostokątnych. Liczne obrazy CT uzyskane w odstępach ok. 5 mm wymagają od
radioterapeuty wrysowania kształtu zmiany nowotworowej na kolejnych przekrojach tomograficznych, na
ogół ok. 40. Na podstawie tych obrysów w systemie planowania leczenia TPS zostaje odtworzony trójwymiarowy
kształt obszaru do napromieniania. Planujący leczenie wybiera kierunki padania i kształt wiązek tak, aby
napromienić jak najmniejszą objętość tkanek zdrowych. Współczesne systemy TPS mogą obliczać rozkłady
dawek od wiązek o dowolnym kształcie. Pola takie można ukształtować albo za pomocą bloków ze stopu ołowiu
odlewanych
dla
indywidualnych
pacjentów,
albo
za
pomocą kolimatorów
wielolistkowych.
Większość współczesnych akceleratorów jest już wyposażona w takie kolimatory.
Prowadzona w ten sposób radioterapia określana jest mianem trójwymiarowej radioterapii konformalnej. Ze
względu na to, że w jej przypadku napromieniana jest minimalna objętość tkanek zdrowych,
można zwiększyć dawkę podawaną na guz, zwiększając szansę zniszczenia nowotworu bez
zwiększenia ryzyka spowodowania komplikacji wśród tkanek zdrowych.
2.4
Kolejne etapy przygotowania planu leczenia
Od momentu, kiedy zostanie podjęta lekarska decyzja o poddaniu pacjenta teleradioterapii rozpoczyna
się procedura planowania leczenia. Na podstawie badań diagnostycznych, zdjęć radiologicznych, określony
zostaje w przybliżeniu obszar do napromieniania obejmujący zmianę nowotworową. Obszar ten zostaje poddany
badaniu tomograficznemu na przystosowanym do tego skanerze CT. Stół do badania CT musi być płaski, a
pacjent umieszczony jest na nim w pozycji, w jakiej ma być napromieniany. Akcesoria służące do
unieruchamiania pacjenta muszą być identyczne z tymi, które będą użyte przy napromienianiu. W szczególności
dotyczy to takich akcesoriów jak maski indywidualne do unieruchamiania głowy i ramion pacjenta. Maski takie
7
przygotowywane są w modelarni wyposażonej w stół terapeutyczny, identyczny jak stół służący do
napromieniania.
Badanie CT wykonuje się w odstępach 2‐10 mm w zależności od umiejscowienia i rodzaju nowotworu. Obrazy CT
przesyłane są siecią komputerową do sytemu planowania leczenia TPS. W systemie tym wykonywane jest tzw.
konturowanie. W każdym z przekrojów CT wrysowywane są kontury zewnętrzne pacjenta, kontury narządów
wewnętrznych (np. płuca) oraz kontur zmiany nowotworowej. Kontury zmiany nowotworowej, tzn. obszaru do
napromieniania wrysowywany jest przez radioterapeutę na podstawie wszystkich badań diagnostycznych i
klinicznych, oraz na podstawie znajomości dynamiki rozwoju nowotworu. Obszar do napromieniania to
objętość nowotworu wraz z marginesem otaczających tkanek, w których mogą się już znajdować komórki
nowotworowe. Wszystkie kontury wprowadzone do TPS pozwalają odtworzyć w trzech wymiarach kształt
pacjenta oraz pozycję i kształt nowotworów, czyli tzw. pacjenta wirtualnego. Wzajemne położenie zmiany
nowotworowej i promienioczułych narządów wewnętrznych pozwala planującemu leczenie wybrać kierunki
padania wiązek, których jest na ogół 2‐8, tak, aby uzyskać korzystny rozkład dawki w całym obszarze
napromienianym. Dawka pochłonięta jest obliczana jest w trójwymiarowej siatce punktów, oddalonych od siebie
o ok. 5 mm, z uwzględnieniem różnic pochłaniania promieniowania w tkankach o różnej gęstości (np. kości i
płuca). Dane dotyczące gęstości tkanek dostarczane są przez obrazy tomograficzne CT. Plan napromieniania,
wykonywany przez fizyków medycznych, jest oceniany przez radioterapeutę z medycznego punktu widzenia, na
podstawie wyrysowanych rozkładów izodoz w poszczególnych przekrojach pacjenta oraz na podstawie
histogramów dawka‐objętość. Histogramy takie pozwalają ocenić sumaryczne rozkłady w każdy poszczególnym
narządzie oraz w obrębie zmiany nowotworowej. Jeśli plan nie jest zaakceptowany próbuje się uzyskać plan
lepszy przy innym układzie wiązek. Wiązki dobierane są na ogół w układzie izocentrycznym, tzn.
ramię akceleratora jest ustawiane pod różnymi kątami wokół pacjenta, a punkt izocentryczny akceleratora
znajduje się w obrębie zmiany napromienianej. W ogromnej większości przypadków osie wiązek są ułożone
współpłaszczyznowo. Planujący ma do dyspozycji wiązki fotonów oraz wiązki elektronów o różnych energiach.
Po zaakceptowaniu planu wykonywana jest jego weryfikacja za pomocą symulatora. Pacjent układany jest na
stole symulatora w ten sam sposób i w tej samej pozycji jak na stole skanera CT oraz na stole terapeutycznym.
Oglądając obrazy rentgenowski uzyskane przez skierowanie wiązek promieniowania rentgenowskiego pod
kątami zaplanowanymi w systemie TPS można zweryfikować dobór tych kierunków, wielkości pola i punktu
wejścia wiązki i ewentualnie je skorygować. Po takiej korekcie rozkłady dawek muszą być obliczone powtórnie.
Po przeprowadzeniu weryfikacji można rozpocząć cykl napromieniania terapeutycznego. Wielkości dawek
sumarycznych w teleradioterapii wynoszą na ogół od 45 Gy do 75 Gy w zależności od typu, wielkości i
umiejscowienia nowotworu. Dawki podawane są w frakcjach dziennych po ok. 1,8 Gy do 2,5 Gy. Liczba frakcji
waha się na ogół od 20 do 35. Trzeba tu wspomnieć, że stosowane są również inne, niekonwencjonalne tryby
napromieniania, np. hiperfrakcjonacja – po dwie małe frakcje dziennie, lub hipofrakcjonacja – niewielka liczba
frakcji o wysokiej dawce frakcyjnej rzędu4 Gy.
W czasie pierwszej frakcji napromieniania wykonywane są obrazy portalowe, pozwalające
stwierdzić zgodność pozycji wiązek terapeutycznych z zaplanowanymi wiązkami symulatora. Obrazy portalowe,
wykonane na akceleratorze, porównywane są z obrazami z symulatora i położenie pacjenta do napromieniania
jest korygowane przez zmianę ustawienia stołu terapeutycznego.
2.5
Radioterapia stereotaktyczna
Szczególnym rodzajem radioterapii jest napromienianie stereotaktyczne. Stosuje się ją przy napromienianiu
niewielkich, dobrze zlokalizowanych zmian nowotworowych. Zmiany te są napromieniane układem wiązek nie
współpłaszczyznowych skierowanych na nowotwór z wielu kierunków w układzie izocentrycznym. Mogą to
być wiązki stacjonarne lub ruchome. Aparatura do radioterapii stereotaktycznej została opisana w innym
paragrafie.
Szczególnym rodzajem radioterapii stereotaktycznej jest tzw. radiochirurgia. Stosuje się ją w przypadku
nowotworów mózgu. Guzy takie napromieniane są wąskimi wiązkami skierowanymi koncentrycznie z wielu
kierunków. Pozwala to na podanie wysokiej dawki na guz przy jednoczesnym oszczędzeniu takich struktur
promienioczułych w obrębie czaszki jak gałki oczne, nerwy wzrokowe, rdzeń kręgowy, etc. Wysoka dawka
promieniowania, rzędu 15‐20 Gy, podawana jest jednorazowo, powodując zniszczenie obszaru guza, a skutek
napromieniania jest taki jak po wycięciu zmiany.
8
Napromienianie takie wymaga bardzo wysokie precyzji oraz uprzedniego, bardzo dokładnego sprawdzenia
dokładności ruchów ramienia akceleratora oraz stołu terapeutycznego.
Obecnie,
w
szeregu
ośrodków
na świecie
stosuje
się radioterapię stereotaktyczną dla
zmian
nowotworowych umiejscowionych poza czaszką.
2.6
Radioterapia IMRT
Nowoczesne kolimatory wielolistkowe pozwoliły na wprowadzenie nowej metody napromieniania nowotworów
z wykorzystaniem modulacji intensywności wiązki promieniowania (Intensity Modulated RadioTherapy
– IMRT). Aparatura do radioterapii IMRT została opisana w innym paragrafie.
Radioterapia IMRT pozwala uzyskiwać rozkłady dawki niemożliwe do uzyskania za pomocą prostych wiązek
promieniowania. Jest to szczególnie istotne w sytuacji, gdy zmiana nowotworowa znajduje się w bezpośrednim
sąsiedztwie, lub też otacza takie struktury promieniowrażliwe jak rdzeń kręgowy. Jednakże, ze względu na to, że
w tej metodzie napromieniania uzyskuje się rozkłady dawki o dużych gradientach dawki. W związku tym przed
napromienianiem pacjenta rozkład dawki jest weryfikowany przez pomiary w fantomie tkankopodobnym przy
użyciu detektorów filmowych. Obliczone rozkłady dawki porównywane są z rozkładami zmierzonymi. Jeśli
porównanie takie wypadnie pozytywnie to pacjent zostaje napromieniany, w przeciwnym przypadku
przygotowywany jest nowy plan napromieniania i nowa weryfikacja. Im większe gradienty dawki występują w
planie leczenia tym bardziej precyzyjne i powtarzalne musi być ułożenie pacjenta w czasie każdego seansu
napromieniania. Radioterapię IMRT stosuje się najczęściej do nowotworów w rejonie głowy i szyi, a w tych
lokalizacjach pacjenci są bardzo dobrze unieruchamiani przez maski indywidualne, mocujące pacjenta do stołu,
a struktury wewnętrzne mają bardzo niewielką ruchomość. Inna jest sytuacja w przypadku nowotworów
prostaty, której położenie zmienia się w pewnym stopniu z dnia na dzień. Jej pozycja powinna
być skontrolowana przed każdym sensem napromieniania za pomocą obrazowania portalowego pozycja stołu i
pacjenta odpowiednio dostosowana.
2.7
Radioterapia IGRT
Techniką napromieniania rozwijającą się obecnie bardzo dynamicznie jest radioterapia sterowana przez
obrazowanie – IGRT (Image Guided RadioTherapy). Polega ona na tym, że działanie akceleratora jest sterowane
przez systemy obrazowania pacjenta tuż przed lub w trakcie napromieniania. Ten pierwszy przypadek może
być zobrazowany przez przykład napromieniania prostaty, której położenie może by wyznaczone przed każdym
seansem napromieniania. Jednak najbardziej złożone metody IGRT dotyczą sytuacji, kiedy zmiana nowotworowa
porusza się w trakcie seansu napromieniania. Dotyczy to ruchów fizjologicznych struktur wewnętrznych pacjenta
związanych z oddychaniem lub z biciem serca. Opracowano szereg metod obserwacji ruchów pacjenta. Są to
stereoskopowe metody przy użyciu układu dwóch aparatów rentgenowskich lub układu dwóch kamer na
podczerwień. Pozwalają one monitorować ruch oddechowy klatki piersiowej i w rytm tego oddechu włączać i
wyłączać wiązkę promieniowania. W ten sposób można napromieniać zmianę nowotworową tylko wtedy, gdy
znajduje się ona w wiązce promieniowania.
Takie metody napromieniania stosowane są obecnie tylko w bardzo nielicznych ośrodkach ze względu na
stopień złożoności, kosztów i wydłużenie czasu dla seansu napromieniania.
2.8
Napromienianie całego ciała
Szczególną techniką radioterapii jest napromieniania całego ciała. Stosuje się je u pacjentów chorych na
nowotwory układu krwiotwórczego przed zabiegiem przeszczepienia szpiku kostnego. Dawki na
całe ciało wynoszą ok. 10 Gy w 5‐6 frakcjach , po dwie frakcje dziennie. Taki tryb napromieniania wymaga pól
promieniowania o bardzo dużych wymiarach, lub też łączenia pól mniejszych. Aby uzyskać jednorodną dawkę w
całym obszarze ciała stosuje się układ pól bocznych i przednio
‐tylnych. Jeśli wymiary bunkra na to
pozwalają stosuje się pola boczne z odległości rzędu4 m co pozwala uzyskać pola o długości 160 cm. Pola
przedni‐tylne o dużych wymiarach uzyskuje się układając pacjenta na poziomie podłogi i napromieniając z
odległości ponad 2 m. W przypadku pól przednio
‐tylnych należy osłonić organy promieniowrażliwe, w
tym przypadku płuca i gałki oczne.
9
2.9
Brachyterapia
Brachyterapia jest techniką radioterapii, realizowaną za pomocą izotopowych źródeł radioaktywnych
umieszczanych w bezpośrednim sąsiedztwie napromienianych tkanek lub wewnątrz tych
tkanek. Przedrostek „brachy”, pochodzący z greki, oznacza „z bliska”, w przeciwieństwie do przedrostka
„tele” (z daleka), występującego w pojęciu teleradioterapia, oznaczającym
ze źródeł umieszczonych w pewnej odległości od pacjenta, na ogół 80 –100 cm.
napromienianie
Brachyterapia ma bardzo długą historię sięgającą początku XX wieku. Wkrótce po odkryciu promieniotwórczości
w 1896 roku i po wyodrębnieniu radu przez małżonków Curie w 1898, specjalnie przygotowane aplikatory
zawierające rad‐226 znalazły praktyczne zastosowanie w radioterapii. Te pierwsze, najwcześniejsze próby
leczenia nowotworów dotyczyły zmian na powierzchni skóry, a źródła radowe, umieszczone w specjalnych
aplikatorach, wykonanych najczęściej z wosku, znajdowały się w odległości 0,5‐1 cm od powierzchni skóry. Była
to tzw. Brachyterapia kontaktowa. Wkrótce jednak podjęto próby umieszczania źródeł radowych w obrębie
tkanek, które miały być napromienione. Ta technika napromieniania, polegająca na wkłuwaniu aplikatorów
promieniotwórczych w obręb tkanek, określana jest terminem brachyterapia śródtkankowa. Jednocześnie
rozwinięto techniki aplikacji źródeł radowych w leczeniu raka szyjki macicy oraz trzonu macicy. Technika,
polegająca na umieszczeniu źródeł promieniotwórczych wewnątrz jam ciała, nosi nazwę brachyterapii śródjamowej.
Przez wiele lat, od odkrycia radu do rozpoczęcia przemysłowej produkcji innych źródeł promieniotwórczych w
latach pięćdziesiątych, brachyterapia ograniczała się do wyżej wymienionych technik. W okresie tym leczono
głównie nowotwory ginekologiczne oraz nowotwory skóry.
W okresie tym zebrano ogromną ilość informacji dotyczących zależności reakcji napromienianych tkanek od
wielkości dawki promieniowania, od mocy dawki i czasu napromieniania oraz zasad frakcjonowania.
Opracowano także zasady planowania leczenia polegające na odpowiednim doborze liczby i
rozmieszczenia źródeł o określonej radioaktywności w zależności od wielkości i kształtu zmiany nowotworowej.
Opracowano także metody dozymetrii, określania aktywności źródeł, mocy dawki oraz wprowadzono szereg
jednostek dozymetrycznych.
Należy pamiętać, że wszelkie aplikacje z zastosowaniem radu wykonywano manualnie. Powodowało to
napromienienie zarówno pacjentów jak i personelu lekarskiego dawkami, które obecnie byłyby niedopuszczalne
z punktu widzenia ochrony radiologicznej. Dopiero po drugiej wojnie podjęto próby skonstruowania urządzenia,
które pozwoliłoby stosować brachyterapię z tzw. Następowym ładowaniem źródeł. Technika taka polegała na
umieszczeniu w jamach ciała, w tkankach lub na powierzchni skóry, aplikatorów bez źródeł radioaktywnych,
tylko z odpowiednimi prowadnicami, tzw. Rurkami z metalu lub plastiku, do których następnie wprowadza
się zdalnie źródła radioaktywne. Zdalne załadowanie może być wykonane manualnie lub automatycznie.
Taką metodę następowego ładowania jeden z jej twórców, Henschke, określił, terminem afterloading. Termin
ten, podobnie jak termin „komputer”, przyjął się w piśmiennictwie międzynarodowym w każdym prawie języku.
Opracowanie techniki afterloading spowodowało dalszy, gwałtowny rozwój brachyterapii, który nastąpił po
wprowadzeniu nowych izotopów promieniotwórczych: kobaltu‐60, cezu‐137 i irydu192. Technika ta pozwoliła
na
zastosowanie źródeł o
znacznie
większej
aktywności.
Pozwoliła
również na
lepszą radiograficzną lokalizację umieszczonych w ciele pacjenta prowadnic, z wprowadzonymi do nich
nieaktywnymi markerami źródeł. Największym jednak osiągnięciem, powodującym przełom w dziedzinie
brachyterapii, było prawie całkowite wyeliminowanie narażenia personelu na napromienianie.
Technika afterloading, w połączeniu z udostępnieniem źródeł o wysokiej aktywności, pozwoliła także na
rozszerzenie zastosowań brachyterapii do takich lokalizacji nowotworów jak przełyk, oskrzela, drogi żółciowe,
oraz na wprowadzenie brachyterapii śródoperacyjnej. W ostatnich latach bardzo intensywnie rozwija
się brachyteapia śródnaczyniowa, jako czynnik zapobiegający restenozie naczyń krwionośnych po angioplastyce.
Brachyterapię można też skategoryzować na podstawie stosowanych wielkości mocy dawki, a co za tym idzie
czasu aplikacji. Wyróżniamy tu niskie moce dawki (Low Dose Rate – LDR), średnie moce dawki (Medium Dose
Rate – MDR) oraz wysokie moce dawki (High Dose Rate – HDR).
10
Zakres tych mocy dawek są następujące:
1.
2.
3.
LDR 0,4 – 2 Gy/godz. czas aplikacji rzędu kilku dni;
MDR 2 – 12 Gy/godz. czas aplikacji rzędu kilku lub kilkunastu godzin;
HDR ponad 12 Gy/godz. czas aplikacji rzędu minut
Są to aplikacje ciągłe, lub odbywające się w kilku frakcjach. Promieniowanie o tak różnych mocach dawki
powoduje różne skutki radiobiologiczne, które są przedmiotem badań laboratoryjnych i klinicznych,
mających wyznaczyć optymalne wielkości dawek całkowitych i całkowitego czasu napromieniania dla
różnych mocy dawek i trybu funkcjonowania. Dane kliniczne, zgromadzone w ciągu całego stulecia,
dotyczą w większości niskich mocy dawek. Jest to powód, dla którego wprowadzono
pewną szczególną technikę zużyciem aparatów HDR, nazywaną pulsującą mocą dawki (Pulsed Dose Rate –
PDR) polegającą na napromienianiu mocą dawki 1‐3 Gy/godz. przez kilka minut w odstępach godzinnych.
Innymi słowy jest to napromienianie frakcjonowane (o wielu frakcjach w krótkich odstępach), które
upodobnia tryb napromieniania do ciągłego napromieniania LDR.
Rysunek 2.9-1. Widok ogólny aparatu HDR do brachyterapii
Szczególną formą brachyterapii są aplikacje permanentne. Polegają one na wprowadzeniu do tkanek ciała, w
obręb guza, źródeł promieniotwórczych, które pozostawiane są tam na stałe. Są to krótkożyciowe izotopy
promieniotwórcze, najczęściej złoto (Au‐198), jod (I‐125) lub pal lad (Pd‐103), w formie maleńkich ziaren lub
tubek o długości 4‐5 mm i średnicy poniżej 1 mm. Obecnie stosowane one są szeroko w leczeniu guzów prostaty.
Jest to brachyterapia typu LDR o zmieniającej się mocy dawki w ciągu aplikacji.
Brachyterapia może być użyta, jako samodzielna metoda radykalnego leczenia lub w połączeniu z
radioterapią wiązkami zewnętrznymi. W tym drugim przypadku zadaniem brachyterapii jest dostarczenie
dodatkowej dawki w obszarze zmniejszonego po teleradioterapii guza, czyli tzw. boost dose.
Brachyterapia może być też stosowana w połączeniu z zabiegiem chirurgicznym. Pozwala ona na napromienienie
podstawy usuniętego guza wysoką dawką w otwartym polu operacyjnym, lub też na umieszczenie tam
kateterów, których otwarte końce wychodzą na zewnątrz przez bliznę pooperacyjną, a które służą do
następowego napromieniania metodą afterloadingu.
Ponieważ w brachyterapii radioaktywny materiał jest wprowadzony wprost w obręb tkanek nowotworowych to
maksimum dawki koncentruje się w obszarze przewidzianym do napromieniania (Planned Teatment Volume –
PTV). Moc dawki spada gwałtownie wraz z kwadratem odległości od źródeł radioaktywnych, co pozwala na
oszczędzenie otaczających zdrowych tkanek, które otrzymują dawkę znacznie niższą niż nowotwór.
11
Ze względu na powyższe prawa fizyczne oraz ze względów radiobiologicznych brachyterapia powinna
być stosowana w przypadku zlokalizowanych obszarów zmian nowotworowych o niewielkich rozmiarach.
Leczenie takie nie powinno być stosowane w przypadkach, gdy granice guza są trudne do ustalenia, oraz gdy w
obszarze do napromieniania występuje aktywna infekcja.
Istnieje wiele technik brachyterapii w zależności od lokalizacji guza i stosowanych rodzajów źródeł.
Większość współcześnie przeprowadzanych zabiegów brachyterapii wykonywana jest przy pomocy specjalnych
aparatów do następowego ładowania źródeł (afterloadingu) zarówno o niskiej mocy dawki, LDR, jaki i wysokiej
mocy dawki, HDR.
Urządzenia te składają się z ochronnego pojemnika zawierającego źródła promieniotwórcze oraz z systemu
zdalnego sterowania tymi źródłami, które są wprowadzane do aplikatorów umieszczonych uprzednio w obrębie
guza na określony czas.
Inaczej wygląda sytuacja w przypadku napromieniania wysoką mocą dawki, HDR. Aparat do takiego
napromieniania jest wyposażony w jedno źródło promieniotwórcze o znacznej aktywności. Jest to źródło Ir‐192
o wymiarach 3,5 mm długości części aktywnej i 1,1 mm średnicy i o aktywności początkowej 10 Ci, które
wymieniane jest co 3 miesiące. Ze względu na tak wysoką aktywność napromienianie pacjentów odbywa się w
ochronnym bunkrze, podobnym do tych, w jakich instalowane są bomby kobaltowe. Aparat wyposażony jest w
24 kanały do wyprowadzania źródła. W zależności od typu zabiegu można wykorzystać od 1 do 24 kanałów, do
których przyłącza się katetery, w formie rurek plastikowych, w których może poruszać się źródło. Katetery te
umieszczane są w obrębie napromienianej zmiany. Źródło wyprowadzane jest z kanału aparatu HDR do
kateterów mechanicznie, na metalowej prowadnicy, szybkim, jednostajnym ruchem do zamkniętego końca
kateteru. Właściwie napromienianie odbywa się w czasie powrotu źródła do aparatu. Źródło porusza się wtedy
krokowo, z krokiem 5 mm, do kolejnych punktów postoju. Procedura ta powtarzana jest dla kolejnych użytych
kanałów. Planowanie leczenia polega na ustaleniu, jaki powinien być czas przebywania źródła w poszczególnych
miejscach postoju, tak, aby uzyskać zadowalający rozkład dawki. Napromienianie, w zależności od liczby
kateterów, aktualnej aktywności źródła i założonej dawki odbywa się w czasie od kilku do kilkudziesięciu minut.
Brachyterapia HDR stosowana jest w bardzo wielu lokalizacjach nowotworów. Istnieje wiele
typów aplikatorów i kateterów dostosowanych do różnych lokalizacji i różnych technik napromieniania.
Najczęstsze lokalizacje to: nowotwory ginekologiczne, nowotwory w obrębie oskrzeli, nowotwory przełyku. Są to
tzw. aplikacje śródjamowe. Przykładem aplikacji śródtkankowej jest napromienianie nowotworów piersi.
Katetery umieszczane są wówczas w metalowych igłach, które przebijają pierś. Układ takich igieł jest
stabilizowany przez dwie płytki z pleksi, w których wykonany jest układ otworów w odstępie 1 cm, przez które
przechodzą igły. Gwarantuje to równoległość igieł i równomierność rozkładu dawki. Ponieważ napromienianie
metodą HDR odbywa się w ciągu krótkiego czasu możliwe jest stosowanie metod inwazyjnych – napromieniania
śródoperacyjnego lub okołooperacyjnego, lub też stereotaktycznego napromieniania nowotworów mózgu.
Brachyterapia śródoperacyjna bywa stosowana w przypadku nowotworów, które nie mogą zostać całkowicie
usunięte w czasie zabiegu operacyjnego. Można wtedy napromienić tkanki, które są dostępne w otwartym polu
operacyjnym. Sama procedura zaplanowania ułożenia kateterów, w specjalnym elastycznym plastikowym
aplikatorze, oraz zaplanowanie i obliczenie czasów postoju musi być wykonane bardzo szybko, gdyż pacjent tylko
na krótko może być przewieziony z sali operacyjnej do bunkra HDR, po czym operacja jest kontynuowana.
Brachyterapia okołooperacyjna polega na tym, że w czasie zabiegu operacyjnego katetery umieszczane są w
obrębie guza, umocowane przy pomocy szwów chirurgicznych, a otwarte końce kateterów wyprowadzone są na
zewnątrz przez bliznę pooperacyjną. Napromienianie odbywa się w kilka dni po operacji i na ogół jest to
napromienianie dokonywane w kilku frakcjach. Stosowane ono bywa na przykład w przypadku nowotworów
trzustki.
Aparaty
HDR
mogą być zainstalowane
w
salach
operacyjnych,
które
mają ochronność radiologiczną taką jak bunkry. Na takich salach można wykonywać zabiegi implantacji
kateterów,
a
następnie
przeprowadzić napromienianie.
Na
salach
takich
można
również zainstalować aparaturę do obrazowania, np. skaner CT lub aparat ultrasonograficzny i
prowadzić implantacje pod kontrolą radiologiczną, a więc radioterapię IGRT.
Przykładem takiej procedury może być brachyterapia nowotworów prostaty, gdy metalowe katetery wkłuwane
są w obręb narządu pod kontrolą ultrasonograficznej sondy rektalnej, ich pozycja może być kontrolowana,
rozkład dawki może być zaplanowany i obliczony w czasie rzeczywistym, co pozwala na
optymalizację napromieniania.
12
Rysunek 2.9-2. Aparat HDR do brachyterapii i skaner CT zainstalowane w sali operacyjnej o pełnej ochronności
radiologicznej.
Rysunek 2.9-3. Aparat HDR i ultrasonograf z sondą rektalną do brachyterapii raka prostaty zainstalowane w sali
operacyjnej o pełnej ochronności radiologicznej
13
3
Radionuklidy w medycynie nuklearnej
Radiofarmaceutyki są to związki chemiczne o cząsteczkach zawierających jeden lub więcej atomów
promieniotwórczych.
W medycynie nuklearnej stosuje się radiofarmaceutyki w postaci znakowanych radionuklidami związków
chemicznych, które w swojej stabilnej postaci są naturalnie przyswajane i przetwarzane przez organizm
człowieka. Zamiana jednego lub kilku atomów związku na atom lub atomy radionuklidu umożliwia śledzenie jego
przemieszczenia się w organizmie a także ocenę stężenia w wybranych miejscach.
Radiofarmaceutyki wykorzystuje się przede wszystkim w celach diagnostycznych, a w niektórych przypadkach
również w celach terapeutycznych. Radiofarmaceutyk podany pacjentowi doustnie lub dożylnie gromadzi się w
charakterystycznych dla danego związku chemicznego narządach wewnętrznych lub w guzach nowotworowych.
Jeśli atom lub atomy radiofarmaceutyku są emiterami promieniowania gamma, można za pomocą przyrządów
dozymetrycznych zobrazować oraz ocenić liczbowo jego rozkład w ciele człowieka. W zastosowaniach
terapeutycznych wykorzystuje się emitery promieniowania alfa lub beta, które niszczy komórki nowotworowe w
sąsiedztwie miejsca nagromadzenia radiofarmaceutyku.
3.1
Specyfika medycyny nuklearnej
Największą zaletą diagnostycznych metod medycyny nuklearnej, wyróżniającą je wśród wszystkich innych
medycznych metod diagnostycznych i stanowiącą o ich zupełnej unikalności, jest obrazowanie badanego
narządu lub tkanki w aspekcie czynnościowym, a nie morfologicznym [2,5]. Umożliwia to bardzo wczesne
wykrycie zmian chorobowych, zanim jeszcze doprowadzą one do wykrywalnych zmian morfologicznych. Jest to
bardzo ważna właściwość, bo często właśnie czas rozpoczęcia terapii decyduje o skuteczności dalszego leczenia.
Szeroko opisywany był przykład wykrycia metodą PET (badanie metabolizmu fluorodeoksyglukozy znakowanej
18
F) neurodegeneracyjnej choroby Huntingtona na siedem lat przed wystąpieniem objawów morfologicznych
możliwych do zdiagnozowania metodami rezonansu magnetycznego (MRI) lub tomografii komputerowej (CT)
[5].
Szczególną cechą farmakologiczną medycyny
nuklearnej
są znikome
ilości
wagowe
stosowanych
radiofarmaceutyków (zarówno diagnostycznych, jak i terapeutycznych); tak małe że nie zakłócają normalnego
funkcjonowania organizmu. Na przykład jedno badanie diagnostyczne z użyciem typowego radiofarmaceutyku
znakowanego
10
–9
÷ 10
–8
99m
Tc wymaga wprowadzenia do organizmu kilku ml roztworu o stężeniu radiofarmaceutyku rzędu
–3
99m
mol dm , co odpowiada zaledwie kilku nanogramom preparatu. A przecież Tc nie jest
radionuklidem beznośnikowym, bo jego preparaty zawsze zawierają pewną ilość długożyciowego (T1/2 = 2×10
5
99
lat) izotopu Tc, który odgrywa rolę nośnika 1. Preparaty takie nazywamy radionuklidami bez dodanego nośnika,
w skrócie n.c.a. (nocarrier‐added). Jeżeli do znakowania radiofarmaceutyków stosujemy radionuklidy
beznośnikowe, to do organizmu wprowadzamy jeszcze dużo mniejsze ilości leku. Podanie tak małych dawek
diagnostycznych jest dla organizmu zupełnie bez znaczenia z punktu widzenia chemicznego i nie prowadzi do
zaburzeń czynnościowych badanego narządu. 2 Fakt ten wyjaśnia, dlaczego niejednokrotnie jako
radiofarmaceutyki stosuje się preparaty, które w zwykłych warunkach (ilości mikro
‐i miligramowe) są silnie
toksyczne chemicznie, np. organiczne związki rtęci, czy jony talu. W przypadku związków szczególnie toksycznych
chemicznie preparaty muszą mieć bardzo wysokie aktywności właściwe (każdorazowo normowane). Jeżeli
radionuklidy diagnostyczne są krótkożyciowe (T1/2 rzędu minut lub godzin) i nie emitują wysokoenergetycznego
–
promieniowania β , to nawet bardzo duże aktywności promieniotwórcze radiofarmaceutyku 3 dają pacjentowi
1
Obecność długożyciowego izotopu 99Tc w preparatach 99mTc wynika z dwóch przyczyn: (1) 99Mo, macierzysty
radionuklid 99mTc, rozpada się w 13% bezpośrednio do 99Tc; (2) sam 99mTc rozpada się też do 99Tc. W przypadku
elucji z generatora 99Mo/ 99mTc po 12 h nagromadzania się 99mTc i zastosowania preparatu 6 godzin po elucji
zawartość 99mTc w technecie wynosi tylko kilkanaście procent. Jest to jednak i tak bardzo dużo w porównaniu z
większością typowych radionuklidów nośnikowych.
2
W przeciwieństwie do kontrastów stosowanych w innych technikach medycznych.
3
Aktywności promieniotwórcze preparatów znakowanych Tc są rzędu 10 Bq na jeden zabieg [7], a w przypadku
99m
13
82
8
9
bardzo krótkożyciowych nuklidów PET, N i Rb, przekraczają nawet 10 Bq [8].
14
dawkę promieniowania zbliżoną do dawki, jaką powodują klasyczne badania radiologiczne. Trzeba przy tym
pamiętać, że tylko część energii przenikliwego promieniowania gamma jest pochłaniana przez organizm.
Wszystko to sprawia, że metody diagnostyczne medycyny nuklearnej zaliczane są do najbezpieczniejszych w
medycynie [2].
W przypadku terapii radiofarmaceutycznej dawki promieniowania otrzymywane przez pacjenta są znacznie
większe, bo radionuklidy terapeutyczne mają dłuższe okresy połowicznego zaniku (dni, tygodnie), a cała energia
ich promieniowania jest lokalnie pochłaniana ‐głównie przez tkankę patologiczną. W przypadku terapii tarczycy
jodem‐131 dawka lokalna może sięgać setek Sv, nie powodując jednak znaczących szkód dla całego organizmu
[6]. Wysoka dawka nie jest jednak wygórowaną ceną, jaką czasem trzeba zapłacić za tak skuteczną, często
praktycznie jedyną terapię ratującą życie człowieka.
3.2
Radiofarmaceutyki i ich właściwości farmakologiczne
Już na początku XX wieku odkryto, że promieniowanie radu i produktów jego rozpadu powoduje w organizmie
człowieka korzystne bądź szkodliwe skutki fizjologiczne. Fakt ten wywołał zainteresowanie biologicznymi
efektami promieniowania jonizującego. Udane próby stosowania do celów terapeutycznych radu (igły radowe)
doprowadziły do powstania współczesnej radioterapii, stosującej zewnętrzne źródła promieniowania gamma
(‘bomby’ kobaltowe), akceleratorowe wiązki przyspieszonych elektronów lub hadronów i aplikatory
radionuklidowe (brachyterapia) [1]. Zagadnienia te zostały omówione w wykładzie 2.4.6.2. Radioterapia, która
wykorzystuje zewnętrzne źródła promieniowania jonizującego nie jest jednak działem medycyny nuklearnej.
1
Medycyna nuklearna – nowa gałąź medycyny, która zrodziła się w II połowie XX wieku, wykorzystuje nie
zewnętrzne, lecz wewnętrzne, otwarte źródła promieniowania jonizującego. Co więcej, stosowane są one nie
tylko w celach terapeutycznych (endoradioterapia), lecz przede wszystkim diagnostycznych [1‐4]. Do organizmu
pacjenta wprowadza się śladowe ilości związków chemicznych znakowanych radionuklidami krótkożyciowymi,
zwanych radiofarmaceutykami. Właściwości chemiczne lub biologiczne tych związków powodują, że
lokują się one wybiórczo w określonych tkankach lub narządach organizmu. Selektywność lokowania
się radiofarmaceutyków w wybranych miejscach organizmu jest wynikiem działania różnych mechanizmów,
decydującą rolę odgrywa jednak swoistość preparatu w stosunku do danej tkanki lub narządu. Jeżeli
promieniowanie jonizujące radiofarmaceutyków jest przenikliwe, może być ono rejestrowane na zewnątrz
organizmu, a specjalne systemy detekcji pozwalają na określenie przestrzennego rozkładu (lokalizacji)
radiofarmaceutyku w organizmie. Taki sposób badania wykorzystuje się do celów diagnostycznych. Jeżeli
natomiast promieniowanie jonizujące radiofarmaceutyków ma krótki zasięg, to jego głównym zadaniem jest
terapeutyczne (radiacyjne) oddziaływanie na okoliczną tkankę. Diagnostyka i terapia – dwa różne kierunki
medycyny nuklearnej – stawiają przed sobą odmienne zadania i stosują odmienne (z punktu widzenia
charakteru oddziaływania biologicznego) narzędzia ich realizacji. Narzędziami tymi są radiofarmaceutyki
diagnostyczne i terapeutyczne, a różnica między nimi polega na różnym charakterze i różnym efekcie
promieniowania jonizującego, jakie emitują radionuklidy wchodzące w skład cząsteczki radiofarmaceutyku.
3.2.1
Radiofarmaceutyki diagnostyczne
Radiofarmaceutyki diagnostyczne stosowane są jako znaczniki promieniotwórcze in vivo. Żeby móc
spełniać tę rolę i z wnętrza organizmu przesyłać sygnały do detektorów zewnętrznych, muszą być one
wyznakowane radionuklidami emitującymi promieniowanie przenikające tkankę
1
Pionierem badań, które doprowadziły do powstania medycyny nuklearnej, był György Hevesy (George de Hevesy),
węgierski fizykochemik pracujący w Niemczech. Za rozpoczęte jeszcze w latach 20. ubiegłego wieku prace
radioznacznikowe w układach biologicznych otrzymał on w roku 1943 nagrodę Nobla [3].
promieniowanie gamma lub twarde promieniowanie rentgenowskie. Współczesna diagnostyczna medycyna
99m
18
nuklearna została zdominowana przez dwa radionuklidy, Tc i F (p. wykład 2.4.6.8). Stosowane są one w
2
dwóch odmiennych pod względem techniki detekcji scyntygraficznych metodach obrazowania molekularnego,
wykorzystujących komputerową obróbkę danych pomiarowych: tomografii emisyjnej pojedynczych fotonów,
SPECT (single photon emission computerised tomography) i tomografii pozytonowej, PET (positron emission
tomography). W obu przypadkach mierzona jest intensywność promieniowania gamma emitowanego z wnętrza
3
ciała człowieka, co umożliwia precyzyjną lokalizację źródła promieniowania wewnątrz organizmu, a wymienione
15
dwa radionuklidy są wykorzystywane aż w około 90% wszystkich badań klinicznych wykonywanych zarówno
techniką SPECT (
99m
18
Tc), jak i PET ( F).
Do detekcji promieniowania gamma służą specjalne gamma kamery (SPECT) i skanery PET, które składają się z
dużej liczby detektorów odpowiednio rozmieszczonych w przestrzeni. Sygnały ze wszystkich detektorów są na
bieżąco przetwarzane za pomocą odpowiednich programów komputerowych, co pozwala uzyskać dokładny
dwu‐lub trójwymiarowy obraz rozmieszczenia radiofarmaceutyku w ciele pacjenta a potem, w wyniku analizy
tego obrazu, zdiagnozować prawidłowość funkcjonowania badanego narządu lub zlokalizować w organizmie
tkankę patologiczną. Wykład 2.4.6.8 przynosi więcej informacji na temat radiofarmaceutyków, radionuklidów,
technik i urządzeń pomiarowych stosowanych w diagnostycznej medycynie nuklearnej.
3.2.2
Radiofarmaceutyki terapeutyczne
Radiofarmaceutyki terapeutyczne stosuje się do zwalczania nowotworów złośliwych i ich przerzutów, do
leczenia reumatoidalnego zapalenia stawów i do terapii paliatywnej‐4].[1 Tkanka patologiczna zajmuje
w
organizmie zwykle niewielki obszar, z tego więc powodu radiofarmaceutyki terapeutyczne znakuje
się radionuklidami emitującymi promieniowanie korpuskularne, którego zasięg w tkance biologicznej jest krótki.
W zależności od typu i energii rozpadu zasięg ten wynosi od ułamków milimetra do nieco ponad 10 mm, a więc
promieniowanie to jest całkowicie pochłaniane przez najbliżej leżącą tkankę. Wszystkie zarejestrowane
–
na świecie radiofarmaceutyki terapeutyczne wykorzystują emitery β , ale od dłuższego już czasu prowadzone
są szerokie badania nad wykorzystaniem w terapii również radionuklidów o jeszcze krótszym zasięgu
promieniowania, t.j. emiterów cząstek α i emiterów elektronów Augera. Radiofarmaceutyki zawierające takie
„egzotyczne”radionuklidy są już na małą skalę stosowane w praktyce klinicznej. Jeżeli radiofarmaceutyk
terapeutyczny jest selektywnie absorbowany w tkance patologicznej, a radionuklid, który emituje
promieniowanie o określonym zasięgu, jest dobrany odpowiednio do wymiarów guza lub przerzutu
nowotworowego, to prawie cała energia promieniowania jest absorbowana przez obcą tkankę. Jeżeli dawka
promieniowania jest wystarczająco duża, to ta patologiczna tkanka zostaje skutecznie zniszczona, a szkodliwy
wpływ promieniowania na zdrową tkankę i na cały organizm jest niewielki. Dlatego też, w przeciwieństwie do
radiodiagnostyki
2
Termin „scyntygrafia” w medycynie nuklearnej oznacza nieinwazyjną metodę obrazowania ilościowego
rozmieszczenia w organizmie wprowadzonego do niego radiofarmaceutyku, polegającą na cyfrowej rejestracji jego
promieniowania gamma mierzonego za pomocą detektorów scyntylacyjnych, oraz przedstawienia tego rozmieszczenia
metodą graficzną.
3
Do celów badawczych obrazuje się w specjalnych urządzeniach (np. mikroPET) także zwierzęta laboratoryjne.
zdominowanej przez dwa najważniejsze radionuklidy, endoradioterapia stosuje szeroką gamę radionuklidów,
charakteryzujących się różnym zasięgiem promieniowania korpuskularnego w tkance (od kilku μm do kilkunastu
mm; p. wykład 2.4.6.9).
3.3
Radionuklidy stosowane w radiofarmacji
Właściwości fizykochemiczne i biologiczne radiofarmaceutyku decydujące o jego przydatności dla medycyny
nuklearnej zależą zarówno od radionuklidu wchodzącego w skład cząsteczki radiofarmaceutyku, jak i od budowy
oraz właściwości całej cząsteczki ‐wektora, która transportuje radionuklid w określone miejsce w organizmie [2].
Wybór odpowiedniego radionuklidu radiofarmaceutycznego zależy od postawionego celu medycznego, a do
tego należy wziąć pod uwagę następujące cechy charakteryzujące wybrany radionuklid:
• określony typ i energia promieniowania (inne dla radiofarmaceutyków diagnostycznych, inne dla
terapeutycznych) oraz krótki lub niezbyt długi okres połowicznego zaniku;
• możliwość uzyskania wysokich aktywności właściwych, najlepiej formy beznośnikowej;
• określone właściwości chemiczne umożliwiające trwałe (zwłaszcza w sensie kinetycznym) związanie
radionuklidu z cząsteczką wektora;
łatwa dostępność i niewygórowany koszt preparatu.
16
Radionuklidy diagnostyczne wykorzystywane w technice SPECT powinny mieć energię promieniowania gamma
w zakresie od 100 do 250 keV. Promieniowanie takie jest optymalnie rejestrowane przez scyntylacyjne detektory
promieniowania gamma z kryształem NaI(Tl) a jednocześnie bez zakłóceń przenika przez tkankę. Natomiast
radionuklidy PET są emiterami pozytonów, a energia promieniowania gamma emitowana w wyniku anihilacji
pozytonów jest zawsze równa 511 keV. Ponieważ wartość ta znacznie wykracza poza zakres optymalny dla
detektorów SPECT, skanery PET są specjalnie dostosowywane do tej wysokiej energii.
Dążenie do zminimalizowania dawki otrzymanej przez pacjenta (i personel szpitala) narzuca
konieczność stosowania radionuklidów maksymalnie krótkożyciowych. W miarę możności powinny to być czyste
emitery gamma, gdyż dodatkowe promieniowanie beta niepotrzebnie zwiększa dawkę.
Wybór radionuklidu o krótszym lub dłuższym okresie połowicznego zaniku zależy od postawionego zadania
81m
15
diagnostycznego. Niekiedy wystarczają radionuklidy o T1/2 rzędu minut ( O) lub dziesiątek sekund ( Kr), ale gdy
trzeba śledzić przebieg procesów biologicznych i rejestrować zmiany zachodzące w czasie, potrzebne
są radionuklidy o T1/2 rzędu godzin, a nawet dni. Z punktu widzenia potrzeby ograniczania dawki od
dłużej żyjących radionuklidów istotny jest nie tylko okres ich połowicznego zaniku, lecz również czas
biologicznego półtrwania w organizmie cząsteczki zawierającej taki radionuklid. Czas ten zależy od właściwości
cząsteczki radiofarmaceutyku, a wypadkową tych dwóch wielkości jest tzw. czas półtrwania efektywnego, który
określa szybkość zanikania aktywności radiofarmaceutyku w organizmie.
Bezpieczeństwo chorego wymaga stosowania radiofarmaceutyków w ilościach, które nie są toksyczne
chemicznie, a więc aktywność właściwa radionuklidu musi być bardzo wysoka. Najlepiej, gdy radionuklid,
7
zwłaszcza terapeutyczny, ale i diagnostyczny, można otrzymać w formie beznośnikowej lub n.c.a. Wymagania
tego nie spełnia większość radionuklidów reaktorowych, otrzymywanych w reakcji (n,γ). Każdy taki ra dionuklid
zawiera duże, wagowe ilości radionuklidu macierzystego, który jest dla niego nośnikiem izotopowym i od
którego nie można go oddzielić konwencjonalnymi metodami chemicznymi. Jeżeli jednak radionuklidy
–
reaktorowe są emiterami cząstek β , to do celów radiofarmaceutycznych można wykorzystać produkty ich
rozpadu, które ‐jako beznośnikowe izotopy innych pierwiastków – stosunkowo łatwo oddziela się od nuklidu
macierzystego metodami chemicznymi, a niekiedy fizycznymi (np. sublimacja jodu z tarcz tellurowych).
Zasadę chemicznego oddzielania radionuklidu pochodnego od macierzystego wykorzystuje się w generatorach
99
99m
radionuklidów. Generatory te – zwłaszcza generator Mo/ Tc – stanowią dla klinik podstawowe źródło
radionuklidów diagnostycznych (p. wykład 2.4.6.8). Niektóre radionuklidy beznośnikowe można
otrzymać wykorzystując efekt Szilarda‐Chalmersa (p. wykład 2.1.4.6). Najczęściej radionuklidy beznośnikowe
otrzymuje się w reakcjach cząstek naładowanych w cyklotronach (p. wykład 2.1.5.5). Jednak wysoki koszt
radionuklidów cyklotronowych ogranicza w jakimś stopniu ich dostępność.
–
131
Stosunkowo długożyciowy, β /γ promieniotwórczy radionuklid I (Eγ = 364 keV, Eβ = 606 keV, T1/2 = 8,0 dni),
który odegrał ogromną rolę w rozwoju medycyny nuklearnej i wciąż jest stosowany w celach terapeutycznych,
nie jest dobrym radionuklidem diagnostycznym, gdyż daje bardzo dużą dawkę na tarczycę (do 0,5 ÷ 1 Sv w
201
+
jednej procedurze [1]). Podobnie jon Tl , od dziesiątków lat stosowany do badań serca, został w wielu krajach
99m
82
wycofany z użytkowania i zastąpiony metaloorganicznymi kationowymi związkami Tc(I) lub kationem Rb nie
ze względu na toksyczność chemiczną talu, ale z powodu niekorzystnych właściwości jądrowych radionuklidu
201
Tl, w wyniku których pacjent niepotrzebnie otrzymuje stosunkowo wysoką dawkę promieniowania
jonizującego [7]. Nie jest to przykład odosobniony, gdyż radiofarmaceutyki znakowane technetem99m –
radionuklidem o idealnych wręcz właściwościach jądrowych i bogatej chemii koordynacyjnej, a
7
Aktywność właściwa radiofarmaceutyków receptorowych, immunokoniugatów i radiofarmaceutyków
terapeutycznych jest normowana. Nie dotyczy to prostych radiofarmaceutyków diagnostycznych stosowanych do
13
15
11
18
18
badań przepływowych, np. gazów szlachetnych, NH3, H2 O, C‐octan, Na F, F‐FDG i wielu innych.
przede wszystkim łatwo dostępnym i tanim, od wielu już lat odgrywają główną rolę w rozwoju diagnostycznej
medycyny nuklearnej [4,7,9].
17
3.4
Właściwości i rodzaje radiofarmaceutyków
Radiofarmaceutyki w zależności od formy chemicznej podaje się pacjentom doustnie, dożylnie lub wziewnie.
Sposób taki narzuca wymagania wysokiej czystości preparatów, nie tylko radiochemicznej, lecz i biologicznej.
Radiofarmaceutyki muszą być apyrogenne i sterylne [2]. Ponadto radiofarmaceutyki terapeutyczne i
radiofarmaceutyki diagnostyczne II generacji (p. niżej) powinny mieć wysoką czystość chemiczną,
gdyż nawet śladowe ilości jonów niektórych innych metali zanieczyszczających próbkę mogą powodować duże
rozcieńczanie radiofarmaceutyku, czyli działać podobnie jak nośnik izotopowy (p. wykład 2.4.6.8). Radionuklid
musi być wprowadzony do organizmu w takiej formie chemicznej, która będzie związana lub zmetabolizowana
przez docelowy narząd albo tkankę. Decydującą rolę farmakologiczną – selektywnego doprowadzenia i
związania radiofarmaceutyku – odgrywają właściwości chemiczne i/lub biologiczne cząsteczki, która doprowadza
radionuklid w określone miejsce organizmu (narząd, tkanka). Na podstawie stopnia złożoności cząsteczki
możemy wyróżnić kilka zasadniczych typów radiofarmaceutyków, niezależnie od tego, czy są to
radiofarmaceutyki diagnostyczne, czy terapeutyczne.
Grupę najprostszych radiofarmaceutyków stanowią małe cząsteczki gazu lub cieczy, np.
15
201
+ 90 3+
131 – 32
81m
Kr,
133
11
13
Xe, CO2, NH3,
67
–
czy H2 O, oraz jony metali, np. Tl , Y , i niemetali, np. I , PO4 . Do tej grupy zaliczyć można również Ga,
który podawany w formie bardzo słabych kompleksów cytrynianowych zachowuje się w wielu przypadkach jak
prosty kation. Właściwości farmakologiczne radiofarmaceutyków tej grupy są bardzo różne, tak jak różne
są mechanizmy ich lokowania się w organizmie. Radiofarmaceutyki te niejednokrotnie wymywa
81m
201
+
131 –
się bezpośrednio z generatorów (np. Kr), wydziela z tarcz cyklotronowych (np. Tl ) i reaktorowych (np. I ),
18
lub otrzymuje w wyniku prostych syntez radiochemicznych (np. Na F). Radiofarmaceutyki należące do tej grupy
stosowane są w medycynie nuklearnej do różnorodych badań diagnostycznych, ale również i do terapii, np.:
131
I– do obrazowania i terapii tarczycy [10];
201
Tl+ – do badania czynności serca (jako odpowiednik jonu K+ w procesach biochemicznych); szeroko
stosowany w latach 80., ale ze względu na niekorzystne właściwości jądrowe (T1/2 = 73 h; czas półtrwania
efektywnego 10 dni; Eγ = 70 ÷ 80 keV) powodujące duże dawki promieniowania, jest zastępowany preparatami
99
mTc [7];
81m
Kr (T1/2 = 13 s; z generatora 81Rb), 133Xe, 127Xe, 19Ne oraz [13N]N2 – różniące się m.in.
rozpuszczalnością wpłynach ustrojowych – do obrazowania płuc [11];
13
NH3, H215O – do badań serca: przepływu krwi i procesów metabolicznych [7]; 15O2, 32PO4 , 89Sr2+, 90Y3+ –
do terapii kości [1‐4].
Ponieważ najtrwalszymi wiązaniami chemicznymi są wiązania kowalencyjne, dobrymi radiofarmaceutykami
są związki organiczne znakowane promieniotwórczymi izotopami pierwiastków, które tworzą takie wiązania. Do
grupy radiofarmaceutyków organicznych należą pochodne węglowodorów znakowane radionuklidami węgla,
8
tlenu, azotu oraz chlorowców. Radiofarmaceutyki organiczne znakowane krótkożyciowymi nuklidami
15
18
11
11
11
C,
13
N,
O i F są szeroko stosowane w diagnostyce PET, np. C‐glukoza i C‐octan do badania czynności serca [8], 218
fluorodeoksyglukoza ( F‐FDG) ‐do obrazowania nowotworów [12,13], badania czynności serca [8], biologicznych
podstaw funkcjonowania mózgu [14,15] itp. Do grupy radiofarmaceutyków należą też liczne związki znakowane
123
124
125
131
123
promieniotwórczymi izotopami jodu:
I,
I,
I i
I, np.
I‐jodohipuran i wiele innych. Wszystkie
radiofarmaceutyki tej grupy otrzymuje się w reakcjach syntezy organicznej
15
13
11
[10] (p. wykład 2.4.6.8). Przydatność do tego celu radionuklidów O, N i C jest ograniczona bardzo krótkim
czasem ich połowicznego zaniku (od 2 do 20 min).
18
Rysunek 3.4-1. Od cyklotronu do molekularnego obrazowania mózgu pacjenta. Produkcja i zastosowanie w
medycynie nuklearnej radiofarmaceutyku PET w Centrum PET, FZD Drezno‐Rossendorf (http://www.fzd.de – za
zgodą dysponentów praw autorskich)
Do grupy bardziej złożonych radiofarmaceutyków diagnostycznych – koordynacyjnych związków metali
(metal‐essential radiopharmaceuticals) należą związki metaloorganiczne i kompleksy chelatowe, w których
radionuklid jako centralny atom metalu odgrywa decydującą rolę w organizacji struktury cząsteczki i decyduje o
właściwościach kompleksu. Związki te nazywamy radiofarmaceutykami I generacji, albo – ze względu na ich
właściwości farmakologiczne – radiofarmaceutykami perfuzyjnymi. Właściwości farmakologiczne
radiofarmaceutyków perfuzyjnych, t.j. transport wewnątrz organizmu, możliwość przenikania przez błony
komórkowe, biodystrybucja itp., zależą od parametrów (wielkość, kształt, polarność), ładunku i właściwości
hydrofobowo‐lipofilowych cząsteczki radiofarmaceutyku. Możliwość gromadzenia się radionuklidu w danej
tkance lub narządzie określają reakcje chemiczne (często enzymatyczne) cząsteczek radiofarmaceutyku,
zachodzące w komórce po internalizacji preparatu. Najważniejsze w tej grupie radiofarmaceutyków
99m
99m
Tc, które
diagnostycznych są niewątpliwie liczne kompleksy technetu ‐ Tc. Perfuzyjne radiofarmaceutyki
zostaną szerzej omówione w wykładzie 2.4.6.8, stosowane są [4,7,9] do obrazowanie czynności wielu narządów,
m.in.:
•
serca, m.in. kationowy kompleks metaloorganiczny, Cardiolite®: [99mTc(CN ‐R)6]+, który wypiera z
radiofarmacji 201Tl+, powodujący duża dawkę promieniotwórczą [7];
8 Jedyny promieniotwórczy izotop wodoru jest dla medycyny nuklearnej zbyt długożyciowy
mózgu – obojętne kompleksy 99mTc(V) z tetradentnymi ligandami o donorowych atomach azotu (N4),
®
®
Ceretec ‐TcO(d,l‐HMPAO); azotu i siarki (N2S2), Neurolite ‐TcO‐ECD (etylenodicysteina) i inne. Kompleksy te
2,5),
pasywnie
przenikają barierę krew‐mózg;
muszą więc być lipofilowe (0,5 <
logPo/w <
99m
mieć małą masę cząsteczkową (poniżej 500 Da) i umożliwiać dużą retencję
w wyniku enzymatycznej hydrolizy kompleksu) [4,7];
Tc w komórkach mózgowych (np.
®
nerek – kompleksy hydrofilowe, anionowe, np. MAG3 ‐Technescan (Mallinckrodt) kompleks
tetradentnym ligandem N3S, który zastąpił dawny „złoty standard” – o‐jodohipuran. [4,7,16];
99m
Tc(V) z
99m
Tc
wątroby i dróg żółciowych – kompleksy z anionami kwasu N‐(alkiloacetanilido)iminodioctowego: HIDA, HEPIDA,
DISIDA, MEBROFENIN [4,16];
szkieletu kostnego – kompleksy
99m
Tc z ligandami alkilofosfonowymi, np.
99m
Tc‐MDP [4,9].
Najważniejszą grupę radiofarmaceutyków diagnostycznych i terapeutycznych znakowanych radionuklidami
metali stanowią radiofarmaceutyki II generacji, w których kompleksowy związek radiometalu przyłączony jest
do cząsteczki biologiczne czynnej, np. peptydu, przeciwciała monoklonalnego itp. Prekursorami
radiofarmaceutyków II generacji są kompleksy chelatowe z ligandami dwufunkcyjnymi (bifuctional
chelators ‐BFC) [17]. Pierwsza funkcja liganda, którą realizują dwa lub więcej donorowe atomy tlenu, azotu,
siarki, fosforu w odpowiedniej konfiguracji przestrzennej, umożliwia koordynacyjne związanie radiometalu jako
jonu centralnego oraz wytworzenie trwałej i inertnej cząsteczki chelatu. Powstałe tak cząsteczki chelatu, które
19
powinny
mieć stosunkowo
niewielką masę (<
500
Da),
trwale
wiążą się chemicznie
z
wybraną cząsteczką biologicznie czynną (wiążąc z nią również skompleksowany radionuklid) np. peptydem lub
przeciwciałem, tak aby nie zakłócać jej aktywności biologicznej. Wytworzenie wiązania chemicznego z
biomolekułą następuje dzięki drugiej funkcji liganda – reaktywnej grupie –COOH, –NH2, –NCS, –SH, wchodzącej
w skład cząsteczki liganda. Wyróżniamy dwa główne rodzaje radiofarmaceutyków należących do tej grupy:
radiofarmaceutyki receptorowe i immunokoniugaty, przy czym podstawą podziału jest odmienny mechanizm
rozpoznania molekularnego, w wyniku którego radiofarmaceutyki te lokują się w organizmach żywych.
3.5
Mechanizmy lokalizacji radiofarmaceutyków w organizmach żywych
Mechanizmy oddziaływania radiofarmaceutyków z tkanką i gromadzenia się w docelowym narządzie są bardzo
zróżnicowane. Najprostszy polega na wypełnianiu wolnych przestrzeni wewnątrz organizmu. Radiofarmaceutyk
gromadzi się w wolnych przestrzeniach międzykomórkowych, łożysku naczyniowym, drogach oddechowych itp.
Proces ten wykorzystuje się m.in. do wentylacyjnego badania płuc za pomocą gazu lub aerozolu
promieniotwórczego, np.
133
Xe [11], lub badania pooperacyjnego ukrwienia narządów lub kończyn, np.
81m
roztworem glukozy zawierającym
Kr [1,3]. Pojawienie się miejsc, do których w odróżnieniu od zdrowego
organu nie dociera radioznacznik, wskazuje na dysfunkcję organizmu. Podobnie prosty mechanizm polega na
zatrzymywanie dużych cząsteczek związków chemicznych lub koloidów, np. przez komórki układu siateczkowośródbłonkowego (fagozytoza), lub przez naczynia włośniczkowe. Gromadzenie się mikrosfer albuminowych
99m
(10 ‐80 µm) znakowanych Tc w łożysku naczyniowym płuc obrazuje proces przepływu krwi [2].
Bardziej złożony mechanizm oddziaływania z tkanką polega na reakcji chemicznej zachodzącej w komórce po
internalizacji radiofarmaceutyku. Transport radiofarmaceutyku przez błony komórkowe może być aktywny lub
pasywny. Na przykład mechanizm pompy jodowej umożliwia przedostanie się do tarczycy radionuklidów jodu,
które zostają bardzo silnie związane w tym organie
201
+
+
99m
(p. wykład 2.4.6.9). Diagnostyka niedokrwienia mięśnia sercowego za pomocą Tl lub [ Tc(CNR)6] umożliwia
wykrycie
zaburzenia
mechanizmu
pompy
‐potasowej.
sodowo Bierny
transport
przez
błonę komórkową umożliwia przedostanie się do komórki obojętnych lipofilowych cząsteczek, tzw. „mikrosfer
99m
99m
biologicznych”. Na przykład cząsteczki chelatu Tc‐HMPAO czy Tc‐ECD swobodnie przenikają przez błony
komórkowe z szybkością proporcjonalną do stężenia chelatu w osoczu i do prędkości przepływu krwi. W wyniku
hydrolizy (enzymatycznej) zachodzącej w komórce następuje przemiana chemiczna zinternalizowanej cząsteczki
99m
chelatu, a powstały w niej nowy związek Tc, który nie może już powrócić przez błonę komórkową, nagromadza
się w komórce [7,9,11]. Proces ten wykorzystywany jest m.in. do obrazowania niedotlenienia mózgu
spowodowanego zaburzeniami przepływu krwi w tkance mózgowej.
18
Na szczególną uwagę zasługuje metaboliczny mechanizm obrazowania nowotworów za pomocą F‐FDG. Metoda
otrzymywania tego radiofarmaceutyku przedstawiona zostanie w wykładzie 2.4.6.8. Wprowadzony dożylnie
roztwór
18
F‐FDG (zwykle ~ 2 ml o aktywności 185 ÷ 370 MBq) transportowany jest wraz z krwią wewnątrz
18
organizmu. Obojętne cząsteczki F‐FDG przenikają przez błony komórkowe według tego samego mechanizmu
co cząsteczki glukozy i podobnie jak one uczestniczą w procesie metabolicznym. O ile jednak metabolizm glukozy
18
przebiega do końca i jego produkty są z komórki wydalane, to metabolizm F‐FDG zatrzymuje się na pierwszym
18
etapie – fosforylacji. Powstały fosforan F‐FDG nie może z powrotem przeniknąć przez błonę komórkową i
18
dlatego radionuklid F nagromadza się w komórce. Obrazowanie na tej drodze nowotworów i ich przerzutów
18
następuje dlatego, że szybkość metabolizmu glukozy (i F‐FDG) w komórkach nowotworowych jest nawet ponad
200 razy większa niż szybkość analogicznego procesu w komórkach normalnych [13].
Najważniejsze dla medycyny nuklearnej mechanizmy obrazowania molekularnego polegają na nieodwracalnych
reakcjach chemicznych radiofarmaceutyków z tkanką lub na specyficznych oddziaływaniach typu rozpoznania
molekularnego. Te same mechanizmy zapewniają także wysoką skuteczność endoradioterapii. Specyficzne
oddziaływanie radiofarmaceutyków z tkanką odgrywa decydującą rolę w diagnostyce i terapii nowotworów
złośliwych, diagnostyce i terapii niektórych stanów zapalnych, badaniach procesów molekularnych zachodzących
w centralnym układzie nerwowym, w terapii paliatywnej tkanki kostnej itp. Skuteczne działanie
radiofarmaceutyków specyficznych względem struktur tkankowych wymaga stosowania bardzo wysokich
20
aktywności właściwych preparatu, najkorzystniej radionuklidów beznośnikowych.
Adsorpcja (chemisorpcja) jonów na powierzchni odpowiednich struktur tkankowych jest jedną z najczulszych
86
3+
18
–
metod badania metabolicznych przemian tkanki kostnej ( Y , F ) oraz metodą
– 89 2+
Sr
32
90 3+
terapii przerzutów nowotworowych i paliatywnego leczenia kości ( PO4 , , Y ; p. wykład 2.4.6.9). Mechanizm
oddziaływania polega na wbudowywaniu się tych jonów promieniotwórczych w strukturę hydroksyapatytów
Ca10(PO4)6(OH)2 [1‐4,18]. Podobnie skutecznie na tych strukturach tkankowych adsorbują się cząsteczki chelatów
186
Re‐HEDP i
153
Sm‐EDTMP, których ligandami są związki fosforoorganiczne [4,18].
Radiofarmaceutyki II generacji, w których kompleksowy związek radiometalu, zarówno o właściwościach
diagnostycznych, jak i terapeutycznych, związany jest kowalencyjnie z cząsteczką biologiczne czynną,
rozpoznają określone struktury i tkanki na zasadzie mechanizmu rozpoznania molekularnego. W procesie
syntezy takich radiofarmaceutyków dąży się do wytworzenia kowalencyjnego wiązania chelatu z
biomolekułą daleko od jej centrów aktywnych, dzięki czemu znakowana biomolekuła zachowuje niezakłócone
funkcje biologiczne wektora radionuklidu w organizmie. Mechanizm rozpoznania molekularnego jest odmienny
dla immunokoniugatów i dla radiofarmaceutyków receptorowych.
Immunokoniugaty. Podstawą radioimmunodiagnostyki i radioimmunoterapii jest reakcja antygen
‐przeciwciało
[2,4,19,20]. Znakowane przeciwciała monoklonalne mAb (częściej ich aktywne fragmenty, Fab)
umożliwiają wykrywanie tkanki nowotworowej. Do obrazowania stanów zapalnych wykorzystuje się m.in.
leukocyty znakowane in vivo znakowanymi Fab. Do obrazowania infekcji
111
In
111
stosowana jest np. znakowana poliklonalna immunoglobulina G ( In‐IgG) aktywnie transportowana przez
komórki śródbłonka [18]. Omówienie problemu zastosowań znakowanych przeciwciał w diagnostyce i terapii
medycznej [20] wykracza poza ramy tego wykładu.
Mechanizm receptorowy polega na specyficznym wiązaniu znakowanych biomolekuł, np. peptydów [21],
hormonów [22,23], leków lub toksyn z tzw. receptorami. Są to cząsteczki białek produkowane m.in. przez
komórki nowotworowe lub postsynapsy centralnego układu nerwowego, wbudowane w błonę plazmową lub
cytoplazmę komórki. Wiązanie biomolekuły z receptorem wywołuje zwykle odpowiedź komórki. Mechanizm
receptorowy odgrywa coraz większą rolę w badaniach medycznych. Szczególnie intensywne badania
ukierunkowane są na rozpoznawanie receptorów centralnego układu nerwowego [15]. Do badania tego układu
stosuje
się niewielkie
(<600 Da) znakowane
biomolekuły
i
9
farmakofory . Na przykład
znakowane
preparaty
®
99m
Tc
®
Trodat i
Technepine
(Rys.
2),
rozpoznają transporter dopaminy (DAT), a stwierdzenie spadku stężenia DAT w obszarze przekaźników
nerwowych pozwala na wczesne wykrycie neurodegeneracyjnej choroby Parkinsona.
Rys. 2 Koniugaty technetowe:Technepine (z lewej) i TRODAT ‐1
9
Farmakofory ‐cząsteczki chemiczne o specyficznej strukturze rozpoznawanej przez określone receptory, co
nadaje tym cząsteczkom aktywność biologiczną (np. rys. 2).
Poszukiwane są nowe radiofarmaceutyki do diagnostyki chorób Alzheimera, Parkinsona, Huntingtona czy
99m
111
epilepsji. Znakowane
Tc lub
In peptydy (neurotensyna, bombesyna, czy oktreotyd ‐analog
somatostatyny) stosowane są do obrazowania nowotworów, np. guzów neuroendokrynnych [12,19,21].
21
67
Peptydy z sekwencją RDG obrazują receptory integrynowe w komórkach nowotworowych. Kation Ga(III)
(w formie słabego kompleksu cytrynianowego) kompleksowany jest przez transferynę i przez receptory
transferynowe przenoszony do komórek nowotworowych i internalizowany. Podobny mechanizm pozwala
67
obrazować stany zapalne (ropnie, wrzody) – jon Ga(III) transportowany przez siderofory i laktoferynę jest
wychwytywany przez bakterie [18].
Ważną rolę diagnostyczną odgrywa obrazowanie receptorów hormonów sterydowych, zarówno przed
rozpoczęciem terapii hormonalnej, jak i do monitorowania jej efektywności. Jako radiofarmaceutyki stosuje
123,125
75,76,77
18
99m
się sterydy: estrogen, androgen, progesteron i in.; znakowane radionuklidami
I,
Br, F, Tc i innymi.
[4,22,23]
Decydującą rolę w swoistości wiązania radiofarmaceutyków II generacji z docelową tkanką odgrywa
aktywność biologiczna wektora, którym jest molekuła biologicznie czynna. Radionuklid musi być trwale
związany z tą biomolekułą i nie może uwalniać się z niej in vivo. Dobrymi radiofarmaceutykami lub ich
prekursorami są więc trwałe (termodynamicznie i kinetycznie) związki koordynacyjne z radionuklidem
metalu jako jonem centralnym. Bogata i wciąż rozwijająca się chemia koordynacyjna metali przejściowych
otwiera przed radiofarmacją szerokie możliwości nowych zastosowań praktycznych. Szczególnie ważna jest
możliwość otrzymywania związków kompleksowych kinetycznie inertnych, ponieważ ligand związany z
jonem metalu z reguły nie występuje w organizmie i w tych warunkach kompleksy kinetycznie labilne,
nawet termodynamicznie trwałe, ulegają in vivo szybkiej dysocjacji i wymianie ligandów na cząsteczki
znajdujące się w organizmie. Jonami metali tworzącymi kompleksy kinetycznie inertne są jony metali
6
3
przejściowych o konfiguracji elektronowej d i d , a więc jony Co(III), Cr(III), Ru(II), Rh(III), Ir(III), Tc(I), Re(I)
99m
94
186
188
105
103m
55
itp. Niektóre radionuklidy tych metali:
Tc, dwa izomery Tc, Re, Re, Rh,
Rh, Co;
znajdują zastosowanie w medycynie nuklearnej lub są przedmiotem zaawansowanych badań.
Inertność powstających kompleksów metali zwiększają dodatkowo ligandy polidentne (wielokleszczowe),
zwłaszcza cykliczne.
Bibliografia
[1] J. Hála, J. D. Navratil, Radioactivity, Ionizing Radiation and Nuclear Energy, Konvoj, Brno, 2003, pp.
200‐206, 254‐260.
[2] L. Królicki, Wiadomości Chem., 53 (1999) 647 ‐660; Postępy Techniki Jądrowej, 50, Nr 1 (2007) 2‐8.
[3] G. Stöcklin, S. M. Qaim, F. Rösch, Radiochim. Acta, 70/71 (1995) 249 ‐272.
[4] K. Samochocka, Wiadomości Chem., 53 (1999) 661 ‐699.
[5] J. R. Barrio, in: PET Molecular Imaging and its Biological Applications (M. E. Phelps, ed.), Springer ‐Verlag,
New York, 2004, 270‐320.
[6] K. H. Lieser, Nuclear and Radiochemistry. Fundamentals and Applications, Wiley
‐VCH, Berlin, 2001, p.
426.
[7] R. Alberto, U. Abram, in: Handbook of Nuclear Chemistry, A. Vértes, S. Nagy, Z. Klencsár (eds.), Kluwer
Academic Publishers, Dodrecht, 2003, Vol. 4, pp. 211 ‐256.
[8] H. R. Schlebert, in: PET Molecular Imaging and its Biological Applications (M. E. Phelps, ed.),
Springer‐Verlag, New York, 2004, pp. 389‐508.
[9] A. Mahmood, A. G. Jones, in: Handbook of Radiopharmaceuticals. Radiochemistry and Applications (M.
J. Welch and C. S. Redvanly, eds.), Wiley, 2003, pp. 323 ‐362.
[10] M. Eisenhut, W. Mier, in: Handbook of Nuclear Chemistry (A. Vértes, S. Nagy, Z. Klencsár, eds.), Kluwer
Academic Publishers, Dodrecht, 2003, Vol. 4, pp. 257‐278.
[11] P. H. Elsinga, W. Vaalburg, in: Handbook of Radiopharmaceuticals. Radiochemistry and Applications
22
(M. J. Welch and C. S. Redvanly, eds.), Wiley, 2003, pp. 751 ‐765.
R Hustinx, A. Alavi, in: Handbook of Radiopharmaceuticals. Radiochemistry and Applications (M.
Welch and C. S. Redvanly, eds.), Wiley, 2003, pp. 629 ‐642.
[13] J. Czernin, in: PET Molecular Imaging and its Biological Applications (M. E. Phelps, ed.),
Springer‐Verlag, New York, 2004, pp. 321‐388.
[14] D. H. S. Silverman, W. P. Melega, in: PET Molecular Imaging and its Biological Applications (M. E.
Phelps, ed.), Springer‐Verlag, New York, 2004, pp. 509‐583.
[15] H. N. Wagner, Jr., Z. Szabo, in: Handbook of Radiopharmaceuticals. Radiochemistry and Applications
[16] D. R. Vera, C. K. Hoh, R. C. Stadalnik, K. A. Krohn, in: Handbook of Radiopharmaceuticals.
Radiochemistry and Applications (M. J. Welch and C. S. Redvanly, eds.), Wiley, 2003, pp.795 ‐822.
A. M. Verbruggen, in: Current Directions in Radiopharmaceutical Research and Development (S.
Mather, ed.), Kluwer Academic Publishers, Dodrecht, 1996, pp. 31 ‐46.
[18] R. E. Weiner, M. L. Thakur, Radiochim. Acta, 70/71 (1995) 273 ‐287.
[19] L. M. D. Stewart, in: Current Directions in Radiopharmaceutical Research and Development (S. J.
Mather, ed.), Kluwer Academic Publishers, Dodrecht, 1996, pp. 89 ‐98.
[20] M. R. Zalutsky, J. S. Lewis, in: Handbook of Radiopharmaceuticals. Radiochemistry and Applications
[21] L. C. Knight, in: Handbook of Radiopharmaceuticals. Radiochemistry and Applications (M. J. Welch and
C. S. Redvanly, eds.), Wiley, 2003, pp. 643 ‐684.
[22] J. A. Katzenllenbogen, in: Handbook of Radiopharmaceuticals. Radiochemistry and Applications
[23] M. J. Welch, J. B. Downer, J. A. Katzenllenbogen, in: Current Directions in Radiopharmaceutical
Research and Development (S. J. Mather, ed.), Kluwer Academic Publishers, Dodrecht, 1996, pp. 137
156.
3.6
Charakterystyka radionuklidów najczęściej stosowanych w medycynie nuklearnej
Izotopy promieniotwórcze stosowane w medycynie muszą spełniać określone wymagania. Nie mogą to
być izotopy pierwiastków toksycznych, a ich czasy połowicznego rozpadu muszą być krótkie (co najwyżej
kilkadziesiąt dni). Z tego powodu jedynie kilkadziesiąt z pośród około dwóch tysięcy znanych izotopów
promieniotwórczych nadaje się do wykorzystania w medycynie [4].
Poszczególne radionuklidy, a nawet izotopy promieniotwórcze tego samego pierwiastka
różnią się radiotoksycznością i w związku z tym występuje również różne zagrożenie radiacyjne po przedostaniu
się ich do ustroju. Przykładem różnego rozmieszczenia izotopów w organizmie może być cez, który rozmieszcza
się równomiernie w ustroju i stront, który gromadzi się w kościach. Różnice w radiotoksyczności
występują również wśród izotopów promieniotwórczych tego samego pierwiastka, np. jodu. Wychwyt w
23
131
134
tarczycy jodu I spowoduje 400 razy większą dawkę, niż wychwyt jodu I o tej samej aktywności. Przy tym
samym znaczniku, ale w różnych związkach chemicznych, w wyniku innej charakterystyki biologicznej zagrożenie
radiacyjne będzie również różne. Przykładem może być jodek potasu i hipuran, znakowane tym samym izotopem
131
I. W wyniku różnych właściwości biologicznych tych związków (rozmieszczenie, zatrzymywanie, wydalanie)
dawka efektywna od jodku potasu będzie ponad 200 razy wyższa niż od hipuranu, przy tej samej aktywności
podanego radiofarmaceutyku (wg [5]).
99m
Najczęściej używanym w medycynie nuklearnej izotopem jest technet Tc, wykorzystywany w ok. 80% procedur.
99m
Tc wynosi 6 godzin, więc jest wystarczająco długi do badań procesów metabolicznych, a
Okres półrozpadu
jednocześnie dostatecznie krótki, aby nie powodować dużej dawki dla pacjenta. Korzystny jest również sposób
99m
rozpadu ‐ Tc rozpada się izomerycznie, emitując promieniowanie gamma i niskoenergetyczne elektrony. Brak
emisji wysokoenergetycznego promieniowania β jest korzystny z punktu widzenia ograniczenia dawki.
Emitowane promieniowanie γ ma energię dostatecznie wysoką do opuszczenia ciała pacjenta, ale też na tyle
niską, aby mogło być wydajnie rejestrowane przez detektory scyntylacyjne, a więc podawane aktywności
mogą być stosunkowo niskie.
4
Ogólne zasady ochrony przed promieniowaniem w zakładach medycyny nuklearnej
Charakterystyka prac wykonywanych w zakładach medycyny nuklearnej powoduje, że personel i
pacjenci są poddawani narażeniu zewnętrznemu i wewnętrznemu.
Źródłem narażenia zewnętrznego są stosowane radiofarmaceutyki, wszelkie odpady promieniotwórcze oraz
pacjenci po podaniu im preparatów promieniotwórczych.
Większość radiofarmaceutyków
jest
stosowana
w
postaci
otwartych źródeł promieniotwórczych,
również odpady i pacjenci mogą, w pewnych warunkach, być traktowani jako źródła otwarte, a więc
stanowią zagrożenie skażeniami wewnętrznymi.
W ramach środków ochrony radiologicznej w zakładach medycyny nuklearnej stosowane są osłony przed
narażeniem zewnętrznym oraz procedury mające na celu ograniczenie bezpośredniego kontaktu z substancjami
promieniotwórczymi.
4.1
Ochrona przed narażeniem zewnętrznym
Dobór materiałów osłonnych przed promieniowaniem jonizującym i sposób ich wykonania zależy od rodzaju
promieniowania.
W przypadku promieniowania alfa, ze względu na jego małą przenikliwość i zasięg nieprzekraczający w
powietrzu 10 cm, problem osłon praktycznie nie występuje. Wystarczające osłabienie promieniowania alfa
zapewnia już kartka zwykłego papieru.
Problem budowy osłon w medycynie nuklearnej dotyczy źródeł promieniowania beta i gamma. Do ochrony
przed promieniowaniem beta, które jest mało przenikliwe, wystarczą osłony wykonane z materiałów lekkich (o
małej liczbie atomowej, Z), np. aluminium, szkło organiczne. Oddziaływaniu promieniowania beta towarzyszy
wtórne promieniowanie X hamowania, którego natężenie jest proporcjonalne do kwadratu liczby atomowej.
Dlatego do budowy osłon przeciwko promieniowaniu beta nie wolno wykorzystywać materiałów ciężkich.
Największym zasięgiem spośród wszystkich rodzajów promieniowania stosowanych w medycynie nuklearnej,
charakteryzuje się promieniowanie gamma. Każdy ośrodek, przez który przenika promieniowanie, powoduje
jego osłabienie, które jest proporcjonalne do liczby atomowej materiałuośrodka oraz jego grubości. Teoretycznie
osłony przed promieniowaniem gamma można zbudować z dowolnego materiału, jednak ze względu na
występujące zazwyczaj ograniczenia konstrukcyjne dotyczące ich wielkości, wykorzystuje się w tym celu
materiały ciężkie (o dużej liczbie atomowej), takie jak ołów, uran zubożony. W miejscach gdzie można sobie
pozwolić na budowę osłony o dużych gabarytach, wykonuje się tańsze osłony z betonu, który często jest
domieszkowany ciężkimi kruszywami (beton limonitowy, barytowy).
24
W medycynie nuklearnej stosuje się wiele rodzajów osłon ochronnych właściwych dla zakresu wykonywanych
prac. Są to zarówno osłony stałe w postaci wykonanych z odpowiedniego materiału ścian, małe ruchome ścianki,
fartuchy ołowiowe osłaniające całe ciało, kołnierze ołowiowe osłaniające tarczycę podczas pracy z jodem
promieniotwórczym, jednorazowe strzykawki wyposażone w osłony pochłaniające promieniowanie gamma i
beta i inne.
Wszelkie prace ze źródłami promieniotwórczymi powinny być wykonywane w taki sposób, aby
odległość między źródłem, a pracownikiem była jak największa. Natężenie emitowanego promieniowania maleje
wraz z kwadratem tej odległości. Z tego powodu część prac, jeśli jest to technologicznie możliwe, wykonuje
się za pomocą specjalnych manipulatorów, których długość może wynosić nawet kilka metrów.
Bardzo istotnym elementem ochrony radiologicznej jest skrócenie czasu pracy w warunkach narażenia, które
wprowadza się decyzjami administracyjnymi ustalając, dla określonej grupy pracowników, czas pracy krótszy
niż określone ustawowo 40 godzin w tygodniu.
Ochrona radiologiczna przed narażeniem zewnętrznym obejmuje również kontrolę skażeń. Personel zakładów
medycyny nuklearnej jest narażony na bezpośredni kontakt z substancjami promieniotwórczymi, który może
być przyczyną skażeń zewnętrznych, jeśli substancja będzie mieć kontakt ze skórą lub wewnętrznych, jeśli
wniknie do organizmu.
99m
Tc
Przykładem monitoringu skażeń zewnętrznych jest kontrola personelu pracującego z izotopem technetu
uzyskiwanym z generatora, który jest poddawany kontroli indywidualnych dawek promieniowania dla skóry
dłoni, jeśli dzienne zużycie izotopu przekracza 1 GBq.
4.2
Ochrona przed narażeniem wewnętrznym
promieniowania ściśle według określonych procedur i zgodnie z ich przeznaczeniem oraz stałym indywidualnym
monitoringu skażeń. Częstotliwość i sposób monitorowania zależy od rodzaju wykonywanych prac, stopnia
narażenia i rodzaju radionuklidów, z którymi prowadzone są prace (przede wszystkim od ich okresów
półrozpadu).
131
Monitoringowi skażeń wewnętrznych podlega np. personel stosujący otwarte źródła jodu I dla leczenia raka
tarczycy. Kontrola polega na pomiarze zawartości jodu promieniotwórczego w gruczole tarczowym.
Ochrona radiologiczna personelu obejmuje również ograniczenie kontaktów z pacjentem, który
otrzymał radiofarmaceutyk będący emiterem promieniowania gamma. Taki pacjent staje się źródłem
promieniowania, a kontakt z jego wydalinami, śliną lub potem może doprowadzić do skażenia wewnętrznego.
Szczególną grupę stanowią pacjenci poddani terapii jodem promieniotwórczym, którzy otrzymali preparat o
aktywności powyżej 800 MBq. Zgodnie z przepisami wymagają oni hospitalizacji i przez cały ten okres ich
kontakt z personelem jest ograniczony do minimum. Jeśli nie zachodzi konieczność interwencji lekarza, pacjent
ma kontakt jedynie z pacjentem, z którym dzieli pokój, nawet personel podający posiłek nie styka się z nim
bezpośrednio, a jedynie zostawia posiłek w śluzie przed pokojem i stamtąd odbiera brudne naczynia.
4.3
Ochrona radiologiczna pacjenta i osób stykających się z pacjentem
Oprócz personelu zatrudnionego w zakładach medycyny nuklearnej, ochroną radiologiczną są objęci
również pacjenci i osoby stykające się z pacjentami.
Ochrona radiologiczna pacjentów ma na celu ograniczenie ich narażenia na kontakt z innymi
radiofarmaceutykami niż ten, który mają otrzymać oraz z innymi pacjentami po otrzymaniu radiofarmaceutyku.
Podczas podawania produktów radiofarmaceutycznych należy stosować metody postępowania ograniczające
odkładanie się znacznika promieniotwórczego w narządach niepodlegających badaniu oraz przyspieszające jego
wydalanie z organizmu. Szczególne przepisy dotyczą kobiet w ciąży, u których badania diagnostyczne przy użyciu
produktów radiofarmaceutycznych są ograniczone do przypadków, które nie mogą być wykonane po
rozwiązaniu. Niedopuszczalne jest stosowanie do celów diagnostycznych i terapeutycznych jodków znakowanych
131
125
jodem I i I u kobiet w ciąży po 8 tygodniach od zapłodnienia oraz w przypadku leczenia przeciwbólowego
przy użyciu osteotropowych produktów radiofarmaceutycznych w dowolnym okresie ciąży.
25
131
I
Pacjenci hospitalizowani podczas terapii tarczycy jodem przebywają w pokojach maksymalnie dwuosobowych, w
których zapewniona jest odległość między łóżkami większa niż 1, 5 m. W przypadku, gdy odległość ta jest
mniejsza, pomiędzy pacjentami umieszcza się parawan ochronny.
Ochrona radiologiczna osób stykających się z pacjentami i niebędących personelem zakładu medycyny
nuklearnej polega na ograniczeniu ich kontaktu z pacjentem do niezbędnego minimum. W przypadku pacjentów
131
hospitalizowanych po podaniu jodu I zabronione są odwiedziny są podczas pierwszych 24 godzin po podaniu
radiofarmaceutyku, a w kolejnych dniach są one ograniczone. Wstęp dzieci w wieku poniżej 10 lat, o ile nie
są pacjentami, na teren zakładu jest zabroniony [6]. Zakaz kontaktu z pacjentem dotyczy również kobiet
ciężarnych.
Pacjenci poddani terapii jodem w systemie ambulatoryjnym oraz po badaniach diagnostyki izotopowej,
otrzymują przed wyjściem z oddziału instrukcje na temat ograniczenia kontaktu z innymi osobami, szczególnie z
dziećmi i kobietami ciężarnymi zgodnie z zaleceniami komisji do spraw procedur i klinicznych audytów
zewnętrznych w zakresie medycyny nuklearnej. Przepisy określają dawki graniczne dla osób z rodziny pacjenta
131
poddanemu leczeniu jodem I, które wynoszą 1 mSv dla dzieci oraz płodów, 3 mSv dla dorosłych poniżej 60
roku życia, 15 mSv dla dorosłych powyżej 60 roku życia oraz dla osób postronnych 0,3 mSv [2].
4.4
Wymagania dotyczące pomieszczeń i organizacji pracy
Obowiązujące przepisy prawne regulują wymagania dotyczące organizacji pracy i pomieszczeń w zakładach
medycyny nuklearnej.
Na terenie zakładu medycyny nuklearnej wyznaczone są trzy oddzielone od siebie obszary: przechowywania i
preparacji produktów radiofarmaceutycznych, obsługi pacjenta oraz działalności klinicznej w przypadku leczenia
stacjonarnego.
Na terenie obszaru przechowywania i preparacji produktów radiofarmaceutycznych znajdują się pomieszczenia
do przyjmowania i przechowywania źródeł promieniotwórczych oraz prowadzenia prac związanych z
preparatyką i dozowaniem produktów radiofarmaceutycznych. Powinny one być wyposażone w komory z
laminarnym przepływem powietrza, zapewniających zachowanie jałowości w procesie znakowania. W
przypadku, gdy w zakładzie medycyny nuklearnej znakuje się radionuklidem pobrany od pacjenta
materiał biologiczny, wydzielone do tego celu pomieszczenia i tryb pracy zapewniają utrzymanie stopnia
czystości bakteriologicznej klasy A.
Na terenie obszaru obsługi pacjenta znajdują się pomieszczenia przeznaczone na gabinet lekarski,
aparaturę diagnostyczną, przechowywanie odzieży z wydzieloną śluzą, punktem dozymetrycznym i szatnią oraz
kabinę z prysznicem i umywalkami, zbieranie i przechowywanie skażonej pościeli, bielizny i odpadów
promieniotwórczych, laboratorium fotochemiczne, jeśli w zakładzie stosuje się chemiczną obróbkę błon
fotometrycznych, poczekalnię z możliwością oddzielenia przestrzeni dla pacjentów przed i po podaniu
produktów radiofarmaceutycznych.
W przypadku, gdy w zakładzie prowadzone jest leczenie stacjonarne, konieczne jest wydzielenie obszaru do
131
I,
w
dawkach
przekraczających
hospitalizowania
pacjentów
poddanych
terapii
jodem
dopuszczalną dawkę terapeutyczną dla zastosowań ambulatoryjnych, czyli 800 MBq. W pokojach, w których
przebywają hospitalizowani pacjenci powinny znajdować się węzły sanitarne, a jeśli nie ma takiej możliwości
należy wyznaczyć pomieszczenie sanitarne do wyłącznego użytku przez hospitalizowanych pacjentów.
Zakład medycyny nuklearnej jest zobowiązany do posiadania aparatury do pomiarów aktywności produktów
radiofarmaceutycznych, mocy dawki, skażeń promieniotwórczych w zakresie prowadzonych prac oraz
właściwych osłon ochronnych przed promieniowaniem jonizującym. W przypadku, gdy w zakładzie stosuje
się otwarte źródła monitoring obejmuje również wyjścia z zakładu, które powinny być wyposażone w bramki
dozymetryczne.
Osobne wymagania dotyczą pomieszczeń, w których znajdują się kamery scyntylacyjne. W pomieszczeniu może
26
2
znajdować się tylko jedna kamera scyntylacyjna. Minimalna powierzchnia takiego pomieszczenia wynosi 20 m ,
a wysokość 2,5 m. Powinno ono być zorganizowane w ten sposób, aby podczas wykonywania badania operator
znajdował się w odległości 1,5 m od pacjenta. Jeśli taka odległość nie może być zapewniona, między operatorem
a pacjentem powinna znajdować się osłona ochronna. [6]
4.5
Odpady promieniotwórcze w zakładach medycyny nuklearnej
Jednym z „produktów” działalności zakładów medycyny nuklearnej są różnego rodzaju odpady
promieniotwórcze. Zaliczamy do nich odpady pochodzące z przetwarzania radiofarmaceutyków takie jak
opakowania po nich, materiałysłużące do ich podawania, itd., pościel i bieliznę hospitalizowanych pacjentów
oraz ścieki z instalacji sanitarnych, z których korzystają pacjenci.
Radionuklidy stosowane w medycynie nuklearnej są krótkożyciowe a powstające odpady są na
ogół niskoaktywne. W związku z tym niemal wszystkie skażone materiały i opakowania, po kilku miesiącach
przechowywania i odpowiedniej kontroli dozymetrycznej, mogą być traktowane jako niepromieniotwórcze i
usuwane wraz z innymi odpadami. Należy przedtem usunąć z nich naklejki ostrzegające przed
promieniowaniem, aby nie budzić nieuzasadnionego niepokoju wśród osób, które mogą się z nimi zetknąć.
Jeżeli ścieki z instalacji sanitarnych przekraczają dopuszczalne normy poziomu zawartości radionuklidów, nie
mogą być odprowadzone bezpośrednio do ścieków komunalnych. Trafiają wówczas do odstojników, w których
są przechowywane do momentu obniżenia aktywności poniżej dopuszczalnych poziomów. Dopiero po tym
okresie zostają odprowadzone do ścieków komunalnych.
Bibliografia
[1] Ustawa z dnia 29 listopada 2000 r. Prawo Atomowe (Dz. U. z 2004 r. Nr 161, poz. 1689 i Nr 173, poz.
1808, z 2005 r. Nr 163, poz. 1362 oraz z 2006 r. Nr 52, poz. 378, Nr 104, poz. 708 i Nr 133, poz.
935.
[2] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 6 października 2005 r. w sprawie warunków bezpiecznego
stosowania promieniowania jonizującego dla wszystkich rodzajów ekspozycji medycznej (Dz. U. Nr 194,
poz. 1625)
ICRP, Protection of the Patient In Nuclear Medicine, Publication 52, 1988
B. Dziunikowski, Zastosowanie izotopów promieniotwórczych, AGH, Kraków, 1998.
[4] Z. Bałtrukiewicz, Problemy Medycyny Nuklearnej (1995) 3 ‐77.
[5] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 21 sierpnia 2006 r. w sprawie szczegółowych warunków
bezpiecznej pracy z urządzeniami radiologicznymi (Dz. U. Nr 180, poz. 1325)
4.6
Zadania inspektorów ochrony radiologicznej w placówkach służby zdrowia
Zadania i uprawnienia inspektorów ochrony radiologicznej zostały sformułowane w Rozporządzeniu Rady
Ministrów z dnia 18 stycznia 2005 r. (Dz. U. z 2005 r. Nr.21, poz. 173) w sprawie stanowisk mających istotne
znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej oraz inspektorów ochrony
radiologicznej.
Załączamy tutaj paragrafy § 14 i § 15 wymieniające te zdania:
Na podstawie art. 12 ust. 2 ustawy z dnia 29 listopada 2000 r. ‐Prawo atomowe (Dz. U. z 2004
r. Nr 161, poz. 1689 i Nr 173, poz. 1808) zarządza się, co następuje:
§ 14. 1. Inspektor ochrony radiologicznej, posiadający uprawnienia typu odpowiadającego działalności
prowadzonej przez jednostkę organizacyjną, sprawuje wewnętrzny nadzór nad przestrzeganiem
wymagań bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej w tej jednostce.
2. Do zakresu obowiązków inspektora ochrony radiologicznej należy w szczególności nadzór nad
przestrzeganiem przez jednostkę organizacyjną warunków zezwolenia na wykonywanie działalności związanej z
narażeniem na promieniowanie jonizujące, w tym:
1) nadzór nad przestrzeganiem prowadzenia działalności według instrukcji pracy oraz nad prowadzeniem
27
dokumentacji dotyczącej bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej, w tym dotyczącej pracowników i
innych osób, przebywających w jednostce w warunkach narażenia, z wyjątkiem ochrony radiologicznej
pacjentów poddanych terapii i diagnostyce z wykorzystaniem promieniowania jonizującego;
2) nadzór nad spełnianiem warunków dopuszczających pracowników do zatrudnienia na danym stanowisku
pracy, w tym dotyczących szkolenia pracowników na stanowisku pracy w zakresie bezpieczeństwa jądrowego i
ochrony radiologicznej;
3) opracowanie programu pomiarów dozymetrycznych w środowisku pracy i pomiarów oraz ewidencji dawek
indywidualnych i przedstawienie ich do zatwierdzenia kierownikowi jednostki organizacyjnej;
4) współpraca z zakładowymi służbami bezpieczeństwa i higieny pracy, osobami wdrażającymi program
bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej, służbami przeciwpożarowymi i ochrony środowiska w
zakresie ochrony przed promieniowaniem jonizującym;
5) wydawanie kierownikowi jednostki organizacyjnej opinii w zakresie ochrony przed promieniowaniem,
stosownie do charakteru działalności i typu posiadanych uprawnień;
6) występowanie do kierownika jednostki organizacyjnej z wnioskiem o wstrzymywanie prac w warunkach
narażenia, gdy są naruszone warunki zezwolenia lub inne przepisy z zakresu ochrony przed promieniowaniem
jonizującym;
7) nadzór nad postępowaniem wynikającym z zakładowego planu postępowania awaryjnego, jeżeli na terenie
jednostki organizacyjnej zaistnieje zdarzenie radiacyjne.
§ 15. Do zakresu uprawnień inspektora ochrony radiologicznej należy w szczególności:
1) występowanie do kierownika jednostki organizacyjnej z wnioskiem o zmianę warunków pracy pracowników,
w szczególności w sytuacji, gdy wyniki pomiarów dawek indywidualnych uzasadniają taki wniosek;
2) wydawanie kierownikowi jednostki organizacyjnej opinii, w ramach badania i sprawdzania
urządzeń ochronnych i przyrządów pomiarowych, w zakresie skuteczności stosowanych środków i technik
ochrony przed promieniowaniem jonizującym oraz sprawności i właściwego użytkowania przyrządów
pomiarowych;
3) sprawdzanie kwalifikacji pracowników w zakresie bezpieczeństwa jądrowego i ochrony radiologicznej i
występowanie z wynikającymi z tego wnioskami do kierownika jednostki organizacyjnej;
4) występowanie do kierownika jednostki organizacyjnej z wnioskiem o wprowadzenie zmian w instrukcjach
pracy, jeżeli wnioskowane zmiany nie zwiększają limitów użytkowych dawki określonych w zezwoleniu;
5) w przypadku, o którym mowa w § 14 ust. 2 pkt. 6, informowanie organu wydającego zezwolenie o
wystąpieniu z wnioskiem.
Inspektorzy ochrony radiologicznej zatrudnieni w placówkach służby zdrowia muszą mieć uprawnienia typu
IOR‐3.
Uprawnienia
te
uzyskuje
się szkolenia
i
egzaminu
w
zakresie
obejmującym:
stosowanie źródeł promieniotwórczych w celach medycznych, produkowanie, instalowanie, stosowanie i
obsługa w celach medycznych urządzeń zawierających źródła promieniotwórcze, obrót tymi urządzeniami oraz
uruchamianie i stosowanie urządzeń wytwarzających promieniowanie jonizujące w celach medycznych, a także
uruchamianie pracowni, w których mają być stosowane takie źródła i urządzenia, z wyłączeniem aparatów
rentgenowskich do celów diagnostyki medycznej, radiologii zabiegowej, radioterapii powierzchniowej i
radioterapii schorzeń nienowotworowych oraz pracowni stosujących takie aparaty.
Szkolenie to dotyczy także zamierzonego podawani substancji promieniotwórczych ludziom i zwierzętom w
celach medycznej lub weterynaryjnej diagnostyki, leczenia lub badań naukowych.
Ponadto szkolenie to obejmuje wykłady na następujące tematy:
-Podstawy wykorzystania promieniowania jonizującego w diagnostyce i terapii medycznej, rodzaje procedur w
teleradioterapii i brachyterapii, potencjalne zagrożenia; 2
28
-Podstawowe zasady ochrony radiologicznej pacjentów;
-Dozymetria dawek terapeutycznych;
-Zadania inspektorów ochrony radiologicznej w placówkach służby zdrowia, zasady współpracy z operatorem
urządzeń, fizykiem medycznym i z lekarzem;
-Opis znanych zdarzeń radiacyjnych w postępowaniu medycznym z wykorzystaniem źródeł promieniowania
jonizującego.
Jak wynika z zapisów rozporządzenia podstawowe obowiązki inspektora ochrony radiologicznej w placówkach
służby zdrowia to nadzór nad przestrzeganiem zasad przyjętych w placówce oraz wnioskowanie do kierownika
jednostki o przyjęcie nowych zasad, jeśli to konieczne.
Systemowe metody ograniczania narażenia personelu na promieniowanie jonizujące polegają na:
-Uzasadnienie – wykazanie zawodowego narażenia na promieniowanie na danym stanowisku pracy;
-Optymalizacja – ocena ryzyka narażenia na promieniowanie na danym stanowisku pracy oraz zapewnienie
jakości kontroli tego narażenia jego ograniczania;
-Limitowanie dawek indywidualnych – zabezpieczenia przed przekroczeniem dawek granicznych i wprowadzenie
tzw. ograniczników dawek, tj. dawek niższych niż dawki graniczne, tam gdzie jest to uzasadnione.
-Ocena narażenia, monitorowanie – wprowadzanie dawkomierzy indywidualnych w uzasadnionych przypadkach
oraz pomiary środowiskowe na stanowiskach pracy.
Monitorowanie (nadzór) narażenia personelu oraz skażeń środowiska pracy polega na:
-Kwalifikacja pracowników i ich miejsc pracy ze względu na stopień zagrożenia związanego z
wykonywaną pracą oraz ustalenie środków adekwatnych do tego zagrożenia (kategorie narażenia, tereny
kontrolowane i nadzorowane, instrukcje, środki bezpieczeństwa, pomiary skażeń i ich usuwanie);
-pomiary dawek indywidualnych (w tym wybór stosownych rodzajów dawkomierzy)
-kontrola środowiska pracy (w tym dobór stosownego sprzętu dozymetrycznego i zapewnienie ich
odpowiedniego wzorcowania);
-przygotowanie dokumentów do uzyskania zezwoleń na wykonywanie działalności związanej z narażeniem na
działanie promieniowania jonizującego (na podstawie art. 4 ust. 1 pkt. 5,6 oraz art. 5 ust. 4 ustawy Prawo
atomowe, Dz. U. z 2007r Nr 42, poz.276);
-postępowanie w sytuacjach wyjątkowych (w tym plan postępowania awaryjnego, instrukcje awaryjne – na
podstawie Dz. U. 2007 Nr 131, poz. 912);
-postępowanie ze źródłami promieniotwórczymi wysokoaktywnymi (ewidencja, kontrola, utylizacja);
-transport wewnętrzny źródeł promieniotwórczych;
-klasyfikacja odpadów promieniotwórczych i przygotowanie procedur postępowanie z tymi odpadami;
-szkolenia w zakresie ochrony radiologicznej (wstępne, okresowe, instruktaże stanowiskowe).
Zadania inspektorów ochrony radiologicznej w placówkach służby zdrowia zależą w ogromnym stopniu od
charakteru tej placówki i jej wielkości. Można to rozpatrzyć na przykładzie dużego instytutu, jakim jest Centrum
Onkologii. Centrum to posiada dwa zakłady teleterapii w dwóch oddzielnych lokalizacjach w Warszawie, zakład
brachyterapii, zakład medycyny nuklearnej, zakład radiodiagnostyki, zakład fizyki medycznej oraz szereg
zakładów badań podstawowych stosujących badawcze metody izotopowe.
W placówce tej około 500 pracowników objętych jest kontrolą dawek indywidualnych, u których dozymetry
wymieniane są raz na kwartał.
29
W zakładzie medycyny nuklearnej konieczna jest kontrola materiałów promieniotwórczych dostarczanych
regularnie przez producenta, a następnie bezpieczne przechowywanie odpadów promieniotwórczych oraz
materiałów skażonych.
Zadaniem inspektorów jest również kontrola, czy wszyscy pracownicy mają aktualne zaświadczenie ukończenia
szkoleń wymaganych na danym stanowisku pracy oraz zapewnienie im możliwości odbycia takiego szkolenia w
terminie.
Podsumowując, zadania i obowiązki inspektorów są bardzo szerokie ich rola w zapewnieniu bezpieczeństwa i
ochrony przed promieniowaniem jest decydująca. Należy jednak przypomnieć, że odpowiedzialność za
właściwą organizację takie ochrony ponosi kierownik jednostki organizacyjnej, który kieruje się opiniami
inspektora ochrony radiologicznej.
5
Ustawodawstwo w zakresie ochrony radiologicznej przy stosowaniu promieniowania
jonizującego dla celów medycznych
5.1
Podstawy prawne
Zagadnienia ochrony radiologicznej i częściowo zapewnienia jakości są regulowane w Unii Europejskiej przez
zalecenia europejskie oraz przez wydawane w każdym kraju szczegółowe regulacje prawne.
Podstawowym dokumentem europejskim jest Dyrektywa 97/43 EURATOM z dnia 30 czerwca 1997 r. w sprawie
ochrony osób przed zagrożeniem związanym z promieniowaniem jonizującym w odniesieniu do ekspozycji
medycznych [1], zastępująca Dyrektywę 84/466 EURATOM. Dyrektywa ustanawia ogólne zasady ochrony osób
narażonych na promieniowanie jonizujące stosowane w medycynie, a mianowicie:
•
•
•
− pacjentów w trakcie diagnozowania lub leczenia,
− osób biorących udział ochotniczo w eksperymentach naukowych,
− ochotników opiekujących się osobami poddawanymi ekspozycjom medycznym.
W Dyrektywie wyróżnione zostały podstawowe elementy ochrony takie jak:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
− uzasadnienie podjęcia procedury diagnostycznej, leczniczej lub eksperymentu,
− optymalizacja narażenia na promieniowanie między innymi poprzez wprowadzenie i
stosowanie diagnostycznych poziomów referencyjnych i ustanowionych limitów użytkowych,
oraz utrzymywanie dawek w ekspozycjach medycznych na poziomie tak niskim jak jest to rozsądnie
możliwe,
− określenie zasad odpowiedzialności osób prowadzących ekspozycje medyczne,
− opracowanie procedur postępowania, zaleceń i kryteriów,
− organizowanie szkoleń, zdobywanie uprawnień i podnoszenie kwalifikacji,
− opracowanie nadzoru nad aparaturą radiologiczną w zakresie sprawności i jakości jej działania i
dążenie do ograniczenia niepotrzebnego wzrostu liczby tych urządzeń,
− zorganizowanie systemu kontroli nadzorowanego przez kompetentny organ krajowy, który
kontroluje przestrzeganie postanowień wprowadzonych w/g zaleceń dyrektywy.
Zasada optymalizacji ochrony mówi, że należy zapewnić wybór najlepszej opcji ochronnej w
konkretnych warunkach narażenia oraz przewagę korzyści płynących z zastosowania
promieniowania jonizującego nad potencjalną szkoda wywołaną działaniem tego
promieniowania.
Zalecenia te są realizowane w Polsce poprzez Ustawę Prawo Atomowe [2] oraz Rozporządzenie Ministra Zdrowia
z dnia 25 sierpnia 2005 r. w sprawie bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego dla wszystkich
rodzajów ekspozycji medycznych [3].
30
5.2
Zasady ochrony radiologicznej w odniesieniu do zastosowań medycznych
W ogólnym przypadku uzasadnienie działalności związanej z wykorzystaniem źródeł promieniowania polega na
wykazaniu, że spodziewane korzyści społeczne, ekonomiczne czy naukowe, wynikające z tej działalności
będą większe niż możliwe szkody dla zdrowia człowieka i stanu środowiska. W przypadku narażenia medycznego
przyjmuje się istnienie trzech poziomów uzasadnienia [4]:
1.
2.
3.
Pierwszy, najbardziej ogólny poziom obejmuje stwierdzenie, że zastosowanie promieniowania
jonizującego w medycynie jest akceptowalne, gdyż korzyści z jego stosowania przewyższają ryzyko
związane z narażeniem.
Na drugim poziomie definiuje się i uzasadnia pewien sposób postępowania medycznego w odniesieniu do
przypadków charakteryzujących się danymi objawami. Celem tego generalnego uzasadnienia jest
stwierdzenie, czy w większości przypadków zastosowanie danej procedury diagnostycznej lub metody
terapeutycznej ułatwi postawienie poprawnej diagnozy lub poprawi wyniki leczenia.
Na trzecim poziomie należy uzasadnić zastosowanie danego postępowania medycznego w stosunku do
określonego pacjenta. W przypadku generalnie akceptowanych prostych badań, uzasadnienie to obejmuje
jedynie sprawdzenie, czy potrzebne informacje nie są już dostępne. Przy złożonych procedurach
diagnostycznych lub terapeutycznych takie ogólne uzasadnienie może być niewystarczające i każdy
przypadek powinien być indywidualnie rozważony przez radiologa i prowadzącego lekarza.
Należy pamiętać, że dawki graniczne określone w Rozporządzeniu Rady Ministrów z dnia 18 stycznia 2005 r. w
sprawie dawek granicznych (Dz. U. Nr 20, poz. 168 z 3 lutego 2005) [5] nie obejmują narażenia osób
poddawanych działaniu promieniowania jonizującego w celach medycznych.
5.3
Strategia ochrony pacjenta
Strategia ochrony pacjenta formułowana jest na ogół w postaci zaleceń, które można podzielić na trzy
podstawowe kategorie:
1.
2.
3.
Zalecenia ogólne, które odnoszą się do wszystkich zastosowań promieniowania jonizującego w medycynie
(diagnostycznych i terapeutycznych).
Zalecenia techniczne dotyczące aparatury stosowanej przy danym rodzaju zabiegu (np. wybór
optymalnego filtra czy zastosowanie kolimatora w radiologii).
Zalecenia mające na celu ochronę specjalnej grupy pacjentów np. dzieci, kobiety w ciąży itp.
Najbardziej ogólne zalecenia dotyczą wdrożenia systemów zapewnienia jakości oraz kształcenia i
szkoleń personelu.
31
Bezpieczeństwo pacjenta należy rozważać w trzech aspektach:
1.
2.
3.
Zagadnienia dotyczące sytuacji normalnych. W tym przypadku programy zapewnienia jakości opiera się na
optymalizacji działań i środków. Celem działań jest stopniowa poprawa zastanej sytuacji, głównie poprzez
podwyższanie kwalifikacji, troskę o kulturę bezpieczeństwa i wymianę doświadczeń z innymi zespołami o
podobnym profilu działalności.
Zagadnienia związane z unikaniem zagrożeń awaryjnych. Do prawidłowego rozwiązania tych zagadnień,
konieczne jest uzyskanie pełnej informacji dotyczącej danej procedury medycznej oraz duży zasób wiedzy i
doświadczenie osoby przygotowującej system bezpieczeństwa. Konieczne jest również opanowanie
narzędzi obliczeniowych, pozwalających oszacować ryzyko wystąpienia niepożądanych zdarzeń. Zestaw
reguł postępowania i czynności podejmowanych w celu uniknięcia zagrożeń tworzy osobny system
zapobiegania zagrożeniom awaryjnym i stanowi część systemu zapewnienia jakości.
Zagadnienia związane z przygotowaniem do sytuacji nadzwyczajnych i awaryjnych. W sytuacjach
nadzwyczajnych na ogół nie ma warunków do podejmowania prawidłowych decyzji, szczególnie, jeśli
konieczne jest podjęcie szybkich działań w celu uniknięcia grożących poważniejszych konsekwencji.
Dlatego sposoby przeciwdziałania stanom awaryjnym i postępowania w sytuacjach awaryjnych
muszą być przygotowywane zawczasu, zanim do takiej sytuacji dojdzie. Klasycznym przykładem jest tu
radiologia interwencyjna, gdyż w tej dziedzinie aparatura nie zapewnia automatycznie bezpieczeństwa
pacjenta, ze względu na konieczność wykonywania bardzo różnych zabiegów. Ponieważ w czasie zabiegu
nie jest możliwe wykonywanie obliczeń, ani rozważanie możliwości zastosowania różnych trybów pracy
aparatury, konieczne jest wcześniejsze rozważenie wielu scenariuszy postępowania i przygotowanie do
wyboru najbardziej odpowiedniego dla danej sytuacji zabiegowej. Scenariusze te powinny
przewidywać takie sytuacje, jak np. uszkodzenie katetera, zanik odczytu aparatury pomiarowej,
stwierdzenie nietypowej budowy anatomicznej pacjenta itp. Dla każdej z tych sytuacji powinna
istnieć przygotowana
zawczasu
odpowiedź na
pytanie
jak
należy
postępować.
Istotną częścią przygotowania jest choćby wyrywkowy trening na fantomach. Biorąc pod uwagę fakt, że
każdy
może
się pomylić oraz, że
każda
aparatura
może
ulec
uszkodzeniu,
należy
opracować najskuteczniejsze sposoby postępowania likwidującego lub ograniczającego skutki takich
zdarzeń oraz przygotować niezbędne wyposażenie.
W celu optymalizacji narażenia pacjenta oraz personelu medycznego stosuje się szereg metod
postępowania m.in.:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
5.4
− eliminowanie nieuzasadnionych klinicznie badań i zabiegów z wykorzystaniem promieniowani
jonizującego;
− stosowanie innych niewykorzystujących promieniowania jonizującego metod diagnostycznych i
terapeutycznych;
− minimalizowanie ilości ekspozycji na promieniowanie np. przez ograniczenie liczby obrazów RTG oraz
przez ciągłą kontrolę jakości parametrów pracy aparatury;
− minimalizowanie czasu ekspozycji do niezbędnego minimum;
− korzystanie w ocenie leczenia z wyników wcześniejszych badań;
− stosowanie środków ochrony osobistej;
− stosowanie, tam gdzie to możliwe, kompresji badanych narządów;
− stosowanie dobrej jakości filmów i kaset RTG;
− stałą kontrolę i optymalizację procesu obróbki filmów RTG;
− optymalizację parametrów ekspozycji w celu uzyskania dobrego obrazu przy możliwe małym
narażeniu pacjenta;
− używanie cyfrowych przetworników obrazu i technik rejestracji.
Specyficzne wymagania prawne
Konsekwentne stosowanie uzasadnienia narażeń medycznych pociąga za sobą pewne ograniczenia
badań radiologicznych. Przede wszystkim, żadne tego typu badanie nie powinno być wykonane bez
zlecenia specjalisty. Masowe badania ludności mogą być wykonywane tylko pod warunkiem, że oczekiwane
korzyści dla poszczególnych osób lub grupy ludności przeważają nad społecznymi kosztami takich badań, przy
uwzględnieniu ryzyka związanego z narażeniem na promieniowanie.
32
Narażenie ludzi w celach naukowych badań medycznych musi się odbywać zgodnie z przepisami Deklaracji
Helsińskiej i podlegać opinii odpowiedniego komitetu oceny etycznej.
Badania radiologiczne, których celem jest ujawnienie kradzieży lub przemytu nie powinny być zaliczane do
narażeń medycznych. Mogą być one przeprowadzone tylko w szczególnych przypadkach, na podstawie
przepisów dotyczących narażenia ogółu ludności.
Optymalizacja narażenia ludzi jest realizowana w całej ochronie radiologicznej poprzez tzw. zasadę ALARA. Ścisłe
stosowanie tej zasady, w odniesieniu do wszystkich elementów zastosowania promieniowania w medycynie ‐od
projektu aparatury poprzez metody diagnostyczne i terapeutyczne, aż do codziennej praktyki, jest najbardziej
skutecznym narzędziem systemu ochrony radiologicznej.
Przy narażeniach medycznych „rozsądnie osiągalny poziom” z zasady ALARA polega na dążeniu do możliwie
małego narażenia ludzi, ale zawsze przy zachowaniu warunku odpowiedniej jakości obrazu w diagnostyce lub
skuteczności terapii.
W diagnostyce medycznej własności promieniowania są wykorzystywane do uzyskania obrazu struktur
anatomicznych lub fizjologicznych. Głównym czynnikiem decydującym o tym jak dalece można
zmniejszyć narażenie jest więc jakość obrazu ‐jeśli nie uda się uzyskać odpowiedniej jakości obrazu, to
badanie jest nieprzydatne, a w konsekwencji nieuzasadnione.
W przypadku radioterapii zadaniem promieniowania jest zniszczenie pewnych komórek. Optymalizacja
polega więc przede wszystkim na napromienieniu zaplanowaną dawką określonego obszaru
(nowotworu), przy utrzymaniu dawek pochłoniętych w innych tkankach na możliwie niskim
poziomie i przy uwzględnieniu różnej wrażliwości poszczególnych tkanek na promieniowanie.
Zagadnienia dotyczące jakości aparatury i wyposażenia technicznego stosowanego w medycynie, jak
również odpowiedniej obsługi sprzętu stanowią być może najważniejszą część procesu optymalizacji,
obejmującego przede wszystkim skutek diagnostyczny lub terapeutyczny, ale również ochronę radiologiczną.
Przepisy Prawa Atomowego i towarzyszących mu Zarządzeń Wykonawczych tworzą system prawny, w którym
posiadacze sprzętu radiologicznego są zobowiązani do przestrzegania odpowiednich norm określających
parametry sprzętu oraz do wprowadzenia programów zapewnienia jakości przy jego stosowaniu.
Użytkownicy sprzętu medycznego są również zobowiązani do zapewnienia odpowiedniego wzorcowania
aparatury. Wzorcowanie powinno być wykonywane w momencie uruchomienia urządzenia, po każdej jego
konserwacji lub naprawie, która może mieć wpływ na parametry dozymetryczne, oraz okresowo w odstępach
czasu określonych przez Ministra Zdrowia.
Jest oczywiste, że odpowiednia jakość leczenia i obsługi sprzętu może być osiągnięta tylko pod warunkiem, że
cały personel medyczny ma wysokie kwalifikacje w zakresie stosowanej metody. Stąd konieczne jest
właściwego
programu
osiągania
kwalifikacji,
potwierdzanych
wprowadzenie
odpowiednimi świadectwami uzyskania kwalifikacji.
5.5
Koncepcja poziomów referencyjnych przy badaniach radiologicznych
Dopuszczenie dużej elastyczności i nie stosowanie limitów dawek w stosunku do pacjentów nie powinno jednak
oznaczać całkowitego zaniechania kontroli dawek. W zaleceniach ICRP z 1991 r. [4] stwierdzono, że dawki przy
tych samych prostych badaniach radiologicznych wahają się w różnych ośrodkach w zakresie dwóch rzędów
wielkości, co nie zawsze ma uzasadnienie kliniczne. Dlatego obecnie zaleca się ustalenie w każdym kraju
tzw. poziomów referencyjnych narażenia medycznego, zarówno w diagnostyce jak i w terapii.
Powinny one podawać rozsądne wielkości dawek, które można osiągnąć stosując w sposób normalny poprawne
procedury, w przypadku typowych badań lub zabiegów i pacjentów o przeciętnej budowie ciała. Wartości
poziomów referencyjnych muszą być jednak stosowane bardzo elastycznie, tzn. powinny dopuszczać wyższe
narażenia, jeśli wynika to z wiarygodnej oceny klinicznej. Powinny też podlegać zmianom w miarę rozwoju
stosowanych metod. Poziomy referencyjne powinny więc odgrywać rolę prostego testu pozwalającego na
wykrycie sytuacji, kiedy dawki otrzymywane przez pacjentów są zdecydowanie wyższe niż zazwyczaj.
33
Koncepcja poziomów referencyjnych dla badań radiologicznych ma już dość długą historię. Pierwszy zarys
reguł uzasadnienia narażenia i optymalizacji ochrony radiologicznej pacjenta podano bowiem w zaleceniach
ICRP z 1955 r. [6]. Co więcej, zalecane wtedy poziomy dawek (limity użytkowe) dla badań medycznych nie
odbiegały zbytnio od obecnych wartości. Wprawdzie, w ciągu 40 lat od wydania wspomnianych zaleceń,
znacznie udoskonalono aparaturę medyczną, co powinno doprowadzić do redukcji dawek, ale z drugiej strony
wzrosły wymagania co do jakości obrazu, co z kolei prowadzi do podwyższenia średnich wartości dawek przy
tych badaniach.
Między innymi dlatego, w ostatnich latach zrezygnowano z koncepcji limitów użytkowych na rzecz
wspomnianych poziomów referencyjnych dla diagnostyki [7]. Zasadnicza różnica między limitami, a
proponowanymi wskaźnikami polega na stopniu elastyczności w ich stosowaniu, oraz na tym, że poziomy
wskaźnikowe są stosowane retrospektywnie. Przy zastosowaniach medycznych ograniczenia dawki nie
mogą być odnoszone do badań, które dopiero mają być wykonane, gdyż w każdym przypadku dawka będzie
zależała od stanu zdrowia pacjenta. W tym ujęciu, poziomy wskaźnikowe pełnią więc raczej rolę poziomów
kontrolnych. W przypadku, jeśli są one znacznie i w sposób ciągły przekraczane, należy podjąć działania
zmierzające do wyjaśnienia powodu takiej sytuacji i do ewentualnej optymalizacji ochrony radiologicznej.
Poziomy referencyjne zostały ustalone w Europie w ten sposób, aby ok. 75% pacjentów otrzymywało
dawki niższe od poziomu referencyjnego, czyli tylko górne 25% dawek podlegałoby obserwacji.
Ustawienie wartości poziomów referencyjnych na poziomie średnich dawek mogłoby wywołać nieuzasadnione
dążenie do znalezienia się w "lepszej" strefie niższych dawek, a w konsekwencji pogoń za stale
obniżającą się wartością średnią, pogorszenie diagnostycznej wartości badań i nieuzasadniony wzrost lęku przed
badaniami radiologicznymi. Stąd coraz częściej pojawia się w literaturze światowej postulat wprowadzenia
zaleceń odnośnie nie tylko maksymalnej, ale również minimalnej dawki stosowanej przy typowych badaniach
diagnostycznych.
5.6
Poziomy referencyjne (wskaźnikowe)
Aby spełnić swoja rolę, poziomy referencyjne powinny dotyczyć wielkości dozymetrycznych, które
są jednoznacznie zdefiniowane i łatwo mierzalne za pomocą powszechnie dostępnych dozymetrów o
wystarczającej dokładności i powtarzalności.
Poziomy referencyjne dawek promieniowania dla badań rentgenodiagnostycznych określa załącznik nr 1 do
Rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 25 sierpnia 2005 r. w sprawie bezpiecznego stosowania
promieniowania jonizującego dla wszystkich rodzajów ekspozycji medycznych (Dz. U. Nr 194,
poz. 1625).
Dla radiografii i mammografii poziomy referencyjne dawek rozumiane są jako wejściowa dawka
powierzchniowa, czyli jako dawka pochłonięta w powietrzu w punkcie przecięcia osi wiązki z
powierzchnią ciała pacjenta, z uwzględnieniem projekcji, w jakiej wykonywane jest dane badanie (AP‐projekcja
przednio‐tylna; PA – projekcja tylko‐przednia; LAT – projekcja boczna). Poziomy te odnoszą się do
standardowego pacjenta o wzroście 170 cm i masie 70 kg.
Dla radiologii pediatrycznej poziomy referencyjne odnoszą się do standardowego pacjenta w wieku 5
lat (poziomy te nie dotyczą noworodków i niemowląt);
Wielkością używaną w tomografii komputerowej jest tomograficzny indeks dawki CTDI100 (ang. computed
tomography dose index), tzn. profil dawki pochłoniętej, scałkowany po długości komory jonizacyjnej (10 cm)
umieszczonej równolegle do osi obrotu lampy i podzielony przez nominalną grubość warstwy. W praktyce
obliczenie CTDI 100 sprowadza się do podzielenia wartości odczytanej na dawkomierzu (wyrażonej w mGy×cm)
przez nominalną grubość warstwy. Długość komory została dobrana tak, by rejestrowała ona także
promieniowanie rozproszone poza obrazowaną warstwę. Tomograficzny indeks dawki może być mierzony w
powietrzu lub w otworze odpowiedniego fantomu, wykonanego z PPMA (pleksiglas) i posiadającego 5 otworów
– jeden w osi obrotu i cztery co 90° na głębokości 1 cm od powierzchni fantomu. Podczas pomiaru z komora
umieszczoną w jednym z otworów pozostałe z nich powinny być zaślepione dopasowanymi prętami z
pleksiglasu. Zalecaną wielkością opisującą dawkę w tomografii komputerowej jest wazony tomograficzny indeks
dawki CTDIw, czyli ważona średnia z pomiarów CTDI100 w pięciu otworach fantomu (1/3 wartości ze środka
34
+2/3 średniej z wartości zmierzonych w czterech otworach przy powierzchni). Zastosowane współczynniki
wagowe dobrano tak, aby CTDIw stanowiło przybliżenie średniej dawki w warstwie (przyjmuje się przy tym
upraszczające założenie, że dawka zmienia się liniowo z głębokością w fantomie) [8].
W przypadku badań złożonych (np. w radiologii zabiegowej) zalecaną wielkością dozymetryczną jest iloczyn
dawki przez powierzchnię (DAP), mierzony za pomocą specjalnie skonstruowanego przyrządu z
komorą jonizacyjną mocowaną do obudowy przesłony lampy rentgenowskiej. Całkowita wartość DAP z pełnego
badania jest kumulowana przez miernik i porównywana z odpowiednim poziomem wskaźnikowym.
Dawki referencyjne są wartościami typowym, a nie maksymalnymi. Możliwe są zatem przypadki, w których na
danym aparacie nie jest możliwe osiągnięcie wymaganej jakości obrazu (określonej przez widoczność narządów i
tkanek), bez przekroczenia poziomów referencyjnych.
Posługując się wartościami referencyjnymi należy też pamiętać, że wielkości te nie odzwierciedlają faktycznego
narażenia pacjentów związanego z ekspozycją. Ocena narażenia wymagałaby obliczenia dawki efektywnej, co
wymaga znajomości rozkładu dawki w tkankach. Natomiast wielkości referencyjne służą do porównania dawek
otrzymywanych przez pacjentów badanych przy użyciu różnych aparatów i w różnych ośrodkach.
5.7
Zasady kontroli jakości aparatury
Kontrola jakości przy wykorzystaniu promieniowania jonizującego w diagnostyce i radiologii zabiegowej,
to świadome działanie w celu uzyskania możliwie dużych korzyści z wykorzystania promieniowania jonizującego
przy możliwie małym narażeniu pacjenta. Podstawowym kryterium jest uzyskanie dobrej jakości obrazów
diagnostycznych, pozwalających na właściwe diagnozowanie oraz prowadzenie zabiegu, przy akceptowalnym, z
punktu widzenia korzyści, narażeniu pacjenta. Podstawowym sposobem realizacji tego kryterium jest
prowadzenie stałego nadzoru nad wykonywaniem procedur radiologicznych oraz właściwa kontrola aparatury
rentgenowskiej,
aparatury
pomocniczej,
jak
również pomieszczeń pracowni
radiologicznych.
Wysoką jakość całego procesu można zapewnić poprzez przeprowadzanie szeregu testów, mających na celu
kontrolę, każdego etapu procedur radiologicznych.
Optymalne i bezpieczne wykorzystanie aparatury radiologicznej maja zapewnić testy
podstawowe i specjalistyczne, szczegółowo określone w przepisach.
Ogólne i szczegółowe wymagania dotyczące systemu zarządzania jakością w, rentgenodiagnostyce, radiologii
zabiegowej określa punkt I oraz punkt IV. załącznika nr 5 do Rozporządzenia Rady Ministrów z
dnia 25 sierpnia 2005 r. w sprawie bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego dla
wszystkich rodzajów ekspozycji medycznych (Dz. U. Nr 194, poz. 1625).
Szczegółowy zakres testów oraz dopuszczalne odchylenia badanych fizycznych parametrów i
częstość wykonywania testów podstawowych określa załącznik nr 6 do Rozporządzenia Rady Ministrów
z dnia 25 sierpnia 2005 r. w sprawie bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego dla
wszystkich rodzajów ekspozycji medycznych (Dz. U. Nr 194, poz. 1625).
Testy podstawowe dla radiografii ogólnej wraz z częstością ich powtarzania prezentuje Tabela 4.7-1.
Tabela 4.7-2. Wybrane testy podstawowe dla radiografii ogólnej
Parametr
Geometria:
Powtarzalność ekspozycji/dawki
Rozdzielczość przestrzenna
Kratka przeciwrozproszeniowa
System automatycznej kontroli ekspozycji (AEC)
Kasety
Ciemnia
Proces wywoływania
Warunki oceny zdjęć rentgenowskich
Warunki przechowywania błon
Częstość wykonywania
raz w miesiącu
raz w miesiącu
co 6 miesięcy
raz na kwartał
co 6 miesięcy
co 6 miesięcy
raz na rok
codziennie
przed rozpoczęciem pracy
raz na tydzień
35
W ramach testów specjalistycznych dla radiografii ogólnej przeprowadza się kontrolę:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
− Dokładności ustawienia wysokiego napięcia, powtarzalności wysokiego napięcia oraz wartość wysokiego
napięcia przy zmianie natężenia prądu wysokiego napięcia.
− Filtracji całkowitej.
− Czasu ekspozycji.− Warstwy półchłonnej. − Wydajności lampy, powtarzalności wydajności lampy,
wydajności lampy w funkcji obciążenia czasowo‐prądowego.
− Geometrii – osiowość wiązki ze środkiem rejestratora obrazu, zgodność środka pola rentgenowskiego
ze środkiem pola świetlnego, zgodność pola rentgenowskiego z polem świetlnym, kolimacji ręcznej i
automatycznej.
− Oświetlenia pola symulującego pole promieniowania rentgenowskiego.
− Wielkości ogniska.
− Kratki przeciwrozproszeniowej stałej i ruchomej.
− Odległości ognisko – rejestrator obrazu.
− Systemu automatycznej rejestracji obrazu (AEC).
− Ekranów wzmacniającego.
− Ciemni.
− Warunków oceny zdjęć rentgenowskich.
− Procesu wywoływania.
Dodatkowo testy stosowane w procedurach radiologicznych można podzielić ze względu na ich zastosowanie w
procesie użytkowania aparatury. Na tej podstawie wyróżniamy: testy akceptacyjne, testy bazowe oraz testy
rutynowe.
Testy akceptacyjne mają na celu, potwierdzenie możliwości pracy danego aparatu w danym środowisku i
są praktycznym sprawdzeniem założeń projektowych i danych producenta. Wykonywane są po montażu aparatu,
przed oddaniem go do użytku, ewentualnie po poważnych naprawach aparatu lub zmianach konstrukcyjnych
pomieszczeń, w których aparat się znajduje. Zatem są to testy, które, dopuszczają dane urządzenia oraz
pomieszczenia pracowni do pracy z zastosowaniem promieniowania jonizującego. Wykonywane są przez
wyspecjalizowane laboratoria i pozwalają na obiektywną i bezwzględną ocenę stanu technicznego aparatury
oraz pracowni.
Testy bazowe mają na celu sprawdzenie działania aparatu i urządzeń pomocniczych po każdej naprawie i
stanowią punkt odniesienia dla testów rutynowych.
Testy rutynowe mają na celu bieżącą kontrolę działania aparatu i urządzeń pomocniczych w odniesieniu do
wartości danych parametrów pracy wynikających z testów bazowych.
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
⋅
36
Bibliografia
[1] Councile Directive 96/29 EURATOM of 13 May 1996 laying down Basic safety standards for the protection of
the health of Wolkers and general public against the dangers arising from ionising radiation.
[2] Prawo Atomowe. Ustawa z dnia 29 listopada 2000 r. Dziennik Ustaw Nr 3 poz. 18 (2001) z późniejszymi
poprawkami. Tekst ujednolicony www.paa.gov.pl
[3] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 25 sierpnia 2005 r. w sprawie bezpiecznego stosowania
promieniowania jonizującego dla wszystkich rodzajów ekspozycji medycznych (Dz. U. Nr 194, poz. 1625), wraz z
załącznikami.
[4] ICRP Recommendations of the ICRP, Publication60, Pergamon Press, New York, 1991.
[5] Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 18 stycznia 2005 r. w sprawie dawek granicznych (Dz. U. Nr 20, poz.
168).
[6] ICRP, Recommendations of the ICRP, Br. J. Radiol. Suppl. 6 (1955).
[7] ICRP, Radiological protection and safety in medicine, Publication73, Pergamon Press, New York, 1996.
[8] W. Skrzyński, Testy kontrolne aparatów rentgenowskich tomografii komputerowej, Polskie Towarzystwo
Badań Radiacyjnych, Warszawa 2004.
6
Dozymetria pacjenta w diagnostyce rentgenowskiej i radiologii zabiegowej
Zaledwie 5 lat po odkryciu promieniowania X było ono już powszechnie stosowane w medycynie. Było to
pierwsze praktyczne zastosowanie promieniowania i po dzień dzisiejszy zastosowania medyczne
stanowią przeważająca część wszystkich aplikacji promieniowania jonizującego.
Diagnostyka rentgenowska, a nieco później również radioterapia, rozwijały się przez cały XX wiek i w tej chwili
narażenie od źródeł medycznych stanowi ok. 15% całego narażenia populacji ludzkiej na promieniowanie
jonizujące i ok. 95% narażenia na promieniowanie od źródeł sztucznych.
Bez wątpienia radiografia rentgenowska i nowsze techniki diagnostyczne przynoszą niewymierne korzyści w
diagnostyce urazów i wielu schorzeń. Niemniej podstawowe zasady ochrony radiologicznej mówią, że każde
narażenie na promieniowanie jonizujące musi być uzasadnione, oraz że narażenie
spowodowane przez wszystkie uzasadnione ekspozycje na promieniowanie powinno
być utrzymywane na możliwie niskim, rozsądnie osiągalnym poziomie.
Obie te zasady obowiązują również przy medycznych zastosowaniach promieniowania jonizującego, ale ich
wdrożenie do praktyki klinicznej wymagało opracowania określonych zasad postępowania, specyficznych dla
konkretnych technik i aparatury diagnostycznej.
Generalnie, optymalizacja zastosowań promieniowania
podstawowych aspektów obrazowania rentgenowskiego:
1.
Diagnostycznej jakości uzyskanego obrazu,
2.
Dawki pochłoniętej przez pacjenta, oraz
3.
Wyboru techniki rentgenowskiej.
6.1
w
Dozymetria dawek
diagnostyce
wymaga
Przy napromienieniach medycznych istotne jest na ogół narażenie
Dawkę efektywną określa się rzadziej i raczej w kontekście narażenia populacji.
rozważenia
pojedynczego
trzech
narządu.
Do oceny dawek powszechnie stosuje się następujące pomiary:
•
•
•
6.2
Pomiar dawki wejściowej na skórze pacjenta, za pomocą komory jonizacyjnej,
Monitorowanie DAP (dose area product) – iloczynu dawki i napromienianej powierzchni, za
pomocą pomiaru intensywności emitowanego przez lampę promieniowania,
Pomiar dawki za pomocą detektora termoluminescencyjnego, umieszczonego na skórze pacjenta
w środku pola napromienienia.
Dozymetria dawek terapeutycznych
Wielkość dawki podanej a nowotwór wpływa bardzo silnie na prawdopodobieństwo zniszczenia nowotworu. Im
dawka jest wyższa tym to prawdopodobieństwo jest większe. Jednakże nowotwór jest osadzony wśród tkanek
zdrowych i narządów promienioczułych, w których zbyt wielka dawka może wywołać poważne, groźne dla
zdrowia i życia powikłania. Zatem precyzyjne wyznaczani wielkości dawek ma ogromne znaczenie dla
skuteczności radioterapii, jako metody leczenia. Dlatego dozymetria dawek terapeutycznych ma ogromne
znaczenie, a nieprawidłowa dozymetria może prowadzić do wypadków radiacyjnych.
W ośrodkach radioterapii wykorzystuje się różne rodzaje dawkomierzy i detektorów promieniowania, które
wykorzystywane są do wyznaczania wielkości dawek i ich rozkładów.
Każdy układ dozymetryczny składa się z detektora, który w wyniku oddziaływania promieniowania jonizującego
generuje pewien sygnał, który może być odczytany przez stosowny układ urządzeń. Aby
wyznaczyć wielkość dawki należy znać związek pomiędzy wielkością tego sygnału, a wielkością dawki. Zatem
każdy dawkomierz musi być wzorcowany przez porównanie jego wskazań do wskazań dawkomierza
wzorcowego. W każdym kraju powinna znajdować się instytucja metrologiczna dysponująca laboratorium z
37
takim wzorcem. W Polsce, laboratorium takie, laboratorium Pierwotnego Wzorca Dozymetrycznego, znajduje
się eGłównym Urzędzie Miar. Ten wzorzec pierwotny jest co kilka lat wzorcowany w przez porównanie z
wzorcem międzynarodowym w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w Paryżu. Z kolei w każdym kraju powinno
się znajdować Laboratorium Wtórnych Wzorców Dozymetrycznych (LWWD), które posiada wzorce wtórne,
wzorcowane przez porównanie z wzorcem pierwotnym. LWWD wzorcuje z kolei dawkomierze używane w
praktyce klinicznej w ośrodkach radioterapii. Każdy ośrodek radioterapii obowiązany jest do posiadania
dawkomierza z aktualny świadectwem wzorcowania, który stanowi dla niego wzorzec referencyjny. Świadectwo
takie jest ważne przez dwa lata. W Polsce takie Laboratorium Wtórnych Wzorców Dozymetrycznych istnieje w
Centrum Onkologii w Warszawie. Wszystkie dawkomierze referencyjne w ośrodkach radioterapii w Polsce
są wzorcowane w LWWD według jednego protokołu dozymetrycznego. Zapewnia to jednolitość systemu
wyznaczania dawek w radioterapii w całym kraju. Taki system powoduje też, że dawki mierzone
są dawkomierzami, których świadectwa wzorowania są trasybilne, tzn. poprzez laboratorium wtórne, a
następnie pierwotne, mogą być odniesione do wzorca międzynarodowego
6.3
Rodzaje detektorów stosowanych w dozymetrii dawek terapeutycznych
W dozymetrii dawek terapeutycznych stosuje się wiele rodzajów detektorów, jednak jako detektory referencyjne
stosuje się wyłącznie komory jonizacyjne, cylindryczne i płaskie.
Stosowane one są do wyznaczania dawek bezwzględnych. Do pomiarów rozkładów dawek, a więc pomiarów
dawek względnych, stosuje się detektory półprzewodnikowe różnych typów, detektory termoluminescencyjne,
filmy dozymetryczne. Aby detektory mogły być przydatne w dozymetrii muszą spełnić szereg warunków.
Powinny one być zbadane w zakresie dawek spotykanych w radioterapii pod względem liniowości wskazań w
zależności od wielkości dawki, od mocy dawki, od energii promieniowania, od temperatury, od kierunku padania
wiązki na detektor. Nie istnieje detektor idealny, więc należy dobierać odpowiednie detektory, lub ich układy, do
konkretnych warunków pomiarowych.
Detektory różnią się wymiarami a więc także rozdzielczością przestrzenną i czułością. Różnią się także stopniem
skomplikowania odczytu. Detektory aktywne (np. komory jonizacyjne) są na ogół wygodniejsze w użyciu
niż detektory pasywne (które wymagają obróbki po napromienieniu, np. detektory termoluminescencyjne i
filmy).
Komory jonizacyjne
3
Najpowszechniej używaną komorą jonizacyjną jest cylindryczna komora o objętości 0,6 cm , zwana komorą typu
Farmer (od nazwiska konstruktora). Jej kształt przypomina naparstek i z tego powodu nazywana jest
komorą naparstkową. Komory cylindryczne produkowane są przez różnych producentów i mają objętości od 0,1
3
3
cm do 1 cm . Ścianki komór jonizacyjnych zbudowane są z materiałów o niskiej liczbie Z (węgiel lub różnego
typu plastiki), równoważnego wodzie, i stanowią jedną z elektrod detektora. Druga elektroda, centralna, w
formie drutu, wykonana jest z aluminium.
Rys. 1. Jonizacyjne komory cylindryczne i płaskie różnych typów i rozmiarów
38
Innym typem komory jonizacyjnej jest komora płaska. Składa się ona z dwóch płytek, z których jedna stanowi
okno wejściowe i jest jedną polaryzującą elektrodą, druga jest ścianką tylną stanowi elektrodę zbierającą.
Odległość pomiędzy elektrodami jest bardzo mała a zatem komory takie są rekomendowane do dozymetrii
wiązek o wysokim gradiencie mocy dawki, a więc do wiązek elektronów o energii poniżej 10 MeV oraz do
obszaru narastania dawki w wiązkach fotonów na małej głębokości w ośrodku.
Do pomiarów dawki wokół źródeł używanych w brachyterapii stosowane są komory studzienkowe o dużej
3
objętości, 250 cm i więcej.
Zaletami komór jonizacyjnych są: dokładność i precyzja, natychmiastowy odczyt wskazań, współczynniki
korekcyjne są zrozumiałe. Z tych powodów rekomendowane są do pomiarów kalibracyjnych wiązek
promieniowania stosowanych w radioterapii. Wadą tych detektorów jest konieczność zastosowania kabla i
wysokiego napięcia, oraz zastosowane wielu poprawek przy pomiarach wiązek o wysokiej energii.
6.4
Dozymetria in vivo
Dozymetria in vivo służy do weryfikacji dawek podawanych pacjentom, obliczonych przez systemy
planowania leczenia TPS. Systemy te wyliczają dawkę, jaką powinna być podana pacjentowi z każdego pola
napromieniania. Na powierzchni skóry pacjenta, na osi wiązki umieszcza się detektor, na ogół detektor
półprzewodnikowy, diodę lub MOSFET, mierzy się dawkę pochłoniętą. Jeżeli różnica pomiędzy
dawką obliczoną i zmierzoną przekracza próg tolerancji, na ogół +5%, to pomiar zostaje powtórzony w
czasie następnego seansu napromieniania. Jeżeli wynik się powtarza, zostaje wszczęta procedura mająca
wyjaśnić przyczynę rozbieżności. Taka kontrola dozymetryczna pozwala wykryć znaczne różnice,
wynikające np. z zastosowania niewłaściwych akcesoriów. Jednakże stosowane teraz powszechnie
komputerowe systemy weryfikacji i archiwizacji wyklucza praktycznie pojawienie się takich błędów.
Rys. 6. Dozymetr typu MOSFET umieszczony na masce unieruchamiającej pacjenta, dla pomiaru in vivo.
Innym rodzajem dozymetrii in vivo są pomiary w obrębie organów krytycznych. W teleradioterapii przykładem
może być pomiar dawki w obrębie gałki ocznej, jeżeli wiązki promieniowania padają w jego pobliżu. Żywa się tu
bądź detektorów MOSFET bądź detektory termoluminescencyjne w formie spieków. W brachyterapii
przykładem może być pomiar dawki w cewce moczowej w trakcie napromieniania prostaty. W tym przypadku
stosuje się małe (1mm x 1mm x 3mm) spieki termoluminescencyjne fluorku litu.
6.5
Audyty dozymetryczne
Według obowiązującego obecnie w Polsce prawa i rozporządzeń wykonawczych ministra zdrowia ośrodki
radioterapii w niedługim czasie będą musiały poddawać się co dwa lata klinicznemu audytowi zewnętrznemu.
39
Integralnym elementem audytu zewnętrznego ma być audyt dozymetryczny. Audyt taki polega na tym, że w
skład zespołu audytującego wchodzi fizyk medyczny z poza ośrodka audytowanego, który przywozi ze
sobą zestaw wywzorcowanych przyrządów dozymetrycznych, przy pomocy których przeprowadza pomiary
dozymetryczne dla szeregu wiązek promieniowania, których wyniki porównywane są z wynikami pomiarów
przeprowadzonych przez lokalnego fizyka, za pomocą lokalnego sprzętu. Ewentualne różnice są oceniane a ich
przyczyny wyjaśniane. Wyniki audytu umieszczane są w raporcie końcowym audytu.
6.6
Audyt wysyłkowy TLD
6.7
Detektory filmowe
Ciekawą i bardzo pożyteczną formą dozymetrycznego audytu zewnętrznego jest audyt wysyłkowy TLD. Jest to
system opracowany przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej w Wiedniu. Polega on na tym, żeośrodek
audytujący wysyła do ośrodka audytowanego szereg pojemniczków zawierających pewną ilość sproszkowanego
fluorku litu – detektor TLD. Oprócz tego wysłany jest również prosty stojak pozwalający na umieszczenie
detektora TLD w ustalonej pozycji w fantomie wodnym, na określonej głębokości, w określonej odległości
od źródła promieniowania. Przesyłane są również formularze definiujące wymagane warunki napromieniania,
kształt pola napromieniania i wielkość dawki. Fizyk w ośrodku audytowanym ma obliczyć ma obliczyć za
pomocą systemu planowania leczenia warunki napromieniania tak, aby detektor otrzymał dawkę 2Gy. Po
napromienieniu detektory są odsyłane wraz z protokołami napromieniania do ośrodka audytowanego. Ośrodek
audytujący odczytuje wielkość dawki, jaką napromieniono detektory, a następnie porównuje je z
zadeklarowaną dawką 2 Gy. Poziom tolerancji ustalono na ±3,5%. Jeśli różnica jest większa, do ±5%, wysyłane
są następne detektory, a cała procedura jest powtórzona. Jeżeli różnica jest ponad ±5% to sytuacja wymaga
wyjaśnienia, a nawet wizyty w audytowanym ośrodku.
Filmy mogą być stosowane, jako detektory promieniowania, dozymetry względne, środek do wizualizacji
rozkładów dawki oraz nośnik informacji do archiwizacji. Po napromienieniu filmu i po jego chemicznej obróbce
można odczytywać jego zaczernienie na densytometrze. Gęstość optyczna zaczernionego filmu jest
funkcją dawki pochłoniętej. Filmy mają bardzo dobrą rozdzielczość przestrzenną w dwóch wymiarach. Filmy
są zwykle używane, jako dozymetry jakościowe, ale po starannej kalibracji mogą być używane do oceny wielkości
dawek. Zależność pomiędzy dawką pochłoniętą agęstością optyczną filmu jest liniowa tylko w części jej
przebiegu i dlatego filmy powinno się stosować w zakresie dawek. Produkowane są różne rodzaje filmów,
których liniowość wskazań przypada na różne zakresy dawek.
Filmy stosowane są w procedurach kontroli jakości aparatury radioterapeutycznej, np. w badaniu zgodności pola
promieniowani z symulacyjnym polem świetlnym. Stosowane są też w weryfikacji rozkładów dawek w takich
technikach napromieniania jak radioterapia z modulacją intensywności dawki (IMRT).
Stosunkowo nowym typem detektora filmowego są filmu radiochromowe. Są to bezbarwne filmy o składzie
bliskim do składu tkanek. W trakcie napromieniania jeden ze składników filmu podlega polimeryzacji, co
powoduje zmianę jego barwy na niebieską. Jego gęstość optyczną można odczytać za pomocą densytometru.
Filmy te mają pewne zalety w stosunku do konwencjonalnych filmów: są niewrażliwe na
promieniowanie świetlne, a więc nie wymagają światłoszczelnych kopert; ni wymagają obróbki chemicznej, co
eliminuje potrzebę ciemni fotograficznej. Mają one mniejszą czułość niż konwencjonalne filmy i powinny
być stosowane w zakresie wysokich dawek.
Zaletą filmów jest ich wysoka rozdzielczość przestrzenna oraz to, żesą cienkie i nie zakłócają rozkładu dawki w
wiązce promieniowania. Wadą jest potrzeba obróbki chemicznej (nie dotyczy filmów radiochromowych),
zmieniająca się czułość pomiędzy różnymi seriami produkcyjnymi filmów, co wymaga kalibracji filmów za
pomocą komory jonizacyjnej przed i po każdej serii pomiarów. Z tego powodu filmy nie mogą być używane do
kalibracji wiązek promieniowania.
6.8
Dozymetry termoluminescencyjne (TLD ThermoLuminescent Dosemeter)
Termoluminescencja jest o fosforescencja wywołana przez ciepło. Niektóre materiały w formie ciała stałego
mają takie właściwości, że podczas napromieniania naładowane cząstki wtórne wybijają elektrony z pasma
walencyjnego i przenoszą je do pasma przewodzenia. Część z tych elektronów nie powraca do pasma
walencyjnego, lecz zostaje uwięziona na poziomach energetycznych (tzw. pułapkach) pomiędzy pasmem
40
walencyjnym a pasmem przewodzenia. Po podgrzaniu takiego materiału do odpowiednio wysokiej temperatury
elektrony uzyskują energię wystarczającą do wydostania się z pułapek i powracają do pasma walencyjnego
emitując światło widzialne. Taka optyczna fluorescencja może być zarejestrowana i stanowi ona miarę dawki
pochłoniętej przez TLD.
Materiałem najczęściej stosowanym w aplikacjach medycznych jest fluorek litu domieszkowany magnezem i
tytanem LiF:Mg,Ti, który jest równoważny tkankom. Istnieją jeszcze inne materiały TLD oparte o LiF, różniące
się domieszkami, które tworzą pułapki.
Dozymetry TLD są dostępne w formie proszku, lub w formie spieków o różnych kształtach i
rozmiarach. Zanim materiał TLD może być użyty do pomiarów musi przejść proces anilacji, tzn.
podgrzewania i chłodzenia w ustalonym cyklu zmiany temperatury, aby uwolnić wszystkie elektrony, które
mogły pozostać w pułapkach i mogłyby stać się źródłem niepożądanego sygnały fluorescencyjnego. Po
napromienieniu sygnał fluorescencyjny z detektorów TLD jest odczytywany przez specjalny czytnik.
Detektory są podgrzewane w tak, że temperatura podnosi się proporcjonalnie do czasu nagrzewania, a
sygnał świetlny odczytywany jest przez układ fotopowielaczy. Sygnał termoluminescencyjny jest
proporcjonalny do dawki pochłoniętej w szeroki zakresie dawek używanych w radioterapii. Detektory TLD
muszą być kalibrowane przed użyciem. Aby uzyskać pomiar dawki pochłoniętej na podstawie sygnału
termoluminescencyjnego należyużyć kilku współczynników poprawkowych ze względu na
energię promieniowani, zanik sygnału w czasie oraz na nieliniowość odpowiedzi.
Rys. 2. Automatyczny czytnik detektorów TLD typu PCL3 pozwalający na odczytanie wskazań z ok. 60 próbek
proszku termoluminescencyjnego w jednej serii, bez udziału operatora
Typowe zastosowania detektorów TLD w radioterapii to dozymetria in vivo, np. w napromienianiu całego ciała,
w weryfikacji rozkładów dawki w fantomach antropomorficznych, oraz w wysyłkowych audytach
dozymetrycznych.
6.9
Dozymetry półprzewodnikowe
Dozymetry półprzewodnikowe to diody krzemowe typu p‐n. Promieniowanie jonizacyjne powoduje powstanie
par nośników elektron‐dziura, które są źródłem rejestrowanego prądu. Diody mają większą czułość isą mniejsze
od komór jonizacyjnych. Diody nie powinny być stosowane do kalibracji wiązek gdyż ich czułość zmienia się w
tracie używanie z powodu uszkodzeń radiacyjnych. Diody są bardzo użyteczne przy pomiarach w fantomach,
szczególnie przy pomiarach rozkładów dawki od małych pól promieniowania stosowanych w stereotaksji. Diody
muszą być kalibrowane, jeśli używane są w pomiarach in vivo, i kilka współczynników poprawkowych musi
być użytych (temperatura, moc dawki, energia promieniowania).
41
Do klasy dozymetrów półprzewodnikowych należą również dozymetry typu MOSFET (Metal
‐Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor). Są to miniaturowe detektory krzemowe w postaci tranzystora.
Wykazują one dobrą rozdzielczość przestrzenną, co jest zaletą w dozymetrii in vivo, i tam też znajdują one
zastosowanie. Dozymetry MOSFET wykazują bardzo małą anizotropię kątową (ok.±2% w zakresie kąta padania
o
360 ).
6.10 Rodzaje fantomów
Większość pomiarów dozymetrycznych w radioterapii prowadzona jest w fantomach tkankopodobnych.
Najczęściej są to fantomy wodne o różnych wielkościach. Stosuje się też fantomy z materiałów takich jak perspex
oraz inne tworzywa o właściwościach oddziaływania z promieniowaniem równoważnych wodzie.
Najbardziej podstawowe pomiary mocy dawek wiązek promieniowania wykonywane są z pomocą komór
jonizacyjnych w fantomach wodnych. Fantomy wodne, zwane analizatorami pola dają możliwość poruszania
komorą jonizacyjną w trakcie pomiaru i ustawianiu komory w dowolnym punkcie pola. Można w ten sposób
mierzyć spadki dawki osi wiązki, tzw. procentowe dawki głębokie. W podobny sposób mierzy się dawki w
poprzek wiązki, na różnych głębokościach, tzw. profile. Pomiary takie przeprowadza się w pełnym zakresie
wielkości pól promieniowania. Tak zebrane dane pomiarowe wprowadzane są do komputerowych systemów
planowania leczenia TPS i stanowią podstawę do obliczeń rozkładów dawki w dla planowanych przypadków
klinicznych.
Rys. 3. Fantom wodny, analizator pola pozwalający poruszać komorą jonizacyjną w trzech wymiarach
Innym typem fantomów są fantomy stałe, wykonane z materiałów tkankopodobnych, tzn. takich,
które
swoim
składem
atomowym
zbliżone
są do tkanek miękkich lub wody i
reprezentują podobną gęstość elektronową. Oddziaływanie promieniowania z takimi materiałami jest
niemal identyczne jak z wodą, a dawki i rozkłady dawek w nich mierzone są takie, jakie byłyby mierzone w
tkankach. Każdy nowy fantom tego typu powinien być zbadany pod kątem jego równoważności z
wodą zanim zostanie użyty w
pomiarach klinicznych.
Rys. 4, Fantom stały z materiału
wkładkami dla komór jonizacyjnych.
równoważnego wodzie, z
Wśród fantomów stałych można wyróżnić dwa typy: fantomy o regularnych kształtach geometrycznych, na
ogół prostopadłościenne, oraz fantomy antropomorficzne, przedstawiające pewne fragmenty anatomii ludzkiej,
np. głowa lub klatka piersiowa.
Fantomy te wykonane są z układu płyt o grubości 2 ‐5 cm, pomiędzy które można włożyć filmy dozymetryczne.
Mogą one mieć również układ otworów, w których można umieszczać komory jonizacyjne lub detektory
termoluminescencyjne. W niektórych fantomach można umieszczać wkładki o innej niż woda gęstości, imitujące
tkanki takie jak płuca lub kości.
6.11 Matryce detektorów 2wymiarowe i 3wymiarowe
Szczególnym typem dozymetrów są układy wielodetektorowe do mierzenia rozkładów dawek. Są to matryce
42
układu detektorów, rzędu tysiąca komór jonizacyjnych lub diod półprzewodnikowych, pozwalające na pomiar
rozkładów dawek w płaszczyznach prostopadłych do osi wiązki promieniowania. Mogą one zastąpić filmy
dozymetryczne, dostarczając wynik pomiaru rozkładu dawki bezpośrednio, bez konieczności wywoływania i
utrwalania filmów. Należy jednak zauważyć, że detektory te mają gorszą rozdzielczość przestrzenną niż filmy,
szczególnie w obszarach wysokiego gradientu dawki.
W dozymetrii stosowane są też żele o rozmaitych składach chemicznych, które pozwalają na rejestrowanie
trójwymiarowego rozkład dawki. Są to złożone system dozymetryczne, wymagające wyrafinowanej obróbki
chemicznej, drogiej i pracochłonnej, na które mogą sobie pozwolić tylko nieliczne ośrodki badawcze.
Rys. 5. Fantom antropomorficzny, obejmujący obszar głowy i szyi, z radiochromowymi filmami dozymetrycznymi
umieszczonymi pomiędzy warstwami, z których składa się fantom
7
Wypadki i zdarzenia radiacyjne w postępowaniu medycznymi
Pojęcie medycznego wypadku radiacyjnego zostało zdefiniowane w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia, z dnia 25
sierpnia 2005 r., w sprawie warunków bezpiecznego stosowania promieniowania jonizującego dla wszystkich
rodzajów ekspozycji medycznej (Dz. U. Nr 194 poz.1625 z dnia 25 sierpnia 2005 r.). Definicja ta oparta jest o
raporty Międzynarodowej Komisji Ochrony Radiologicznej (ICRP) oraz Międzynarodowej Agencji Energii
Atomowej (IAEA).
Przytaczamy tutaj Rozdział 6 tego rozporządzenia, którym podano definicje wypadków, a także przepisy
dotyczące postępowania w przypadku gdy tak wypadek się zdarzy.
7.1
Przepisy dotyczące wypadków związanych ze stosowaniem promieniowania jonizującego w
radioterapii oraz szczegółowe zasady zapobiegania tym wypadkom
§ 46.
Medycznym wypadkiem radiologicznym w radioterapii jest niezamierzona różnica między
całkowitą przepisaną dawką promieniowania a dawką rzeczywiście zaaplikowaną w trakcie całkowitego cyklu
teleradioterapeutycznego lub brachyterapeutycznego, albo między przepisaną aktywnością produktu
radiofarmaceutycznego a rzeczywiście zaaplikowaną pacjentowi w medycynie nuklearnej, zwiększająca ryzyko
powikłań u pacjenta z utratą życia włącznie lub spadku wyleczalności nowotworu.
Wypadkiem w radioterapii jest również napromienienie niewłaściwego pacjenta, a takżebłędna anatomicznie
lokalizacja obszaru napromienienia oraz niewłaściwy rozkład dawki, w tym przy użyciu nieprawidłowego typu
wiązki lub energii fotonu lub cząstek oraz niewłaściwego produktu radiofarmaceutycznego, a także niewłaściwe
frakcjonowanie, jeżeli prowadzą one do nieosiągnięcia założonych efektów terapeutycznych lub odległych w
43
czasie ciężkich następstw zdrowotnych.
§ 47.
Awaria aparatu terapeutycznego jest to niestandardowa i nieujęta w instrukcji obsługi przerwa w pracy lub
niewłaściwa praca aparatu terapeutycznego, która może doprowadzić do wypadku kategorii A lub B, o których
mowa w § 48.
W przypadku awarii aparatu terapeutycznego technik elektroradiologii obsługujący ten aparat jest obowiązany
zgłosić awarię osobie odpowiedzialnej za stan i sprawność aparatury w zakładzie.
Technik elektroradiologii może użytkować aparat terapeutyczny, który miał awarię, po otrzymaniu protokołu
dopuszczenia aparatu do dalszej pracy podpisanego przez kierownika zakładu radioterapii.
Osobę odpowiedzialną za stan i sprawność aparatury w zakładzie wyznacza kierownik jednostki ochrony zdrowia
lub osoba przez niego upoważniona.
Kierownik zakładu radioterapii jest obowiązany prowadzić rejestr i dokumentację błędów technicznych i
dozymetrycznych oraz wszelkich niezgodności między fizycznymi parametrami i wskaźnikami zapisanymi w
karcie napromienienia a fizycznymi parametrami i wskaźnikami w trakcie realizacji napromieniania, które
mogą prowadzić do wystąpienia wypadku kategorii A lub B w radioterapii.
Kierownik zakładu, o którym mowa w ust. 5, jest obowiązany:
1) wyjaśnić przyczynę i uwarunkowania stwierdzonego błędu lub niezgodności;
2) powiadomić bezpośredniego przełożonego o powstałym błędzie lub niezgodności;
3) podjąć działania zmierzające do eliminacji przyczyn błędu lub niezgodności.
44
§ 48.
1. Ze względu na wielkość zagrożenia dla zdrowia pacjentów wypadki w teleradioterapii i brachyterapii dzieli
się na dwie kategorie:
1) kategoria A ‐wypadek zagraża bezpośrednio lub w dłuższym czasie utratą życia pacjenta;
2) kategoria B ‐wypadek grozi powikłaniem szkodliwym dla zdrowia lub spadkiem wyleczalności nowotworu, ale
nie zagraża z istotnym prawdopodobieństwem bezpośrednią utratą życia pacjenta.
2. Do wypadków kategorii A zalicza się sytuacje spowodowane w szczególności przez:
1) błąd proceduralny wyznaczenia dawki całkowitej lub frakcyjnej prowadzący do zwiększenia całkowitej dawki
zaaplikowanej o więcej niż 25 % w stosunku do przepisanej;
2) awarię urządzenia radiologicznego prowadzącą do zwiększenia całkowitej dawki zaaplikowanej o więcej niż 25
% w stosunku do przepisanej;
3) błąd proceduralny prowadzący do zaaplikowania dawki całkowitej mniejszej niż 25 % w stosunku do
przepisanej, czego efektem mogą być skutki zdrowotne wynikające ze znacznego zmniejszenia wyleczalności;
4) napromienienie wynikające z błędnej identyfikacji pacjenta;
5) napromienienie związane z błędną lokalizacją objętości tarczowej;
6) napromienienie frakcyjne lub całkowite niewłaściwym rodzajem promieniowania lub niewłaściwą jego
energią.
3. Do wypadków kategorii B zalicza się sytuacje spowodowane w szczególności przez:
1) błąd proceduralny wyznaczenia dawki całkowitej lub frakcyjnej prowadzący do zwiększenia całkowitej dawki
zaaplikowanej w granicach 10 ‐25 % w stosunku do przepisanej;
2) awarię urządzenia radiologicznego prowadzącą do zwiększenia całkowitej dawki zaaplikowanej w granicach
10‐25 % w stosunku do przepisanej;
3) zaaplikowanie dawki całkowitej wynoszącej 75 ‐90 % wartości przepisanej.
§ 49.
W przypadku stwierdzenia, że w trakcie radioterapii wystąpił wypadek kategorii B, kierownik zakładu radioterapii
jest obowiązany do powiadomienia o tym fakcie krajowego i wojewódzkiego konsultanta w dziedzinie
radioterapii onkologicznej.
Konsultant krajowy w dziedzinie radioterapii onkologicznej nakazuje niezwłocznie przeprowadzenie klinicznego
audytu zewnętrznego celem wykrycia przyczyn i zapobieżenia w przyszłości zdarzeniom, o których mowa w ust.
1.
§ 50.
W przypadku gdy istnieje co najmniej uzasadnione podejrzenie, że w radioterapii miał miejsce wypadek
kategorii A, kierownik zakładu radioterapii, na którego terenie zdarzenie to wystąpiło, powiadamia niezwłocznie
o tym właściwego terenowo wojewódzkiego i krajowego konsultanta w dziedzinie radioterapii onkologicznej.
W przypadku gdy przyczyną wypadku w radioterapii była lub mogła być awaria aparatu terapeutycznego,
kierownik zakładu:
1. wstrzymuje napromienianie terapeutyczne przy zastosowaniu tego urządzenia;
2. zabezpiecza urządzenie, o którym mowa w pkt 1, i pomieszczenie, w którym się ono znajduje, przed
dostępem z zewnątrz.
3. W przypadku gdy medyczny wypadek radiologiczny w radioterapii powstał w wyniku błędu
proceduralnego, kierownik zakładu radioterapii do czasu wyjaśnienia przyczyn
§ 51.
1. Do wypadków w terapii produktami radiofarmaceutycznymi zalicza się sytuacje spowodowane przez:
1) błąd proceduralny prowadzący do podania produktu radiofarmaceutycznego o aktywności większej o 50 %
lub więcej w stosunku do przepisanej;
2) błąd proceduralny prowadzący do podania produktu radiofarmaceutycznego o aktywności
terapeutycznej zamiast diagnostycznej;
3) podanie produktu radiofarmaceutycznego o aktywności terapeutycznej niewłaściwemu pacjentowi;
4) podanie pacjentowi produktu radiofarmaceutycznego znakowanego nuklidem tego samego pierwiastka
co przepisany, ale będącego źródłem wyższej dawki równoważnej na jednostkę aktywności.
Kwalifikacji wypadku w medycynie nuklearnej do kategorii A lub B, w rozumieniu przepisów § 48 ust. 1,
45
dokonuje konsultant wojewódzki w dziedzinie medycyny nuklearnej.
Do postępowania dotyczącego następstw wypadku w medycynie nuklearnej stosuje się przepisy dotyczące
wypadków kategorii A lub B w teleradioterapii i brachyterapii, z tym że osobami właściwymi w tym
postępowaniu są: kierownik zakładu medycyny nuklearnej oraz krajowy i wojewódzki konsultant w
dziedzinie medycyny nuklearnej.
§ 52.
Konsultant krajowy w dziedzinie radioterapii onkologicznej lub medycyny nuklearnej powiadamia o
wypadku kategorii A w radioterapii ministra właściwego do spraw zdrowia, który po porozumieniu
się zGłównym Inspektorem Sanitarnym, Prezesem Państwowej Agencji Atomistyki oraz Krajowym Centrum
Ochrony Radiologicznej w Ochronie Zdrowia, w terminie 48 godzin powołuje komisję dla oceny przyczyn i
okoliczności wypadku.
Komisja, o której mowa w ust. 1, przystępuje do wykonywania czynności wyjaśniających niezwłocznie i
przygotowuje oraz przekazuje niezwłocznie raport ministrowi właściwemu do spraw zdrowia.
§ 53. Pacjent będący ofiarą wypadku w radioterapii jest poddawany właściwym badaniom lub właściwemu
leczeniu, jeżeli jest to konieczne.
§ 54. Dla zapobieżenia dalszym wypadkom, o których mowa w § 48, 49 i 51, analiza przyczyn i okoliczności
wypadków są podawane przez krajowego konsultanta w dziedzinie radioterapii onkologicznej lub
medycyny nuklearnej do wiadomości wszystkim placówkom radioterapii lub medycyny nuklearnej w kraju.
46
Na podstawie Safety Reports Series No 17: „Lessons learned from accidental exposure in radiotherapy” IAEA,
2000 (opis 92 zdarzeń)
Wypadki mogą być spowodowane przez:
1.
2.
Urządzenie:
a. złe działanie
b. zła lub niewystarczająca instrukcja obsługi lub jej brak
c. brak testów akceptacyjnych
Personel:
a. złe wyszkolenie
b. przekroczenie przepisów
c. brak aktualnych procedur postępowania
d. nie przekazywanie informacji
e. nieuwaga, omyłki
f. brak niezależnego sprawdzania (w tym auditu)
g. brak nadzoru – bałagan organizacyjny
Tabela 6.2-1. Wybrane wypadki radiacyjne w radioterapii
426 pacjentów otrzymało dawki
wyższe nawet o 50% Z 183
USA
pacjentów, którzy przeżyli ponad 1
rok, 34% miało ciężkie komplikacje
86 pacjentów otrzymało wyższe
1986 – 87
Niemcy
dawki
207 pacjentów otrzymało dawki
1988
UK
wyższe o 25%
7.2
Błędne poprawki na rozpad Co‐60
jw.
Błędna kalibracja wiązki
Błędy w dozymetrii i
identyfikacja źródeł Cs‐137 w
brachyterapii
Uszkodzenie akceleratora
Niekompetentna naprawa
Dezinformacja
1988 – 89
UK
22 pacjentów otrzymało dawki niższe
lub wyższe (od – 20% do + 10%)
1990
Hiszpania
27 osób poszkodowanych, 18 zmarło,
przekroczone dawki o od 200% do
700%
1982 – 91
UK
Ok. 1000 pacjentów otrzymało dawki
zaniżone od 5% do 30%
1992
USA
1 pacjent zmarł
1992
Costa Rica
115 poszkodowanych pacjentów, 17
zmarło z powodu przekroczenia
dawki. Czas napromieniania
przekroczono o 166%
Błąd w określeniu mocy dawki w
wyniku pomyłki w określeniu czasu –
przyjęto 30 s zamiast 0,3 min. (18 s)
Zignorowano wyniki audytu
2001
Panama
28 pacjentów poszkodowanych,
zmarło 8 do chwili obecnej
Wprowadzanie danych do systemu
planowania leczenia nieściśle wg.
instrukcji
2001
Polska
5 pacjentek poszkodowanych
otrzymało dawki ok. 80 Gy
Awaria akceleratora
Błąd w określaniu dawki z odległością.
Dwukrotnie wprowadzana poprawka
na zmiany odległości (ręcznie i w
systemie planowania leczenia)
Uszkodzenie urządzenia
Pozostawiono źródło po leczeniu
brachyterapią HDR
Przyczyny wypadków radiacyjnych w radioterapii
W wielu przypadkach wypadków radiacyjnych trudno ustalić jest pojedynczą przyczynę. Zwykle jest to zbieg
kilku czynników, np. niedostateczne przygotowanie personelu, brak niezależnych podwójnych kontroli, brak
47
procedur kontroli jakości, oraz/lub brak ogólnego nadzoru. Takie kombinacje przyczyn wskazują na niewłaściwe
zarządzanie, dopuszczające do napromieniania pacjentów przy braku właściwego system zapewnienia jakości.
Aby zapobiec wypadkom należy stworzyć system zarządzania jakością, który rozwiązałby poniżej przedstawione
problemy.
7.2.1
Braki w wykształceniu i przygotowaniu specjalistycznym
Brak akredytowanych specjalistów, głównie fizyków medycznych, jest główną przyczyną wypadków
spowodowanych przez niewłaściwą kalibrację wiązek promieniowania w teleterapii i źródeł w brachyterapii. Jak
widać z przytoczonych przykładów, takie błędy mogą dotyczyć wielu pacjentów. Niedostatecznie wyszkoleni
radioterapeuci, technicy i inżynierowie pracujący bez nadzoru, powodują zagrożenie dla pacjentów. W
większości wypadków szkolenie specjalistów obejmuje tylko normalne, oczywiste sytuacje jakie
mogą się pojawić radioterapii, a nie obejmuje sytuacji nie oczywiste, które jednak mogą się zdarzyć.
7.2.2
Braki w procedurach i protokołach
Poważne wypadki radiacyjne były spowodowane przez niewłaściwe procedury akceptacyjne (tzn. testowanie i
pomiary parametrów przed wprowadzeniem ich do użytku) aparatury do radioterapii, komputerów i innych
akcesoriów, lub też brak ich okresowego testowania. Takich wypadków można by uniknąć gdyby przestrzegano
właściwych zaleceń i protokołów kontroli jakości. Używanie źródeł radioaktywnych bez weryfikacji ich
aktywności albo zła interpretacja jednostek w których była wyrażona również były przyczynami wypadków.
7.2.3
Usterki aparatury
Niema aparatury doskonałej. Wiele wypadków wynikało konstrukcyjne błędy w systemach zabezpieczających,
które nie były wystarczające dokładnie przetestowane przez producenta. Takie możliwości wywołania wypadku
radiacyjnego nie mogą być wykryte w czasie testów prowadzonych użytkownika. Zdarzało się też, że
oprogramowanie sterujące nową konstrukcją akceleratora nie było dostosowane do nowych funkcji i nie
przewidywało sytuacji, które doprowadziły do wypadku
7.2.4
Niewłaściwa komunikacja brak przekazywania informacji
Częstą przyczyną wypadków był brak zrozumienia planu leczenia, przepisanej procedury lub omyłka w
identyfikacji pacjenta. Zmiany personelu bez przekazania informacji dotyczących procedury napromieniania i
planu leczenia były również przyczynami wypadków.
7.2.5
Brak niezależnych kontroli
W wielu wypadkach radiacyjnych jeden niezidentyfikowany błąd pozostawał nie wykryty przez dłuższy czas. Tego
można by uniknąć gdyby zasada podwójnej niezależnej kontroli istniaław procedurach i była wykonywana.
7.2.6
Nieuwaga i bezmyślność
Przykłady nieuwagi i bezmyślności są liczne. Na przykład nie zwrócenie uwagi, po wymianie źródła
promieniowania na nowe, a więc o wyższej aktywności, czasy napromieniania powinny być krótsze. Błąd w
kalibracji, planowaniu leczenia, lub w obliczeniach powinien być wykryty przez uważnie pracujący personel
przed rozpoczęciem leczenia. W radioterapii przeprowadzenie napromieniania wymagane jest wykonanie
szeregu kroków związanych z wprowadzaniem licznych danych dla aparatu terapeutycznego w sposób podobny
dla każdego pacjenta, lecz różniące się od siebie. Technicy przeprowadzający napromienianie
muszą wprowadzać dane i zapisywać je na kartach napromieniania dla ponad stu pól dziennie. Nieuwaga może
prowadzić do użycia błędnych danych, danych dla innego pacjenta lub błędnego ich udokumentowania.
Napromienianie pacjentów wymaga wysokiego stopnia koncentracji od techników, co może być trudne przy
napromienianiu wielu pacjentów dziennie. Ryzyko błędów można zmniejszyć, gdy napromienianie przeprowadza
grupa co najmniej dwóch wzajemnie się kontrolujących techników.
Aby uniknąć lub zmniejszyć prawdopodobieństwo wypadków radiacyjnych należy sobie zdawać sprawę z
następujących faktów:
48
Dawki otrzymywane przez pacjentów poddanych radioterapii są na górnej granicy dawek tolerowanych przez
tkanki zdrowe. Z tego powodu przypadkowe podanie zbyt wysokiej dawki może mieć groźne, a nawet śmiertelne
skutki.
Przekroczenie dawki o 10% lub więcej powinno być wykryte przez doświadczonego radioterapeutę, na
podstawie podwyższonej reakcji tkanek i innych objawów zaobserwowanych w trakcie badania.
Podanie zbyt niskiej dawki jest bardzo trudne do wykrycia i może skutkować tylko niewyleczeniem.
Zasięg radioterapii na świecie rozszerza się i częstość wypadków radiacyjnych może wzrosnąć, o ile
odpowiednie środki nie będą przedsięwzięte.
Wiele wypadków radiacyjnych było raportowanych i są znane, należy jednak założyć, że pewna liczba wypadków
nie została wykryta lub nie zostały one doniesione do odpowiednich instytucji i nie były opublikowane.
Wielka złożoność aparatury i technik stosowanych w radioterapii, dla zapobieżenia wypadkom wymaga jasnych,
informujących o ryzyku przepisów, starań ze strony kierownictwa szpitala o zapewnienie odpowiednich środków,
odpowiednio licznego i dobrze przygotowanego personelu, o wprowadzenie funkcjonalnego systemu
zarządzania jakością, dobrej współpracy między grupami pracowników i stałe podnoszenie kwalifikacji.
Niebezpiecznym może być niezdawanie sobie sprawy z faktu, że nowoczesny sprzęt i nowe technologie
wymagają zwiększonej kontroli jakości i wysokiej klasy serwisu.
Osoby zarządzające zakładami radioterapii powinny dopilnować, aby procedury akceptacyjne nowego sprzętu
były prawidłowe i prawidłowo wykonywane, oraz aby prawidłowe były procedury pozbywania się starego
sprzętu i źródeł.
49

ochrona radiologiczna w medycynie

Transkrypt

Podobne dokumenty

Zagadnienia seminarium 2016 17

Kombinacje kontrola wagi dla mężczyzn

Sesja 10: Promieniowanie synchrotronowe i lasery rentgenowskie

Kombinacje kontrola wagi dla mężczyzn - Super