Προσομοίωση των εξετάσεων υπολογιστικού τομογράφου σε παιδιά με τη μέθοδο monte carlo, για την εκτίμηση της απορροφούμενης δόσης ακτινοβολίας

Abstract

Aim: To evaluate the effect of scanning mode of examinations in MD helical CT on the patient effective dose and organ dose (thyroid and eye lens) for pediatric patients (neonate, 1, 5, 10 and 15 years old). Method: The Monte Carlo (MC) code MCNP was employed to simulate CT exposures. To verify MC results dose measurements were carried out on physical pediatric phantoms using TLD’s. For the estimation of effective and organ doses mathematical anthropomorphic phantoms were used in the simulation. Results: The percentage differences in normalized effective dose between axial and helical scans may reach 43%, 70%, 36% and 26% for head-neck, chest, abdomen-pelvis and trunk studies respectively. In all cases normalized effective dose values were found to increase with increasing z overscanning. Normalized data for female pediatric patients was in general higher compared to male patients for all ages, examined regions, and z overscanning values. For both male and female children, the normalized effective dose values were reduced as the age was increased. In the head examinations the percentage differences in normalized eye lens absorbed dose between contiguous axial and helical examinations with pitch=1 were found to be up to 10.9% when the eye lenses were located inside the region to be imaged. When the eye lenses were positioned 0-3 cm far from the first slice of region to be imaged the normalized dose to the lens from contiguous axial examinations was up to 11 times lower than the corresponding values from helical mode. The scattered dose to thyroid from head CT examinations varied from 0.6 mGy to 8.7 mGy depending upon the scanned region, the pediatric patients, age and the acquisition mode used. Primary irradiation of the thyroid gland during CT of the neck resulted in an absorbed dose range of 15.2-52.0 mGy. Conclusions: The effective dose from a pediatric CT scan performed in axial mode was always considerably lower compared to the corresponding scan performed in helical mode. It is more dose efficient to use axial mode acquisition rather than helical scan for pediatric head examinations, if there are no overriding clinical considerations. Neck CT can result in an increased risk for development of thyroid malignancies up to 390 per million patients.

Σκοπός: Να εκτιμήσουμε πως επηρεάζει η μέθοδος σάρωσης στην Υπολογιστική Τομογραφία (Υ.Τ) 16 τομών την ενεργό δόση και τη δόση που λαμβάνουν ευπαθή όργανα όπως είναι ο θυρεοειδής και οι φακοί των ματιών σε παιδιατρικούς ασθενείς (νεογέννητο, 1, 5, 10 και 15 ετών). Μεθοδολογία: Χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας Monte Carlo (MC) MCNP για την προσομοίωση των εξετάσεων Υ.Τ. Η επαλήθευση των αποτελεσμάτων της MC προσομοίωσης έγινε με TLD δοσιμετρία. Μαθηματικά ανθρωπόμορφα ομοιώματα χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της ενεργού δόσης και δόσης οργάνων για συγκεκριμένα πρωτόκολλα εξέτασης. Αποτελέσματα: Η % διαφορά στην κανονικοποιημένη ενεργό δόση μεταξύ αξονικής και ελικοειδούς σάρωσης μπορεί να φτάσει έως και 43% για εξετάσεις κεφαλής-τράχηλου, 70% για εξετάσεις θώρακα, 36% για εξετάσεις άνω-κάτω κοιλίας και 26% για εξετάσεις ολόκληρου του κορμού. Σε όλες τις περιπτώσεις η κανονικοποιημένη ενεργός δόση ήταν υψηλότερη για την ελικοειδή σάρωση και η τιμή της εξαρτάται από το μέγεθος της υπερσάρωσης. Η κανονικοποιημένη ενεργός δόση για θηλυκού γένους παιδιά ήταν γενικώς μεγαλύτερη σε σύγκριση με τους άρρενες, για όλες τις ηλικίες, τις περιοχές εξέτασης και τις τιμές υπερσάρωσης. Στις εξετάσεις εγκεφάλου όταν οι φακοί των ματιών ευρίσκονται μέσα ή στο όριο της περιοχής απεικόνισης τότε η αύξηση στην κανονικοποιημένη δόση των φακών από την ελικοειδή σάρωση σε σχέση με την συμβατική σάρωση είναι έως 10.9%. Όταν όμως οι φακοί ευρίσκονται από 0-3 εκ. έξω από την πρώτη τομή που πρόκειται να απεικονιστεί τότε η κανονικοποιημένη δόση των φακών μπορεί να είναι έως και 11 φορές χαμηλότερη με την συμβατική σάρωση συγκρινόμενη με την ελικοειδή. Η μέση σκεδαζόμενη δόση που λαμβάνει ο θυρεοειδής κυμαίνεται από 0.6 έως 8.7 mGy εξαρτώμενη από την περιοχή σάρωσης, την μέθοδο σάρωσης και την ηλικία του ασθενούς. Στην εξέταση του τραχήλου όπου ο θυρεοειδής ακτινοβολείται πρωτογενώς, η δόση που λαμβάνει κυμαίνεται από 15.2 έως 52.0 mGy. Συμπεράσματα: Η ενεργός δόση παιδιών από εξετάσεις Υ.Τ που έγιναν με αξονική σάρωση ήταν πάντα σημαντικά χαμηλότερη σε σύγκριση με τις αντίστοιχες τιμές από εξετάσεις που πραγματοποιήθηκαν με ελικοειδή σάρωση. Όταν δεν προέχουν κλινικές προτεραιότητες πρέπει να επιλέγεται η αξονική σάρωση έναντι της ελικοειδούς για τις εξετάσεις κεφαλής των παιδιών, με στόχο την λιγότερη ακτινική επιβάρυνση των φακών. Στις εξετάσεις τραχήλου ο κίνδυνος για ανάπτυξη καρκίνου του θυρεοειδούς μπορεί να φτάσει έως και 390 ανά εκατομμύριο ασθενών.