WSTÊP
Zaprezentowane w niniejszej pracy wyniki badañ powsta³y na podstawie doœwiadczeñ i praktyki pomiarowej Laboratorium Ska¿eñ Wewnêtrznych IEA oraz pracy ma- gisterskiej Jakuba Oœko.
Jod jest jednym z czêœciej u¿y- wanych pierwiastków radioaktyw- nych w medycynie nuklearnej. Naj- czêœciej wykorzystywanym w dia- gnostyce i terapii izotopem jest 131I.
Zastosowanie maj¹ jeszcze 125I i 123I.
Do kalibracji licznika promienio- wania tarczycy wykorzystywano 3 fantomy tarczycy: umo¿liwiaj¹cy regulacjê po³o¿enia tarczycy fan- tom wodny [1], pleksiglasowy i RSD (Radiology Support Devices Inc., USA). Do dalszych badañ wykorzystano wyniki kalibracji fan- tomem wodnym.
MATERIA£ I METODY
Fantom wodny zastosowany do wzorcowania ma postaæ walca o œrednicy 128 mm i wysokoœci 165 mm. Tarczyca jest symulowana przez 2 cylindryczne pojemniki o objêtoœci 13 cm3 ka¿dy. Konstrukcja mocowa- nia pojemników umo¿liwia symulowa-
nie efektywnej g³êbokoœci po³o¿enia tarczycy p³ynnie w przedziale od 24 do 60 mm. Widok roz³o¿onego fan- tomu oraz w momencie jego pomia- rów kalibracyjnych prezentuje fot.
Widmo energetyczne jodu 131I z charakterystycznymi liniami ener- getycznymi, przedstawiono na ry- cinie.
Na rycinie przedstawiono 2 przy- padki kalibracji fantomu wodnego wykonane w sta³ej, standardowej geometrii pomiarowej stosowanej w LPT-IEA. Standardowa geometria pomiarowa w pomiarach dozyme- trycznych to 12-centymetrowa od- leg³oœæ pomiêdzy czo³em detekto- ra a powierzchni¹ szyi pacjenta (fantomu). Taki wybór jest kompro- misem pomiêdzy maksymalizacj¹ wydajnoœci detekcji linii 364 keV, a wygod¹ osoby mierzonej i mini- malizacj¹ wp³ywu g³êbokoœci po³o-
¿enia tarczycy na wynik pomiaru.
Widmo górne pokazuje sytuacjê, gdy gruczo³y tarczycy s¹ najbli¿ej powierzchni szyi, tzn. ich œrodek geometryczny le¿y w odleg³oœci 23 mm od powierzchni fantomu, zaœ widmo dolne odpowiada od- Celem pracy by³o stworzenie nowe-
go modelu fantomu oraz opracowa- nie metodyki dla kalibracji spektro- metrycznych zestawów pomiaro- wych przeznaczonych do okreœlania aktywnoœci radioizotopu 131I w tarczy- cy u ludzi nara¿onych zawodowo na ska¿enia oraz pacjentów poddawa- nych diagnostyce tarczycy z wyko- rzystaniem 131I. Zaprojektowano i wy- konano fantom wodny z symulacj¹ p³atów tarczycowych o sta³ej objêto- œci (pojemniki w kszta³cie walca o objêtoœci 13 cm3ka¿dy) oraz mo¿- liwoœci p³ynnej regulacji ich po³o¿e- nia zarówno w p³aszczyŸnie piono- wej, jak i poziomej. Wykonano kali- bracjê zestawu pomiarowego dla ró¿nych efektywnych g³êbokoœci po-
³o¿enia tarczycy (w zakresie od 24 do 60 mm) przy zachowaniu stan- dardowej odleg³oœci pomiêdzy de- tektorem a powierzchni¹ szyi pacjen- ta oraz opracowano metodykê oce- ny tej g³êbokoœci na podstawie parametrów widma energetycznego.
W efekcie uzyskano mo¿liwoœæ oce- ny aktywnoœci radioizotopu 131I zde- ponowanego w tarczycy niezale¿nie od efektywnej g³êbokoœci jego po³o-
¿enia. Wykonano pomiary z fanto- mem maj¹ce na celu ocenê b³êdów pomiarowych wynikaj¹cych z od- stêpstw od standardowej geometrii pomiarowej.
Poddano badaniu tarczycy 95 pa- cjentów Zak³adu Medycyny Nuklear- nej Wojewódzkiego Szpitala Bród- nowskiego w Warszawie, którym po- dano doustnie diagnostyczne dawki radioizotopu 131I (od 2 do 4 MBq) z zastosowaniem opracowanej me- todyki pomiarowej. U ponad 96 proc.
badanych oznaczono w tarczycy ak- tywnoœæ wiêksz¹ œrednio o ok.
7 proc. ni¿ przy zastosowaniu meto- dy nieuwzglêdniaj¹cej wp³ywu efek- tywnej g³êbokoœci po³o¿enia tarczy- cy na wynik pomiaru. U 60 proc. ba- danych stwierdzono, ¿e efektywna g³êbokoœæ po³o¿enia tarczycy wyni- kaj¹ca z oceny za pomoc¹ nowej metody jest wiêksza ni¿ uzyskana z oceny za pomoc¹ badañ ultraso- nograficznych.
S³owa kluczowe: tarczyca, fantom, g³êbokoœæ po³o¿enia tarczycy.
W
Wssppóó³³cczzeessnnaa OOnnkkoollooggiiaa ((22000022)) vvooll.. 66;; 88 ((553300––553333))
Pomiary aktywnoœci 131 I
zdeponowanego w tarczycy pacjentów w czasie badañ diagnostycznych
Measurement of activity of
131I deposited in human thyroid during the medical examination
Tomasz Pliszczyñski, Jakub Oœko, Bogdan Filipiak, Natalia Golnik, Zbigniew Haratym
Instytut Energii Atomowej, Ochrona Radiologiczna i S³u¿ba Awaryjno- -Dozymetryczna, Otwock/Œwierk
suniêciu œrodka geometrycznego tarczycy na odleg³oœæ 51 mm od powierzchni fantomu.
Na ocenê aktywnoœci 131I w tar- czycy wp³ywa szereg ró¿nych czynników, takich jak:
The aim of our activity was: the cre- ation of a new model of thyroid ca- libration phantom and working out the method of calibration measure- ment sets for determination of total activity of 131I deposited in thyroid of people who are occupational expo- sured on contamination of 131I or du- ring medical examination in which this radioisotope was used.
A new kind of aquatic, neck phan- tom has been constructed in which the thyroid glands are simulated by two cylindrical vessels, 13 cm3 each. Those glands are able to change their position – fluently in horizontal and vertical way.
We have made a few sets of cali- bration measurements for different effective depths of thyroid glands (in sphere between 24 to 60 mm), keeping a standard distance be- tween detector and a patients’s neck area. Basing on the results of those measurements we have also worked out the methodology of de- termination of effective depth of thy- roid, using the measured gamma spectra. In effect we have got a po- ssibility of estimating 131I radioisoto- pe activity deposited in thyroid, in- dependently from its effective depth. After that, we have perfor- med several measurements to es- timate errors followed by uncerta- inty of geometry measurements.
95 patients from one of Warsaw ho- spitals were examined using men- tioned measuring method. In over 96% of them total activity in thyroid was valued as a higher, (about mid- dling 7%), than at ones who had been examined by different method which didn’t take into account the position of thyroid.
Key words: thyroid, phantom, effec- tive depth of thyroid.
W
Wssppóó³³cczzeessnnaa OOnnkkoollooggiiaa ((22000022)) vvooll.. 66;; 88 (( 553300––553333))
Fot. Fantom kalibracyjny: a) na stanowisku kalibracyjnym; b) widok czêœci sk³adowych
a
b
Ryc. Spektrogramy kalibracyjne z zastosowaniem fantomu wodnego dla dwóch po³o¿eñ gruczo-
³ów tarczycy
0 39 79 119 161 203 246 290 335 381 427 energia [keV]
tarczyca na g³êbokoœci 51 mm tarczyca na g³êbokoœci 23 mm
liczba zliczeñ [imp/kan]
532
Wspó³czesna Onkologiaodleg³oœæ pomiêdzy czo³em de- tektora a powierzchni¹ szyi lub fantomu (wynika to ze znanego powszechnie faktu, ¿e intensyw- noœæ promieniowania maleje od- wrotnie proporcjonalnie do kwa- dratu odleg³oœci: Ÿród³o punkto- we – detektor);
niesymetryczne ustawienie lub obrót detektora wzglêdem œrod- ka symetrii gruczo³ów tarczycy;
efektywna g³êbokoœæ po³o¿enia tarczycy (niestandardowa).
Zród³em najwiêkszych b³êdów, przy sta³ej geometrii pomiarowej, jest zmienna g³êbokoœæ po³o¿enia tarczycy i tym parametrem zajêto siê w dalszej czêœci rozwa¿añ.
Na podstawie widma spektrome- trycznego mo¿na na wiele sposo- bów oceniæ efektywn¹ g³êbokoœæ po³o¿enia tarczycy, wykorzystuj¹c w tym celu charakterystyczne piki energetyczne.
Jedn¹ z metod jest wyznacze- nie ilorazu liczby zliczeñ netto pod pikiem 364 keV (tym samym, któ- ry wykorzystuje siê do oceny ak- tywnoœci) do liczby zliczeñ z ob- szaru rozproszenia Comptonow- skiego w przedziale energii pomiêdzy 100 i 150 keV.
Wybrano ten sposób, poniewa¿
nachylenie krzywej jest tu najwiêk- sze, co pozwala najdok³adniej oceniæ po³o¿enie tarczycy, a tak-
¿e poniewa¿ b³¹d oceny aktywno- œci jest najmniejszy dla piku 364 keV.
WYNIKI
Kolejnym etapem badañ by³o zweryfikowanie i próba zastosowa- nia w praktyce opracowanej wcze- œniej metody kalibracji LPT.
Pomiary aktywnoœci jodu w tar- czycy po jego diagnostycznym po- daniu, wykonano w Zak³adzie Me- dycyny Nuklearnej Wojewódzkiego Szpitala Bródnowskiego w Warsza- wie.
Badaniu poddano 95 osób. By- li to pacjenci skierowani na bada- nie jodochwytnoœci tarczycy. 24 godz. przed pomiarem pacjenci
otrzymali doustnie jod 131I o aktyw- noœci 2–4 MBq.
W sk³ad grupy wesz³o 67 kobiet i 28 mê¿czyzn. W 65 przypadkach znane by³y wyniki badania USG tarczycy i okreœlone na ich pod- stawie wymiary p³atów.
Na podstawie zebranych da- nych wyznaczono mechaniczn¹ g³êbokoœæ tarczycy, efektywn¹ g³ê- bokoœæ tarczycy, aktywnoœæ zgro- madzon¹ w tarczycy oraz jodo- chwytnoœæ.
Mechaniczn¹ g³êbokoœæ tarczy- cy wyznacza siê zak³adaj¹c, ¿e po³o¿enie tarczycy jest zawsze jednakowe i miêdzy tarczyc¹, a powierzchni¹ szyi znajduje siê 8 mm tkanki. Po³o¿enie œrodka tar- czycy zale¿y wiêc jedynie od wiel- koœci p³atów.
Efektywn¹ g³êbokoœæ tarczycy wyznaczono na podstawie wyko- nanej wczeœniej kalibracji LPT z u¿yciem fantomu wodnego. Wy- korzystano tu wyznaczone wcze- œniej równanie zale¿noœci ilorazu liczby zliczeñ netto pod pikiem 364 keV i liczby zliczeñ z obsza- ru rozproszenia Comptonowskiego w przedziale energii pomiêdzy 100 i 150 keV od g³êbokoœci po³o¿e- nia tarczycy.
Dysponuj¹c informacj¹ o g³êbo- koœci po³o¿enia tarczycy oraz zna- j¹c zale¿noœæ wydajnoœci detekcji w funkcji g³êbokoœci po³o¿enia mo¿na okreœliæ aktywnoœæ izotopu
131I zgromadzonego w tarczycy w chwili pomiaru. Aktywnoœæ wy- znaczono korzystaj¹c z dwóch metod.
W metodzie prostej wykorzysta- no sta³¹ wartoœæ wydajnoœci de- tekcji ε = 0,00253 wyznaczon¹ dla standardowej g³êbokoœci po³o¿enia tarczycy 23 mm. W metodzie z po- prawkami obliczono wydajnoœæ de- tekcji oddzielnie dla ka¿dego przy- padku.
Jodochwytnoœæ tarczycy wyzna- czono jako stosunek zmierzonej aktywnoœci w tarczycy pacjenta do aktywnoœci kapsu³ek z radionukli- dem zmierzonej tu¿ przed po³kniê-
ciem ich przez pacjenta. Wyzna- czono j¹ 2-krotnie, jako jodochwyt- noœæ prost¹ i z poprawkami.
W 91 przypadkach, co stanowi 95,79 proc. badanych, aktywnoœæ zmierzona w tarczycy (a wiêc rów- nie¿ jodochwytnoœæ) metod¹ z po- prawkami by³a wiêksza od prostej, a w pozosta³ych 4 (4,21 proc.) – mniejsza.
Œrednio jodochwytnoœæ z po- prawkami by³a wiêksza od prostej o 6,9 proc.
Zanotowano doœæ du¿y rozrzut – ró¿nice miêdzy jodochwytnoœci¹ z poprawkami i jodochwytnoœci¹ prost¹ wynosi³y od 34 do 6 proc.
W 65 przypadkach znane by³y wyniki badania USG, co pozwoli³o okreœliæ ró¿nicê miêdzy mecha- niczn¹ Gm, a efektywn¹ Gef g³êbo- koœci¹ tarczycy. W 26 (40 proc.) przypadkach wiêksza okaza³a siê mechaniczna g³êbokoœæ tarczycy, w pozosta³ych 39 (60 proc.) – efektywna. Œrednio g³êbokoœæ efektywna jest wiêksza od mecha- nicznej o 2,4 mm.
OMÓWIENIE WNIOSKÓW
Ochrona radiologiczna
Czu³oœæ prezentowanej metody dla 10-minutowego pomiaru w odle- g³oœci 12 cm wynosi 200 Bq/tarczy- cê, co odpowiada 1⋅10-4 ALIo* [2]
na pojedynczy pomiar. Dla prawid³o- wej oceny nara¿enia od 131I nale¿a-
³oby prowadziæ pomiary kontrolne przynajmniej raz na miesi¹c, co odpowiada dla pesymistycznych za³o¿eñ, ¿e próg czu³oœci wynosi 2 proc. ALIo rocznie.
Dok³adnoœæ pomiaru bardzo sil- nie zale¿y od zachowania geome- trii (odleg³oœci detektor – szyja) oraz od g³êbokoœci po³o¿enia tarczycy.
Dla oceny aktywnoœci bardzo istotna jest informacja – kiedy na- st¹pi³o wnikniêcie 131I do organi- zmu i jak¹ drog¹. Natomiast sto- sunkowo niewielki b³¹d wynika ze stosowania dla celów kalibracji nietkankopodobnego fantomu .
`
Pomiary aktywnoœci 131I zdeponowanego w tarczycy pacjentów w czasie badañ diagnostycznych
533
P
Prrzzyykk³³aadd.. Kalibracja: standardo- wy fantom pleksiglasowy (odle- g³oœæ = 12 cm, tarczyca na g³ê- bokoœci mechanicznej = 20 mm).
Pomiar: rzeczywista odleg³oœæ = 15 cm, tarczyca z analizy widma na g³êbokoœci efektywnej = 25 mm.
– b³¹d z powodu ró¿nicy odleg³o- œci przy pomiarze i kalibracji – ok. 25 proc.,
– b³¹d z powodu ró¿nicy w po³o-
¿eniu tarczycy – ok. 10 proc., – b³¹d z powodu ró¿nic w gêsto-
œci fantomu i cz³owieka – ok.
3 proc.,
– do tego dochodzi niepewnoœæ dotycz¹ca czasu wnikniêcia, np.
10 dni – 25 proc., ale 20 dni – 500 proc.
Medycyna
W postêpowaniu medycznym zawsze znana jest aktywnoœæ po- danego preparatu oraz czas jego podania, a wiêc b³êdy oceny ak- tywnoœci w tarczycy z tego powo- du mo¿na pomin¹æ.
Utrudnienia pomiarowe zwi¹za- ne s¹ przede wszystkim z zapew- nieniem powtarzalnoœci geometrii pomiarowej.
Zestaw spektrometryczny wyko- rzystywany do pomiarów w ochro- nie radiologicznej nie jest najlep- szym narzêdziem w badaniach kli- nicznych. Jego wad¹ jest zbyt du¿a czu³oœæ, powoduj¹ca trudno- œci w ocenie aktywnoœci ju¿ przy dawkach diagnostycznych i unie- mo¿liwiaj¹ca tak¹ ocenê przy dawkach terapeutycznych.
Celem tego typu pomiaru jest mo¿liwie dok³adne okreœlenie jodo- chwytnoœci tarczycy niezbêdne do planowania dalszej terapii jodowej.
Wyniki badañ wskazuj¹, ¿e wpro- wadzenie stosownych kalibracji, a potem poprawek do szacowania jodochwytnoœci, czyni¹ pomiar do- k³adniejszym. Stosowanie w prakty- ce starej metody nie uwzglêdniaj¹-
cej po³o¿enia tarczycy zani¿a jodo- chwytnoœæ nawet o ponad 30 proc.
Badania ultrasonograficzne w wielu przypadkach pokaza³y, ¿e tarczyce osób trafiaj¹cych do szpitali znacznie odbiegaj¹ od normy (du¿y rozrzut wielkoœci p³a- tów, asymetria, niestandardowe po³o¿enie), a badania scyntygra- ficzne pokaza³y ponadto nierówno- mierne gromadzenie siê jodu w p³atach tarczycy.
Dalsze badania
Planowane s¹ dalsze badania maj¹ce na celu:
opracowanie metodyki i stanowi- ska pomiarowego dostosowane- go do aktywnoœci terapeutycz- nych podawanych pacjentom,
ograniczenie b³êdów geometrii pomiaru pacjenta,
kalibracjê z uwzglêdnieniem nie- standardowej tarczycy – nowy model fantomu.
PODZIÊKOWANIA A
Auuttoorrzzyy sseerrddeecczznniiee ddzziiêêkkuujj¹¹ P
Paannuu pprrooff.. LLeesszzkkoowwii KKrróólliicckkiieemmuu zzaa u
ummoo¿¿lliiwwiieenniiee pprrzzeepprroowwaaddzzeenniiaa ppoo-- m
miiaarróóww zz uuddzziiaa³³eemm ppaaccjjeennttóóww w
w WWaarrsszzaawwsskkiimm SSzzppiittaalluu BBrróóddnnooww-- s
skkiimm..
PIŒMIENNICTWO
1. Oœko J. Opracowanie fantomu i spo- sobu kalibracji licznika promieniowania tarczycy z uwzglêdnieniem jej po³o¿e- nia – praca magisterska, Politechnika Warszawska, Wydz. Mechatroniki, In- stytut Biocybernetyki i In¿ynierii Bio- medycznej, 2001.
2. ICRP Publication 30. Limits for intakes of radionuclides by workers – Part 1, vol. No 3/4, str. 23-29 i 88-89, Perga- monn Press, 1979.
*ALIo – roczne wnikniêcie na drodze oddechowej dla osób za- wodowo nara¿onych na promienio- wanie jonizuj¹ce, które dla 131I wy- nosi 6 MBq, co odpowiada równo- wa¿nej dawce obci¹¿aj¹cej 50 mSv na ca³e cia³o.
ADRES DO KORESPONDENCJI mgr in¿. TToommaasszz PPlliisszzcczzyyññsskkii Instytut Energii Atomowej Ochrona Radiologiczna
i S³u¿ba Awaryjno-Dozymetryczna 05–400 Otwock/Œwierk
