Validatie en optimalisatie van een voxel fantoom en het design van een dosimeter bij het gebruik van een loden schort voor medisch personeel in de interventionele radiologie

Het aantal medisch nucleaire beeldvormingtechnieken die dagelijks gebruikt worden in onze ziekenhuizen neemt zienderogen toe. De verschillende medisch nucleaire toepassingen worden traditioneel onderverdeeld in radiologie, radiotherapie en nucleaire geneeskunde. De laatste jaren is een nieuwe categorie ontstaan: de interventionele radiologie. In de interventionele radiologie worden invasieve behandelingen, zoals bijvoorbeeld het verwijderen van tumoren, vervangen door eenvoudige kijkoperaties. Hierbij wordt gebruik gemaakt van nucleaire medische beeldvormingtechnieken zoals CT (computed tomografie) en RX (klassieke radiografie). De complexe procedures vergen echter een groot aantal beeldopnamen, lange opnametijden en lange proceduretijden. Hierdoor is de hoeveelheid nucleaire straling, dosis genoemd, opgelopen door zowel de patiënt als het medisch personeel hoger in vergelijking met conventionele radiologie. De stralingshoeveelheid voor patiënten is medisch verantwoord. Medisch personeel daarentegen loopt ten gevolgen van de vele procedures die ze per dag uitvoeren, een behoorlijke jaarlijkse stralingsbelasting op. Persoonlijke dosisopvolging is hierdoor vereist.

    In België zijn alle menselijke activiteiten waarbij ioniserende straling aangewend wordt, onderworpen aan de reglementaire bepalingen die vermeld worden in het Koninklijk Besluit op de Stralingsbescherming van 20 juli 2001. Hierdoor is persoonlijke dosisopvolging voor medisch personeel bij wet verplicht. Dit gebeurt door middel van een dosimeter, d.i. een klein dun doosje met een detector binnenin, dat op borsthoogte gedragen dient te worden. De dosimeter wordt gedurende een periode van 1 maand of 3 maanden gedragen en wordt nadien door een gecertificeerde instantie uitgelezen. Op deze manier wordt de opgelopen dosis van een persoon gedurende gans zijn carrière opgevolgd en kunnen maatregelen genomen worden bij onregelmatige of te hoge uitleeswaarden.

   De dosimeters die momenteel beschikbaar zijn, geven echter geen goede indicatie van de opgelopen dosis indien het medisch personeel een loden schort en/of schildklierbeschermer draagt ter bescherming. Indien de detector namelijk boven de beschermingskledij gedragen wordt, geeft het een te grote uitleeswaarde doordat geen rekening wordt gehouden met de beschermende werking van het lood. Een dosimeter gedragen onder het lood geeft een te lage dosiswaarde, omdat geen rekening wordt gehouden met de lichaamsdelen die niet beschermd worden door het lood. In de praktijk wordt daarom gebruik gemaakt van dubbele dosimetrie, d.w.z. dat zowel een dosimeter boven als onder de loden schort gedragen wordt. Een wiskundige combinatie van de twee uitleeswaarden wordt gebruikt als maat voor de opgelopen dosiswaarde. Het probleem is echter dat het dragen van twee dosimeters niet economisch is en dat veel verschillende berekeningsalgoritmen in de wereld gehanteerd worden. Bovendien moeten de dosimeters consequent boven/onder het lood gedragen worden. Onderlinge verwisseling leidt tot een incorrecte dosiswaarde.

   Het studiecentrum voor Kernenergie (SCK•CEN) heeft één van zijn onderzoeken gewijd aan dit probleem. Samen met Kim Kauwenberghs, een laatstejaarsstudent Burgerlijk Ingenieur Toegepaste Natuurkunde van de universiteit Gent, heeft de expertisegroep Radiation Protection Dosimetry and Calibration van SCK•CEN getracht een nieuwe dosimeter te ontwerpen die een goede meetwaarde geeft van de stralingsdosis opgelopen door medisch personeel in de interventionele radiologie indien gebruik wordt gemaakt van een loden schort ter bescherming. Dubbele dosimetrie, en de hiermee samenhangende nadelen, worden door deze nieuwe dosimeter vermeden.

   Het onderzoek werd uitgevoerd met behulp van het softwarepakket Monte Carlo N-Particle Transport (MCNP-X). In de praktijk wordt naast experimentele meetprocedures veel gebruik gemaakt van Monte Carlo simulaties: klinische situaties worden zeer nauwkeurig gesimuleerd en relevante dosimetrische grootheden worden berekend. Patiënten en/of medisch personeel worden in deze simulaties benaderd door een ICRU-slab fantoom, d.i. een kubus opgebouwd uit weefsel equivalent materiaal, een mathematisch fantoom, d.i. de anatomie van de mens voorgesteld met behulp van eenvoudige geometrische vormen zoals kubussen, ellipsoïden en kegels, en voxel fantomen, d.i. de anatomie van de mens gebaseerd op digitale beelden bekomen door CT of MRI (magnetic resonance imaging) van leden van de bevolking. Doordat voxel fantomen een realistische representatie geven van de anatomie van het menselijk lichaam, werd het Male Adult voXel fantoom (MAX) gebruikt bij dit onderzoek. In een eerste fase werd dit voxel fantoom geoptimaliseerd en gevalideerd.

   Het design van de nieuwe dosimeter werd stapsgewijs uitgevoerd. Hierbij werd aan de huidige dosimeter die gehanteerd wordt door SCK•CEN voor persoonsdosimetrie stap voor stap kleine veranderingen doorgevoerd. Het effect van de verandering op de gemeten dosiswaarde werd op deze manier onderzocht. Met behulp van deze gegevens werd getracht een nieuwe dosimeter geometrie te ontwerpen. De dosimeter werd bovendien zodanig ontworpen dat hij boven de persoonlijke beschermingsmiddelen gedragen dient te worden.

   Het beste resultaat werd bekomen door een 0.3 mm loden filter voor en een 8 cm teflon filter achter de detector toe te voegen in de originele dosimeter geometrie. De nieuwe dosimeter geeft een goede indicatie van de stralingsdosis opgelopen door medisch personeel in de interventionele radiologie die gebruik maken van een loden schort ter bescherming.

   Deze nieuwe dosimeter geometrie is echter niet in realiteit te verwezenlijken vanwege zijn 10 cm dikte. SCK•CEN zet het onderzoek verder in de hoop een detector te ontwerpen die niet enkel een goede indicatie geeft van de stralingsdosis opgelopen door medisch personeel in de interventionele radiologie die gebruik maken van een loden schort en/of een loden schildklierbeschermer, maar ook praktisch te verwezenlijken is.