Measurement of activity of ¹³¹I deposited in human thyroid during the medical examination

WSTĘP


Zaprezentowane w niniejszej pracy wyniki badań powstały na podstawie doświadczeń i praktyki pomiarowej Laboratorium Skażeń Wewnętrznych IEA oraz pracy magisterskiej Jakuba Ośko.

Jod jest jednym z częściej używanych pierwiastków radioaktywnych w medycynie nuklearnej. Najczęściej wykorzystywanym w diagnostyce i terapii izotopem jest ¹³¹I. Zastosowanie mają jeszcze ¹²⁵I i ¹²³I.

Do kalibracji licznika promieniowania tarczycy wykorzystywano 3 fantomy tarczycy: umożliwiający regulację położenia tarczycy fantom wodny [1], pleksiglasowy i RSD (Radiology Support Devices Inc., USA). Do dalszych badań wykorzystano wyniki kalibracji fantomem wodnym.



MATERIAŁ I METODY


Fantom wodny zastosowany do wzorcowania ma postać walca o średnicy 128 mm i wysokości 165 mm. Tarczyca jest symulowana przez 2 cylindryczne pojemniki o objętości 13 cm³ każdy. Konstrukcja mocowania pojemników umożliwia symulowanie efektywnej głębokości położenia tarczycy płynnie w przedziale od 24 do 60 mm. Widok rozłożonego fantomu oraz w momencie jego pomiarów kalibracyjnych prezentuje fot.



Widmo energetyczne jodu ¹³¹I z charakterystycznymi liniami energetycznymi, przedstawiono na rycinie.



Na rycinie przedstawiono 2 przypadki kalibracji fantomu wodnego wykonane w stałej, standardowej geometrii pomiarowej stosowanej w LPT-IEA. Standardowa geometria pomiarowa w pomiarach dozymetrycznych to 12-centymetrowa odległość pomiędzy czołem detektora a powierzchnią szyi pacjenta (fantomu). Taki wybór jest kompromisem pomiędzy maksymalizacją wydajności detekcji linii 364 keV, a wygodą osoby mierzonej i minimalizacją wpływu głębokości położenia tarczycy na wynik pomiaru.

Widmo górne pokazuje sytuację, gdy gruczoły tarczycy są najbliżej powierzchni szyi, tzn. ich środek geometryczny leży w odległości 23 mm od powierzchni fantomu, zaś widmo dolne odpowiada odsunięciu środka geometrycznego tarczycy na odległość 51 mm od powierzchni fantomu.
Na ocenę aktywności ¹³¹I w tarczycy wpływa szereg różnych czynników, takich jak:

- odległość pomiędzy czołem detektora a powierzchnią szyi lub fantomu (wynika to ze znanego powszechnie faktu, że intensywność promieniowania maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości: źródło punktowe - detektor);

- niesymetryczne ustawienie lub obrót detektora względem środka symetrii gruczołów tarczycy;

- efektywna głębokość położenia tarczycy (niestandardowa).



Źródłem największych błędów, przy stałej geometrii pomiarowej, jest zmienna głębokość położenia tarczycy i tym parametrem zajęto się w dalszej części rozważań.

Na podstawie widma spektrometrycznego można na wiele sposobów ocenić efektywną głębokość położenia tarczycy, wykorzystując w tym celu charakterystyczne piki energetyczne.

Jedną z metod jest wyznaczenie ilorazu liczby zliczeń netto pod pikiem 364 keV (tym samym, który wykorzystuje się do oceny aktywności) do liczby zliczeń z obszaru rozproszenia Comptonowskiego w przedziale energii pomiędzy 100 i 150 keV.

Wybrano ten sposób, ponieważ nachylenie krzywej jest tu największe, co pozwala najdokładniej ocenić położenie tarczycy, a także ponieważ błąd oceny aktywności jest najmniejszy dla piku 364 keV.



WYNIKI


Kolejnym etapem badań było zweryfikowanie i próba zastosowania w praktyce opracowanej wcześniej metody kalibracji LPT.

Pomiary aktywności jodu w tarczycy po jego diagnostycznym podaniu, wykonano w Zakładzie Medycyny Nuklearnej Wojewódzkiego Szpitala Bródnowskiego w Warszawie.

Badaniu poddano 95 osób. Byli to pacjenci skierowani na badanie jodochwytności tarczycy. 24 godz. przed pomiarem pacjenci otrzymali doustnie jod ¹³¹I o aktywności 2-4 MBq.

W skład grupy weszło 67 kobiet i 28 mężczyzn. W 65 przypadkach znane były wyniki badania USG tarczycy i określone na ich podstawie wymiary płatów.
Na podstawie zebranych danych wyznaczono mechaniczną głębokość tarczycy, efektywną głębokość tarczycy, aktywność zgromadzoną w tarczycy oraz jodochwytność.

Mechaniczną głębokość tarczycy wyznacza się zakładając, że położenie tarczycy jest zawsze jednakowe i między tarczycą, a powierzchnią szyi znajduje się 8 mm tkanki. Położenie środka tarczycy zależy więc jedynie od wielkości płatów.



Efektywną głębokość tarczycy wyznaczono na podstawie wykonanej wcześniej kalibracji LPT z użyciem fantomu wodnego. Wykorzystano tu wyznaczone wcześniej równanie zależności ilorazu liczby zliczeń netto pod pikiem 364 keV i liczby zliczeń z obszaru rozproszenia Comptonowskiego w przedziale energii pomiędzy 100 i 150 keV od głębokości położenia tarczycy.
Dysponując informacją o głębokości położenia tarczycy oraz znając zależność wydajności detekcji w funkcji głębokości położenia można określić aktywność izotopu ¹³¹I zgromadzonego w tarczycy w chwili pomiaru. Aktywność wyznaczono korzystając z dwóch metod.

W metodzie prostej wykorzystano stałą wartość wydajności detekcji e = 0,00253 wyznaczoną dla standardowej głębokości położenia tarczycy 23 mm. W metodzie z poprawkami obliczono wydajność detekcji oddzielnie dla każdego przypadku.

Jodochwytność tarczycy wyznaczono jako stosunek zmierzonej aktywności w tarczycy pacjenta do aktywności kapsułek z radionuklidem zmierzonej tuż przed połknięciem ich przez pacjenta. Wyznaczono ją 2-krotnie, jako jodochwytność prostą i z poprawkami.

W 91 przypadkach, co stanowi 95,79 proc. badanych, aktywność zmierzona w tarczycy (a więc również jodochwytność) metodą z poprawkami była większa od prostej, a w pozostałych 4 (4,21 proc.) - mniejsza.
Średnio jodochwytność z poprawkami była większa od prostej o 6,9 proc.



Zanotowano dość duży rozrzut - różnice między jodochwytnością z poprawkami i jodochwytnością prostą wynosiły od 34 do 6 proc.



W 65 przypadkach znane były wyniki badania USG, co pozwoliło określić różnicę między mechaniczną G_m, a efektywną G_ef głębokością tarczycy. W 26 (40 proc.) przypadkach większa okazała się mechaniczna głębokość tarczycy, w pozostałych 39 (60 proc.) - efektywna. Średnio głębokość efektywna jest większa od mechanicznej o 2,4 mm.



OMÓWIENIE WNIOSKÓW


Ochrona radiologiczna

Czułość prezentowanej metody dla 10-minutowego pomiaru w odległości 12 cm wynosi 200 Bq/tarczycę, co odpowiada 1×10^-4 ALIo* [2] na pojedynczy pomiar. Dla prawidłowej oceny narażenia od 131I należałoby prowadzić pomiary kontrolne przynajmniej raz na miesiąc, co odpowiada dla pesymistycznych założeń, że próg czułości wynosi 2 proc. ALIo rocznie.
Dokładność pomiaru bardzo silnie zależy od zachowania geometrii (odległości detektor - szyja) oraz od głębokości położenia tarczycy.

Dla oceny aktywności bardzo istotna jest informacja - kiedy nastąpiło wniknięcie 131I do organizmu i jaką drogą. Natomiast stosunkowo niewielki błąd wynika ze stosowania dla celów kalibracji nietkankopodobnego fantomu.
Przykład. Kalibracja: standardowy fantom pleksiglasowy (odległość = 12 cm, tarczyca na głębokości mechanicznej = 20 mm).



Pomiar: rzeczywista odległość = 15 cm, tarczyca z analizy widma na głębokości efektywnej = 25 mm.

- błąd z powodu różnicy odległości przy pomiarze i kalibracji - ok. 25 proc.,

- błąd z powodu różnicy w położeniu tarczycy - ok. 10 proc.,

- błąd z powodu różnic w gęstości fantomu i człowieka - ok. 3 proc.,

- do tego dochodzi niepewność dotycząca czasu wniknięcia, np. 10 dni - 25 proc., ale 20 dni - 500 proc.



Medycyna


W postępowaniu medycznym zawsze znana jest aktywność podanego preparatu oraz czas jego podania, a więc błędy oceny aktywności w tarczycy z tego powodu można pominąć.

Utrudnienia pomiarowe związane są przede wszystkim z zapewnieniem powtarzalności geometrii pomiarowej.



Zestaw spektrometryczny wykorzystywany do pomiarów w ochronie radiologicznej nie jest najlepszym narzędziem w badaniach klinicznych. Jego wadą jest zbyt duża czułość, powodująca trudności w ocenie aktywności już przy dawkach diagnostycznych i uniemożliwiająca taką ocenę przy dawkach terapeutycznych.



Celem tego typu pomiaru jest możliwie dokładne określenie jodochwytności tarczycy niezbędne do planowania dalszej terapii jodowej. Wyniki badań wskazują, że wprowadzenie stosownych kalibracji, a potem poprawek do szacowania jodochwytności, czynią pomiar dokładniejszym. Stosowanie w praktyce starej metody nie uwzględniającej położenia tarczycy zaniża jodochwytność nawet o ponad 30 proc.



Badania ultrasonograficzne w wielu przypadkach pokazały, że tarczyce osób trafiających do szpitali znacznie odbiegają od normy (duży rozrzut wielkości płatów, asymetria, niestandardowe położenie), a badania scyntygraficzne pokazały ponadto nierównomierne gromadzenie się jodu w płatach tarczycy.



Dalsze badania


Planowane są dalsze badania mające na celu:

- opracowanie metodyki i stanowiska pomiarowego dostosowanego do aktywności terapeutycznych podawanych pacjentom,

- ograniczenie błędów geometrii pomiaru pacjenta,

- kalibrację z uwzględnieniem niestandardowej tarczycy - nowy model fantomu.



PODZIĘKOWANIA

Autorzy serdecznie dziękują Panu prof. Leszkowi Królickiemu za umożliwienie przeprowadzenia pomiarów z udziałem pacjentów w Warszawskim Szpitalu Bródnowskim.



PIŚMIENNICTWO

1. Ośko J. Opracowanie fantomu i sposobu kalibracji licznika promieniowania tarczycy z uwzględnieniem jej położenia - praca magisterska, Politechnika Warszawska, Wydz. Mechatroniki, Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej, 2001.
2. ICRP Publication 30. Limits for intakes of radionuclides by workers - Part 1, vol. No 3/4, str. 23-29 i 88-89, Pergamonn Press, 1979.



*ALIo - roczne wniknięcie na drodze oddechowej dla osób zawodowo narażonych na promieniowanie jonizujące, które dla 131I wynosi 6 MBq, co odpowiada równoważnej dawce obciążającej 50 mSv na całe ciało.



ADRES DO KORESPONDENCJI

mgr inż. Tomasz Pliszczyński

Instytut Energii Atomowej

Ochrona Radiologiczna

i Służba Awaryjno-Dozymetryczna

05-400 Otwock/Świerk