Zur Strahlenexposition von Kindern in der pädiatrischen Radiologie

Zusammenfassung

Ziel: Vorstellung eines Algorithmus zur rechnergestützten Dosisrekonstruktion aus den in radiologischen Datenbanken dokumentierten Röntgenexpositionsdaten sowie Berechnung neuer Konversionsfaktoren für die pädiatrische Radiologie am Beispiel der Projektionsradiografie des Schädels bei fünfjährigen Kindern. Material und Methoden: In der Abteilung Radiologie im Dr. von Haunerschen Kinderspital (DvHK), Kliniken der Universität München, werden seit 1976 die im klinischen Routinebetrieb bei konventionellen pädiatrischen Röntgenuntersuchungen anfallenden klinischen und strahlenphysikalischen Daten in elektronischen Datenbanksystemen dokumentiert. Der Gesamtdatenbestand umfasste am Ende des Jahres 2007 die Daten zu insgesamt 305 434 konventionellen Röntgenuntersuchungen. Mit dem PÄDOS-Algorithmus wurde ein Verfahren zur rechnergestützten Dosisrekonstruktion anhand der in den Datenbanken aufgezeichneten Röntgenexpositionsparameter entwickelt. Das Dosisrekonstruktionsverfahren beruht auf dem Konversionsfaktoren-Konzept, wobei mithilfe des von der finnischen Strahlenschutzbehörde STUK zur Verfügung gestellten PC-Programms PCXMC in Monte-Carlo-Simulationen neue Konversionsfaktoren für die pädiatrische Radiologie unter Berücksichtigung der Röntgenexpositionsbedingungen im DvHK errechnet wurden. Ergebnisse: Der Dosisbedarf bei der Projektionsradiografie des Schädels befand sich in den letzten 30 Jahren bei Kindern aller Altersstufen in guter Übereinstimmung mit dem jeweiligen Stand der Aufnahmetechnik; insbesondere wurden die Referenzwerte des Bundesamtes für Strahlenschutz für die Röntgenuntersuchung des Schädels aus dem Jahr 2003 weitestgehend unterschritten. Zur Berechnung von Organ- und Effektivdosen wurden Konversionsfaktoren für 28 Röntgenuntersuchungsverfahren, 6 Altersgruppen, 40 Referenzorgane, 3 Projektionen, 12 Röntgenröhrenspannungen und 3 Gesamtfilterungen jeweils für optimale und suboptimale Strahlenfeldeinstellungen berechnet. Auf diese Weise konnte der Einfluss der Feldeinblendung auf die Organdosen vor allem strahlensensibler Organe wie z. B. der Schilddrüse und des roten Knochenmarks dargestellt werden. Schlussfolgerung: Radiologische Datenbanken bilden eine wesentliche Grundlage für eine effektive Qualitätssicherung in der Pädiatrischen Radiologie und für die Durchführung retrospektiver Dosisstudien. Der PÄDOS-Algorithmus scheint für die Synthese und Analyse klinischer Großdatenbanken mit heterogener Datenstruktur sowie zur Dosisrekonstruktion aus den dokumentierten Röntgenexpositionsparametern geeignet.

Abstract

Purpose: Development of an algorithm for computer-assisted dose reconstruction using exposure data from a very large electronic database of a university children’s hospital. Radiation dose values and new conversion factors for pediatric radiology were calculated and selected results for skull X-rays of 5-year-old patients will be presented. Materials and Methods: Since 1976 all relevant data from daily routine X-ray examinations performed in Dr. von Hauner’s Kinderspital (children’s hospital of the university of Munich, DvHK) have been stored electronically in a database. This database now encompasses basic personal patient data, type of radiological procedure, individual radiographic/fluoroscopic settings, dose measurements (dose area product), individual referral criteria and radiological diagnosis. After 30 years of data gathering, the database now includes 305 434 radiological examinations (radiographs and fluoroscopies) of all age groups, from newborns to adolescents. With a computer program, called PÄDOS, a specific algorithm was created to calculate radiation doses using the individual dose area product values and other known exposure parameters extracted from the databases. The dose reconstruction procedure is based on the conversion factor concept. By means of the PCXMC program developed by the Finnish Center for Radiation and Nuclear Safety (STUK, Helsinki), Monte Carlo simulations were performed to calculate new conversion factors for pediatric radiology based on the radiographic technique used in the DvHK. Results: The entrance dose values of skull X-rays showed a very good correlation with the changes of examination technique in the last 30 years. In our sample, the measured dose values for skull X-rays were far below the reference dose levels set by the Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) in 2003. Conversion factors for 28 different radiographic procedures, 6 age groups, 40 reference organs, 3 beam projections, 12 voltage settings and 3 total filtration levels were calculated. The influence of collimation on the organ doses of radiosensitive organs, e. g. thyroid, bone marrow, in all age groups, especially in the very young, was able to be demonstrated. Conclusion: The PÄDOS algorithm seems to be suitable for the handling of very large and heterogeneous radiological databases and allows the reconstruction of various dose entities.

Key words

pediatric radiology - radiography - skull - dosimetry - conversion factors

Literatur

• 1 Deutsche Gesellschaft für Medizinische Physik .Pränatale Strahlenexposition aus medizinischer Indikation. Dosisermittlung, Folgerungen für Arzt und Schwangere. DGMP-Bericht Nr. 7. Deutsche Gesellschaft für Medizinische Physik 2002
• 2 Seidenbusch M. Rekonstruktion von Organ- und Effektivdosen bei konventionellen Röntgenuntersuchungen am Dr. von Haunerschen Kinderspital der Universität München mit einer Berechnung neuer Konversionsfaktoren für die pädiatrische Radiologie. Dissertation. Medizinische Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität München 2006
• 3 Seidenbusch M, Schneider K. Zur Strahlenexposition von Kindern in der pädiatrischen Radiologie. Teil 1: Indikationen und Röntgenuntersuchungshäufigkeiten in der konventionellen radiologischen Diagnostik an einer Universitäts-Kinderklinik zwischen 1976 und 2003.  Fortschr Röntgenstr. in Druck; 
• 4 Löster W, Drexler G, Stieve F E. Die Messung des Dosisflächenproduktes in der diagnostischen Radiologie als Methode zur Ermittlung der Strahlenexposition. Berlin; Hoffmann Verlag 1995
• 5 Kramer R, Zankl M, Williams G. et al .The Calculation of Dose from External Photon Exposures Using Reference Human Phantoms and Monte Carlo Methods. Part I: The Male (Adam) and Female (Eva) Adult Mathematical Phantoms. GSF-Bericht S-885. Neuherberg; GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit 1986
• 6 Servomaa A, Rannikko S, Nikitin V. et al .A topographically and anatomically unified phantom model for organ dose determination in radiation hygiene. STUK-A87. Helsinki; Finnish Centre for Radiation and Nuclear Safety 1989
• 7 Zankl M, Veit R, Williams G. et al . The construction of computer tomographic phantoms and their application in radiology and radiation protection.  Radiat Environ Biophys. 1988;  27 153-164
• 8 Drexler G, Panzer W, Stieve F E. Die Bestimmung von Organdosen in der Röntgendiagnostik. Berlin; Hoffmann Verlag 1993
• 9 Hart D, Jones D J, Wall B F. Estimation of effective dose in diagnostic radiology from entrance surface dose and dose-area-product measurements. National Radiological Protection Board NRPB-R262 1994
• 10 Hart D, Jones D J, Wall B F. Coefficients for Estimating Effective Doses from Pediatric X-ray examinations. National Radiological Protection Board NRPB-R279 1996
• 11 Ernst G, Schneider K, Kohn M M. Strahlenbelastung in der Kinderradiologie – Ergebnisse europäischer Feldstudien (1989 – 1995).  mta. 1998;  13 730-736
• 12 Schneider K, Fendel H, Bakowski C. et al . Results of a dosimetry study in the European Community on frequent X ray examinations in infants.  Radiat Prot Dosim. 1992;  43 31-36
• 13 Tapiovaara M, Lakkisto M, Servomaa A. PCXMC. A PC-based Monte Carlo program for calculating patient doses in medical x-ray examinations. Report STUK A-139. Helsinki; Finnish Centre for Radiation and Nuclear Safety, Säteilyturvakeskus (STUK) 1997
• 14 International Commission on Radiological Protection .Report of the Task Group on Reference Man: Anatomical, Physiological and Metabolic Characteristics. ICRP Publication 23. Oxford; Pergamon Press 1975
• 15 Harrison R M, Clayton C B, Day M J. et al . A survey of radiation dose to patients in five common diagnostic examinations.  Br J Radiol. 1983;  56 383-395
• 16 Beentjes L B, Glas J A. An Estimate of the Somatically Effective Dose From Diagnostic Radiology in the Netherlands During 1976 – 1980.  Health Phys. 1984;  47 299-304
• 17 Shrimpton P C, Wall B F, Hart D. Diagnostic medical exposures in the UK.  Appl Rad Isot. 1999;  50 261-269
• 18 Wall B F, Shrimpton P C. Patient dose protocols and trends in the UK.  Radiat Prot Dosim. 1995;  57 359-362
• 19 Shrimpton P C, Wall B F, Jones D G. et al . Doses to patients from routine diagnostic X-ray examinations in England.  British J Radiol. 1986;  59 749-758
• 20 Meiler J. Die Strahlenbelastung des Patienten bei Röntgenaufnahmen.  Röntgenpraxis. 1987;  40 57-64
• 21 Padovani R, Contento G, Fabretto M. et al . Patient doses and risks from diagnostic radiology in North-east Italy.  Brit J Radiol. 1987;  60 155-165
• 22 Fendel H, Schneider K, Kohn M M. et al .Specific principles for optimization of image quality and patient exposure in paediatric diagnostic imaging. Moores BM, Wall BF, Eriskat H et al Optimization of Image Quality and Patient Exposure in Diagnostic Radiology British Institute of Radiology, BIR-Report 1989 20: 91-101
• 23 Gallini R E, Belletti S, Berna V. et al .Quality-assurance planning in diagnostic radiology. Moores BM, Wall BF, Eriskat H et al Optimization of Image Quality and Patient Exposure in Diagnostic Radiology British Institute of Radiology, BIR-Report 1989 20: 210-212
• 24 Vanó E, González L, Calzado A. et al .Some results of a patient dose survey in the area of Madrid. Moores BM, Wall BF, Eriskat H et al Optimization of Image Quality and Patient Exposure in Diagnostic Radiology British Institute of Radiology, BIR-Report 1989 20: 180-185
• 25 Schneider K, Fendel H, Bakowski C. et al . Results of a dosimetry study in the European Community on frequent × ray examinations in infants.  Radiat Prot Dosim. 1992;  43 31-36
• 26 Pehe J. Untersuchung über die Patientendosis und die Bildqualität bei häufigen Röntgenaufnahmen in der Kinderradiologie. Dissertation. Universität München 1993
• 27 Ruiz M J, González L, Vanó E. et al . Measurement of radiation doses in the most frequent simple examinations in paediatric radiology and the dependence on patient age.  Br J Radiol. 1991;  64 929-933
• 28 Gallini R E, Belletti S, Berna V. et al . Adult and child doses in standardised × ray examinations.  Radiat Prot Dosim. 1992;  43 41-47
• 29 Hagemann G. Dosisbedarf für die Projektionsverfahren der Röntgendiagnostik.  Akt Radiol. 1992;  2 123-130
• 30 Harrison R M, Faulkner K, Davies M L. et al . Patient dosimetry in diagnostic radiology – some practical considerations in an NHS Region.  J Radiol Prot. 1995;  15 203-216
• 31 Hösle M. Untersuchung über die Patientendosis und die Bildqualität bei häufigen Röntgenaufnahmen im Säuglingsalter in Kliniken der alten Bundesländer mit Leitung durch einen Pädiater oder einen Radiologen. Dissertation. Universität München 1993
• 32 Schibilla H, Stieve F E. Aktuelle Erhebungen über die effektive Strahlenexposition in der Röntgen- und nuklearmedizinischen Diagnostik – Europastudie. Riccabona G, Reiners C, Kletter K et al Aktuelle Fragen des Strahlenschutzes. Strahlenschutz in Forschung und Praxis, Band 37 Stuttgart; Gustav-Fischer-Verlag 1995: 67-93
• 33 Martin C J, Farquhar B, Stockdale E. et al . A study of the relationship between patient dose and size in paediatric radiology.  Br J Radiol. 1994;  67 864-871
• 34 Okkalides D, Fotakis M. Patient effective dose resulting from radiographic examinations.  Brit J Radiol. 1994;  67 564-572
• 35 Winter W. Untersuchung über die Patientendosis und die Bildqualität bei häufigen Röntgenaufnahmen im Säuglingsalter bei niedergelassenen Ärzten (Pädiater, Orthopäden, Chirurgen). Dissertation. Universität München 1994
• 36 Mini R. Strahlenexpositionen in der Röntgendiagnostik. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Strahlenexposition in der medizinischen Diagnostik. Veröffentlichungen der Strahlenschutzkommission, Band 30 Stuttgart, Jena, New York; Gustav-Fischer-Verlag 1995: 49-74
• 37 Kyriuo J C, Fitzgerald M, Pettett A. et al . A comparison of doses and techniques between specialist and non-specialist centres in the diagnostic X-ray imaging of children.  Brit J Radiol. 1996;  69 437-450
• 38 Cook J V, Shah K, Pablot S. et al .Guidelines on Best Practice in the X-ray Imaging of Children. A Manual for all X-ray Departments. Queen Mary’s Hospital for Children, Surrey, and The Radiological Protection Centre, London 1998
• 39 Hufton A P, Doyle S M, Carty H ML. Digital radiography in paediatrics: radiation dose considerations and magnitude of possible dose reduction.  Brit J Radiol. 1998;  71 186-199
• 40 Mooney R, Thomas P S. Dose reduction in a paediatric X-ray department following optimization of radiographic technique.  Brit J Radiol. 1998;  71 852-860
• 41 Schandorf C, Tetteh G K. Analysis of dose and dose distribution for patients undergoing selected X ray diagnostic procedures in Ghana.  Radiat Prot Dosim. 1992;  76 249-256
• 42 Parry R A, Glaze S A, Archer B R. Typical Patient Radiation Doses in Diagnostic Radiology.  Radiographics. 1999;  19 1289-1302
• 43 Ajayi I R, Akinwumiju A. Measurement of entrance surface dose to patients in four common diagnostic examinations by thermoluminescence dosimetry in Nigeria.  Radiat Prot Dosim. 2000;  87 217-220
• 44 Hart D, Hillier M C, Wall B F. Doses to Patients from Medical X-ray Examinations in the UK – 2000 Review. National Radiological Protection Board NRPB-W14 2002
• 45 Begum Z. Entrance surface, organ and effective doses for some of the patients undergoing different types of × ray procedures in Bangladesh.  Radiat Prot Dosim. 2001;  95 257-262
• 46 Ogunseyinde A O, Adeniran S AM, Obed R I. et al . Comparison of entrance surface doses of some × ray examinations with CEC reference doses.  Radiat Prot Dosim. 2002;  98 231-234
• 47 Burrage J W, Rampant P L, Beeson B P. Scatter and transmission doses from several pediatric X-ray examinations in a nursery.  Pediatr Radiol. 2003;  33 704-708
• 48 Gogos K A, Yakoumakis E N, Tsalafoutas I A. et al . Radiation dose considerations in common paediatric X-ray examinations.  Pediatr Radiol. 2003;  33 236-240
• 49 Brindhaban A, Al-Khalifah A. Radiation dose to premature infants in neonatal intensive care units in Kuwait.  Radiat Prot Dosim. 2004;  111 275-281
• 50 Mazonakis M, Damilakis J, Raissaki M. et al . Radiation dose and cancer risk to children undergoing skull radiography.  Pediatr Radiol. 2004;  34 624-629
• 51 Ogundare F O, Ajibola C L, Balogun F A. Survey of radiological techniques and doses of children undergoing some common x-ray examinations in three hospitals in Nigeria.  Med Phys. 2004;  31 521-524
• 52 Compagnone G, Pagan L, Bergamini C. Effective dose calculations in conventional diagnostic x-ray examinations for adult and paediatric patients in a large Italian hospital.  Radiat Prot Dosim. 2005;  114 164-167
• 53 Ziliukas J, Morkunas G. Results of a patient dose survey on diagnostic radiology in Lithuania.  Radiat Prot Dosim. 2005;  114 172-175
• 54 Azevedo A CP, Osibote O A, Boechat M CB. Paediatric x-ray examinations in Rio de Janeiro.  Phys Med Biol. 2006;  51 3723-3732
• 55 Rainbow A J, Cockshott W P. A 13-year regional survey of patient exposure in diagnostic radiology. Moores BM, Wall BF, Eriskat H et al Optimization of Image Quality and Patient Exposure in Diagnostic Radiology British Institute of Radiology, BIR-Report 1989 20: 177-180
• 56 Serro R, Carreiro J V, Galvào J P. et al . Population dose assessment from radiodiagnosis in Portugal.  Radiat Prot Dosim. 1992;  43 65-68
• 57 Havukainen R, Pirinen M. Patient dose and image quality in five standard x-ray examinations.  Med Phys. 1993;  20 813-817
• 58 Wade J P, Goldstone K E, Dendy P P. Patient dose measurement and dose reduction in East Anglia (UK).  Radiat Prot Dosim. 1995;  57 445-448
• 59 Hart D, Wall B F. Radiation Exposure of the UK Population from Medical and Dental X-ray Examinations. National Radiological Protection Board NRPB-W4 2001
• 60 Poretti G G. Radiation exposure of a population due to diagnostic x-ray examinations: some critical remarks.  Phys Med Biol. 1985;  30 1017-1027
• 61 Regulla D, Eder H. Patient exposure in medical X-ray imaging in Europe.  Radiat Prot Dosim. 2005;  114 11-25
• 62 Lindskoug B A. The reference man in diagnostic radiology dosimetry.  Br J Radiol. 1992;  65 431-437
• 63 Brix G. Bekanntmachung der diagnostischen Referenzwerte für radiologische und nuklearmedizinische Untersuchungen. Salzgitter; Bundesamt für Strahlenschutz 2003
• 64 Kohn M M, Moores B M, Schibilla H. et al .European guidelines on quality criteria for diagnostic radiographic images in paediatrics. EUR 16 261 EN. European Commission 1996
• 65 Eder H. Erhöhte Strahlenexposition von Patienten infolge gerätebedingter Störfälle. München; Bayerisches Landesamt für Arbeitssicherheit, Arbeitsmedizin und Sicherheitstechnik V(LfAS) 2001 www.lfas/publ/roentg/sb_roentgen.htm
• 66 Le Heron J C. Estimation of effective dose to the patient during medical x-ray examinations from measurements of the dose-area product.  Phys Med Biol. 1992;  37 2117-2126
• 67 Ewen K. Die effektive Dosis in der Röntgendiagnostik.  Z Med Phys. 2000;  10 119-122
• 68 Griebl G. Variation von Feldgröße und Dosis bei Röntgen-Thoraxaufnahmen beim 5 Jahre alten Kind – kritische Analyse einer Feldstudie in europäischen Kinderkliniken. Dissertation. Universität München 2001
• 69 Zeiss A. Feldgrößen- und Dosisvariation von Röntgen-Thorax-Aufnahmen beim zehnjährigen Kind – kritische Analyse einer Feldstudie in europäischen Kinderkliniken. Dissertation. Universität München 2002
• 70 Panzer W, Zankl M. Beziehung zwischen Dosisflächenprodukt und Einfalldosis, Oberflächendosis, Organdosen, absorbierter Energie (Integraldosis) und Effektivdosis. Löster W et al Die Messung des Dosisflächenproduktes in der diagnostischen Radiologie als Methode zur Ermittlung der Strahlenexposition Berlin; Hoffmann Verlag 1995: 38-48
• 71 Schneider K. Die Bedeutung des Dosisflächenproduktes in der pädiatrischen Radiologie. Löster W et al Die Messung des Dosisflächenproduktes in der diagnostischen Radiologie als Methode zur Ermittlung der Strahlenexposition Berlin; Hoffmann Verlag 1995: 38-48
• 72 Ricci C, Cova M, Kang Y IS. et al . Normal Age-Related Patterns of Cellular and Fatty Bone Marrow Distribution in the Axial Skeleton: MR Imaging Study.  Radiology. 1990;  177 83-88
• 73 Perisinakis K, Raissaki M, Tzedakis A. et al . Reduction of eye lens radiation dose by orbital bismuth shielding in pediatric patients undergoing CT of the head: A Monte Carlo study.  Med Phys. 2005;  32 1024-1030
• 74 Gudden F, Kuhn H. Reduktion der notwendigen Dosis in der Röntgendiagnostik.  Röntgenpraxis. 1992;  45 44-48
• 75 Spiers F W. Transition-Zone Dosimetry.  Radiation Dosimetry. 1969;  3 809-867