STATENS INSTITUTT FOR STRÅLEHYGIENE

ISSN 0800-4137 RAPPORT STATENS INSTITUTT FOR STRÅLEHYGIENE NATIONAL INSIITUII-: OF RADIATION HYGIF.NK Osterndalen 25 P O Box 55. N-1345 Osleras. Norway

STATENS INSTITUTT FOR STRÅLEHYGIENE &S-- 1987 : 4 STRÅLEHYGIENISK ANALYSE AV MEDISINSK VIRKSOMHET I NORGE HOVEDOPPGAVE I BIOFYSIKK Integrert dose: Et grunnlag -for beregning av konsekvens ved røntgenundersøkelser. Hilde Merete Olerud National Institute of Radiation Hygiene Øatarndalan 25 1345 Østeria Norway

SUMMARY This thesis work is a part of the project " Radiation hygiene analysis of medical activities in Norway ". The main purpose is to develope a computer based analytical tool for evaluation of radiation hygiene quantities connected to diagnostic X-ray examinations. An important parameter is the quantity energy imparted. Energy imparted can be calculated from the exposure-area product. Necessary input for these calculations are taken from the litterature. The theory behind the conversion exposure-area product to energy imparted is discussed, with special attention to radiation dosimetry. This work also includes a measurement of energy imparted with TL-dosimetres in a water phantom. The results show good agreement between measured energy imparted and energy imparted calculated from the exposure-area product. The numeric values used in this work for the relationship between energy imparted and the ICRP quantities dose equivalent and "injury cases", are respectively 14,3 msv/j and 0,0002 "cases" per J. These values are discussed with reference to current litterature. The computer program will be described. For a selected X-ray examination, the program pick out key values from a database containing patient observations and do calculations of energy imparted, collective doses, and "injury cases". So far the volum in the database is to small for a total concegence analysis of the diagnostic X-ray activities in Norway. In order to demonstrate the potensial of the program, two examples will be given, chest and barium meal. The contributions to collective dose from these two examinations are respectively 55 mansv and 130 mansv.

SAMMENDRAG Dette arbeidet er en del av prosjektet "Strålehygienisk analyse av medisinsk virksomhet i Norge". En del av oppgaven har ligget i å kalibrere det måleinstrumentet som benyttes i prosjektet. Oppgavens hovedmålsetning er imidlertid en vurdering av størrelsen "integrert dose" ved røntgendiagnostiske undersøkelser. Integrert dose kan bestemmes ved hjelp av målt flateeksposisjon og teoretiske beregninger (Monte-Carlo metoder). I denne oppgaven blir resultater fra slike beregninger hentet fra litteraturen. Teorien for overgangen mellom flateeksposisjon og integrert dose vil bli behandlet, med spesiell vekt på dosimetri. Oppgaven inneholder også en måling av integrert dose med TLD i vannfantom. Integrert dose i et 15cm vannfantom, ved høyspenning og filtrering gitt som 100 kv og 3mm Al, og 20x20 cm 2 feltstørrelse, ble målt til (208^15)mJ. Ved to uavhengige teoretiske metoder ble, ved samme oppstilling, integrert dose beregnet fra flateeksposisjon til henholdsvis (218+46)mJ (Shr84) og (188+40)mJ (Ca84b). Integrert dose danner grunnlaget for å kunne beregne samfunnsmessig konsekvens av røntgenundersøkelser. Som mål for konsekvens brukes størrelsene "kollektivdose" og "injury cases", som avgitt av ICRF. Disse størrelsene blir belyst, sammen med grunnlaget for overgangen integrert dose til risiko. I oppgaven beregnes kollektivdoser og "injury cases" ved hjelp av relasjonene 14,3 msv/j og 0,0002 "cases" per J integrert dose. En viktig del av oppgaven har vært å utvikle et dataprogram for beregning av kollektivdoser og konsekvens ved røntgenundersøkelser. Deler av prosjektarbeidet og resultater fra tidligere prosjektrapporter blir brukt som grunnlagsmateriale i dette arbeidet. Viktig basisinformasjon er blant annet 2200 observasjonar av størrelsen flateeksposisjon ved ulike røntgenundersøkelser på norske sykehus. Observasjonane ligger lagret i en database. Nødvendig statistisk materiale som undersøkelseshyppighet, er også tilgjengelig. Dataprogrammet for beregning av integrert dose og konsekvens vil bli beskrevet. For en gitt undersøkelse vil programmet hente ut observerte verdier av flateeksposisjon fra databasen, beregne integrert dose, og videre bidraget til kollektivdose og "injury cases" fra undersøkelsen. Observasjonsmaterialet i databasen er forløpig for lite til å danne grunnlag for en total konsekvensberegning for røntgendiagnostisk virksomhet i Norge. I stedet illustreres potensialet i programmet ved å kjøre programmet for to røntgenundersøkelser, gitt son lungefotografering og dobbelkontrast ventrikkel. Bidraget til kollektivdose fra disse to undersøkelsene er henholdsvis 55 raansv og 130 mansv.

FORORD Denne oppgaven er i sin helhet utført eksternt ved Statens institutt for strålehygiene (SIS) i et samarbeid med Biofysisk Institutt ved Universitetet i Oslo med Thormod Henriksen som veileder. Min eksterne veileder har vært Gunnar Saxebøl ved SIS, som også er den drivende kraft bak prosjektet "En strålehygienisk analyse av medisinsk virksomhet i Norge" som denne oppgaven er en del av. Jeg vil være ham evig takknemlig for motivasjonen til et lengre studium, og kyndig veiledning underveis. For å vise min takknemlighet inviterer jeg nerved ham, og prosjektets tredje medarbeider Lars-Erik Lundgren, til en gigantisk feiring på by'n etter eksamen. Det praktiske arbeidet med denne oppgaven ble påbegynt høsten 1984, og er blitt gjennomført etter den tidsplan vi da skisserte. Ved siden av arbeidet med oppgaven har jeg arbeidet som ingeniør ved SIS dosimetrilaboratorium. Til tider har imidlertid dette arbeidet blitt nedprioritert, og jeg vil rette en stor takk til Instituttet, min sjef Jon Flatby i særdeleshet, for forståelse og oppmuntring under gjennomførelsen av hovedfagsarbeidet. En "forfatter" bruker gjerne å tilegne sitt "verk" til en person som står en nær. Jeg vil gjerne tilegne dette arbeidet til min sønn Henrik 10 mnd, som dessverre har fått se alt for lite til sin mor. Jeg lover at jeg skal forsøke å begrense min trang til a stadig trenge dypere ned i et materiale, slik at jeg neste våt kanskje kan få min første "eksamensfrie" vår på 23 år, og derved få bedre tid til familien. Altså TIL HENRIK SIS 23.februar 1987 ^IJdU Mwk (XsyA Hilde Merete Olerud

LESERVEILEDNING En vesentlig del av arbeidet i denne oppgaven, har ligget i programutvikling. Siden dette er en oppgave i Biofysikk, blir det imidlertid lagt vekt på det fysiske grunnlaget, mer enn på tekniske spesifikasjoner ved programraeringen. Interesserte kan selvfølgelig få se og demonstrert programmet, som er skrevet i FORTRAN. I denne oppgaven vil kun resultater fra kjøringene bli vist. Figurer og tabeller i oppgaven er nummerert kapittelvis. Tabellene er undermerket med romertall, for å skille dem fra figurene. Ligningene er nummerert gjennomgående som L nr. En del beregninger og resultater fra programmene er gitt i et Appendix. Sidenummerering i Appendix er merket A1-A31. Henvisninger kan være gjort til sidenummer (A side) eller direkte til figurer og tabeller i Appendix. I oppgaven vil det bli brukt en terminologi som hører hjemme i blant annet dosimetri og strålehygiene. En del av oppgaven er nettopp å gi en innføring i denne terminologien. En del ord og uttrykk som går på beskrivelse av røntgenapperatur og strålefelt, er stjernemerket i teksten og gitt i en ordliste bak Appendix. Litteraturhenvisningene er gitt bakerst, og består av en forkorting av forfatternavn, med det årstall arbeidet er utgitt.

INNHOLO SIDE INTRODUKSJON. 1.1 MOTIVASJON FOR ARBEIDET 1.2 PROSJEKTET "STRÅLEHYGIENISK ANALYSE AV MEDISINSK VIRKSOMHET I NORGE" 1.2.1 Nllaetttng (or proejebtot 1.2.2 Baeiainforaaajon 1.2.3 Utvikling «v inilyitvtrhtly 1.3 HOVEOOPPGAVEARBEIDET SOM EN DEL AV PROSJEKTET 1.3.1 Hiloetting far arbeidet 1.3.2 Prtientnjan av arbeidet 1.4 VIKTIGE STRÅLEHYGIENISKE BEGREPER 1.4.1 Grunn) eggor.de a Ir 11 ehy g i en i ak inndeling av etrlleekader 1.4.2 St r a 1ehygienioke otarreleer i hiatoriak perapebtiv 1.5 SYSTEMET FOR DOSEBEGRENSNING I.B ARBEIDET MED DOSEBESPARENDE TILTAK 1.G.1 llenlgenapparatur 1.6.2 Utdennelee-Teknlkk 1.6.3 "Juati llcatien* 1.7 VIKTIGE ARBEIDER AV STRÅLEHYGIENISK 8ETY0NING 1.7.1 Cenotlak elgnlflkent daao 1.7.2 Organdooodata eg beregnlng av helkrep 1.7.2.1 Heilag av ergaadaeer 1.7.2.2 Organdeoar beregnet ved HC ae 1.7.2.3 Saaaonllgalng eel'oa «Ilte eg 1.7.3 Integrert daaa na et all fer rieika 1.7.4 tndre atarre under edle Iaer 1.8 KONKLUDERENOE KOMMENTAR... 2 FYSISK. TEORETISK GRUNNLAG 2.1 DOSIMETRI 2.1.1 Anelveloo av otrallaaeae lateaeltet 2.1.2 Strålingane vekaei vi r kn Ing atd aalerle 2 I.J Vebeolvlrkalnaobeeflieleateao eg alibe attrvbb fer eaorgleveetalag I aaterle 2.1.4 aagleelee av energi eg etrllokvali tel far Mlyenergetlehe I«laaetrlief a I % 2. I. 4. I nidlere eaergl 2.'.«.2 lllfllli energi ag ba I ever di I ag 2.1.5 Iha baerberl deee 2.1.C Saaaaabeag aellea ele viktige eterreleene IIHI, («SMSISJtl

2.1.7 Elektronllkevekt 2.2 SAMMENHENG MELLOM FLATEEKSPOSISJON OG INTEGRERT DOSE 2.2.1 F lateekepoei ajon 2.2.2 Integrert dote 2.2.3 Integrert dose beeteat fra f 1 ateekaposi ajen etter Shriapton'e aetode 2.2.3.1 Energi f 1 uence per enhet ekopoeiajon 2.2.3.2 Abeorbert energi f rakajon 2.2.3.3 Forholdet aolloa integrert doae «g f 1 atceka po a i ajon 2.2.4 Integrert doae betteat fra f 1 ateekapoai ajon etter Carlaaon'a aetode 2.2.4.1 Integrert frakajon 2.2.4.2 Forholdet aelloa integrert doae og f 1 ateekapoai ajon 2.2.4.3 Lateralt tap av atra 11ngaenar gi 2.3 HELKROPPSEKVIVALENTEN 42 2.4 SAMMENHENG MELLOM INTEGRERT OOSE OG RISIKO 44 2.5 BRUK AV DATA FRA LITTERATUREN «5 3 FLATEEKSPOSISJON OG INTEGRERT OOSE; MALINGER OG BEREGNINGER.. 47 3.1 KALIBRERING AV INSTRUMENT FOR MALING AV FLATEEKSPOSISJON 47 3.1.1 Itekrivelae av alle i natruaentet Oiaaenter 3.1.2 Planlegging av ka 1 i brer I ngen 3.1.3 Itdntgeaapparatur 3.1.4 StrllekvalIteter 3.1.5 Lignlng.r 3.1.6 lleeultater fra k» 1 lirer Ingen I 1J»5 1.1.1.1 Kalibrering ved averbardegeeaetr i 1.1.8.2 Kalibrering ved underbardagoeaetr I 3.1.7 Kalibrering etter Shrlapton'e aatade 3.1.1 Faktorar av betydning fer ueifcberheter ved bruk av ka Iibreringakurver 3.1.9 Rankladereade uaikkerheter ved brak av ba 11brer Ingef abta rer ler flatekaaaerrt 3.2 MALING AV INTEGRERT OOSE 1.2.1 V.lg av U do.la.tre ag gladepraaedvra 1.2.2 Kalibrering av 111 1.2.1 nlleparlaelri eg eppatilllag 1.2.4 Vennfe.tea.l aad plaeaerlng av Hl 1.2.J Hallager «f beregnl.ger 1.2.i Deaaltat av atlt Integrert deae 1.2.T Fahtar.r av belvdalag far aalbberk.t i allt Integrert deae 1.2.7.1 111 kal Ibrerlagelakt.nr 1.2.7.2 111 avleonlag 1.2.7.1 tanelllllng av havepen.l.g ved ebepoaerlag 1.2.7.4 Irak av eenter dybdadaaebarv* 1.2.7.J aadre ve Ikkerheter 1.2.1 le.kl.dere.de aeikkerbet.r l atlt l.tegr.rt daa* 3.3 INTEGRERT DOSE BEREGNET TEORETISK 1.1.1 la 1.1.2 la 3.4 RESULTATER AV MALT OG BEREGNET INTEGRERT OOSE OPPGITT MEO USIKKERHETER «2

4 UTVIKLING AV ANALYSEVERKTØY 4.1 TEKNISKE SPES I F I KASJONER 4.2 EGENUTVIKLEDE PROGRAMMER I PROSJEKTET 4.3 PROGRAMMET PAS-INT 4.4 EKSEMPLER PA BRUK AV ANALYSEVERKTØYET 4.4.1 Ekaanpal 1. lungtfotograftr ing 4.4.2 Ekttapt) 2. En vanlig aagt-tara undvrtdkelse 4.5 DISKUSJON OG VURDERING AV RESULTATENE 4.5.1 Viktig! tlutning.r 4.5.2 Fr i Ik 1 1 der i prggraaalt PAS-INT 4.6 SAMMENLIGNING MED ANORE PUBLISERTE DATA 4.6.1 En aaaaanl I gning av Inttfrrrt daa* v«d ngrikf og angalakt undar*#k«1* r 4.6.2 Farhalaal H /c vad dan anfalaka undaraakaiaan "Chcit" 4.7 VIOEREUTVIKLING AV PAS-I.-IT 4.8 AVSLUTTENDE KOMMENTAR APPENDIX SI OE Al-A3. OROLISTE SIDE «i- «3 LI TTEMTURHENVISNINGEft

1 1. INTRODUKSJON 1.1 MOTIVASJON FOR ARBEIDET Blant kunstige strålekilder, er det idag medisinsk bruk av stråling som gir det klart største bidraget til befolkningens samlede stråledose i(kollektivdose). Innen den medisinske bruk av stråling, er det tradisjonell røntgendiagnostikk som bidrar mest til kollektivdosen i industrialiserte land. Stråledoser gitt ved terapi, betyr lite for kollektivdosen, fordi det til tross for store individuelle doser, dreier seg om en liten gruppe av befolkningen. På samme måte vil doser til dem som arbeider med ioniserende stråling gi et beskjedent bidrag til den kollektive dose. Røntgendiagnostikk anses derfor av strålevernsmyndigheter i mange land for å være det feltet, der en ved dosebesparendende tiltak, kan oppnå mest i reduksjon av kollektiv dose. I hele etterkrigstiden har det derfor vært arbeidet med utvikling av røntgenapparatur og utstyr, med klart dosebesparende effekter. På den annen side har antall undersøkelser vist en jevn økning, og nye dosekrevende undersøkelser er tatt 1 bruk, slik at årlig kollektiv dose ffa medisinsk eksponering antas a ha vært lite forandret de senere år. UNSCEAR ( United Nations Scientific Conaltte on the Effects of Atomic Radiation) er en FN koalté, som arbeider med å samle publiserte data on disse problemstillingane. I folge deres rapporter foretas det i industrialiserte land ldag 300-900 røntgenundersøkelser per tusen innbyggere, eksklusive dentalrøntgen. Absorbert dose til ulike organer ligger 1 oaridet 0,01-50 mgy per underaøkelse. Den årlige kollektive doseekvivalent fra diagnostisk radiologi anslas til 1000 mansv per al11lon lnnbyggere(unsc&2). For at disse størrelsane skal kunne bestemmes sar nøyaktig etterlyser komiteen «er statistisk materiale fra diagnostisk radiologi. Det henstllles om a rette oppmerksomheten om følgende kategorier av undersøkelsor:

2 1) Undersøkelser som på grunn av stort omfang vil bidra sterkt til kollektiv dose. 2) Undersøkelser der organer og vev med stor følsomhet for canceriaduksjon inngår. Med denne motivasjon ble det i 1982 ved Statens Institutt for Strålehygiene (SIS) startet et prosjekt med navn " Strålehygienisk analyse av medisinsk virksomhet i Norge ". Dette hovedfagsarbeidet er en del av prosjektet. 1.2 PROSJEKTET "STRÅLEHYGIENISK ANALYSE AV MEDISINSK VIRKSOMHET I NORGE" Prosjektet "Strålehygienisk analyse av medisinsk virksomhet" ble påbegynt i 1982 og prosjektet består av 3 hoveddeler: I) Kartlegging av undersøkelsesprofil og volum. II) Dosemålinger for ulike typer undersøkelser. III) Beregninger og analyser med tanke på strålehygienisk optimalisering. Prosjektet begrenses foreløpig til det røntgendlagnostiske området siden dette er en dominerende del av den medisinske sektor der stråling brukes. 1.2.1 Målsetting for prosjektet Det er flere formål med prosjektet, men den generelle målsetting er 6 få bedre Innsikt i den røntgendlagnostiske virksomhet med tanke på strålehygieniske vurdoringer. Innen denne hovedrammen kan enkelte konkrete målsattinger nevnes: 1) Prosjektet bygges opp slik at det blir mulig med moderat innsats é danne seg et bilde av den strålehygieniske kvalitet på røntgenavdelingene, enkeltvis eller på landsbasis. 2) Fremskaffe et noenlunde korrekt bilde av hva pasientdosene faktisk er for ulike typar av undersakeiser, samt hypplghet av disse undersøkelsene, ned Informasjonar om alder, kjønnsfordelinger etc. I

3 denne målsetting ligger også å undersøke variasjonen i pasientdoser. 3) Utvikle et analyseverktøy for å kunne vurdere effekt og konsekvens av strålehygieniske tiltak, enten dette skjer utfra en målsetting om reduksjon av pasientdoser, eller om tiltakene er motivert utfra medisinsk optimalisering. 4) Få tilstrekkelig materiale til å kunne sammenligne ulike undersøkelsesteknikker og metoder. Dette bør også kunne sees i lys av de rent medisinske fordeler og ulemper knyttet til de ulike metoder. 5) De data som etter hvert finnes i prosjektet kan også tenkes brukt som grunnlag for økonomiske og helsepolitiske vurderinger innen det røntgendiagnostiske felt. 1.7.2 Basisinformasjon Forutsetningen for å nå de skisserte målene, er ulike typer av basisinformasjon. Dette arbeidet ligger under prosjektdel I og II Prosjektdel I ansees forløpig avsluttet. En statistisk behandling av et innsamlet materiale på 450000 røntgenundersøkelser gir kjønns-og aldersfordeling av undersøkeisene (Sax82). Videre er undersøkelsesfrekvens med geografisk fordeling gitt i en rapport fra 1984 (Sax85). I fremtiden kan det selvsagt som følge av endringer i undersøkelsesprofil, bli nødvendig å oppdatere denne informasjonen. Prosjektdel II er under behandling. Ressursmessig vil en nødvendig statistikk ever pasientdoser ved ulike røntgenundersøkelser, kreve et målesystem som gir maksimal informasjon med minimal innsats. Et viktig poeng er også at målingen i minst mulig grad skal forstyrre undersøkelsen. En valgte å basere seg pa måling av størrelsen "flateeksposisjon". Målingen foregår ved A plassere et spesialkonstruert ionlsasjonskammer ved utgangen av røntgenrøret. Under måling skal en rekke andre parametere også noteres ned, slik at data fra en paslentmåling kan bestå av så mye som 25 variable. Status per 1986 er et samlet materiale på 2200 slike malinger.

4 1.2.3 Utvikling av analyseverktøy Parallelt med innsamlingen av grunnlagsmateriale, har det vært arbeidet med å utvikle et analyseverktøy som kan brukes til det videre arbeid i prosjektet. Dette arbeidet har ligget under prosjektdel III. Resultatene herfrå skal brukes under de ulike vurderingene som er skissert i prosjektets målsetninger. Med et stort antall observasjo ier, der hver observasjon inneholder verdier for opptil 25 forskjellige variable, sier det seg seiv at organisering og sanunenstilling av forskjellige opplysninger krever maskinell behandling. Det er nedlagt mye arbeid med å utvikle dataprogrammer som kan ta seg av disse oppgåvene. Programmone skal ta seg av alt fra registrering og statistisk behandling av basisinformasjon, til den fysiske og strålehygieniske behandlingen av dataene. I oppgavens kapittel 4 vil de dataprogrammene som er utviklet innen prosjektet bli beskrevet noe mer i detalj. Ellers henvises det til prosjektrapport fra 1986 (Lun87). 1.3 HOVEDOPPGAVEARBEIDET SOM EN DEL AV PROSJEKTET Dette hovedoppgavearbeidet er en del av prosjektdel III. 1.3.1 Målsetninqen for arbeidet 1) Kalibrering av instrumenter som brukes i prosjektdel II, for måling av "flateeksposisjon". 2) Finne fra litteraturen det teoretiske grunnlag for relasjonen mellom "flateeksposisjon" og "integrert dose" til pasienten. 3) Ved praktiske malinger, verifisere denne sanunenhengen. 4) Finne den videre sammenheng med "risiko" ved de ulike røntgenundersøkelfe r e.

5 5) Utvikle et FORTRAN-program som fra en database over alle observasjonene fra prosjektdel II, henter data fra en gitt undersøkelse, og beregner bidraget til kollektivdose fra denne undersøkelsen. I disse beregningene brukes også data fra prosjektdel I. 1.3.2 Presentasjon av arbeidet I dette innledende kapittelet gis en kort innføring i strålehygieniske begreper og prinsipper. Intensjonen er også å gi en grov historisk oversikt over utviklingen innen dette feltet. Det gis blant annet en oversikt over de arbeidene som danner grunnlag for oppgaven. I Kapittel 2 gis teorien for sammenhengen mellom "flateeksposisjon" og "integrert dose". Det innledes med en grundig gjennomgåelse av relevant dosimetri, som ansees nødvendig for forståelsen. Videre gis en oversikt over hvilke betraktninger som ligger til grunn for sammenhengen mellom integrert dose og "risiko" ved en røntgenundersøke1se. Kalibrering av prosjektets måleinstrument beskrives i Kapittel 3. Her gis også måledata og resultater fra de målingene som er gjort for å finne sammenhengen mellom flateeksposisjon og integrert dose. Målt integrert dose, og integrert dose beregnet fra flateeksposisjon blir sammenlignet. I Kapittel 4 beskrives programmene som er utviklet i tilknytning til prosjektet, med spesiell vekt på det programmet som er utviklet i tilknytning til denne oppgaven. Eksempler på bruk av programpakken gis, sammen med en sammenligning med tilsvarende publiserte data. Diskusjon i tilknytning til emner som tas opp i denne oppgaven er tatt opp i de respektive kapitlene. Det anses derfor unødvendig med et avsluttende konkluderende kapittel. 1.4 VIKTIGE STRÅLEHYGIENISKE BEGREPER I begrepet strålehygiene ligger å kunne tillate bruk av ioniserende stråling der det er nyttig og nødvendig, men samtidig kunne beskytte mennesker individuelt og kollektivt, for skadelige virkninger av ioniserende stråling.

6 1.4.1 Grunnleqqende strålehygienisk inndeling av stråleskader Skadelige virkninger av ioniserende stråling er kjent som somatiske og genetiske effekter. Somatiske skader er de skader som individet seiv påføres. Genetiske eller arvelige skader, er de skader som får følger for etterkommerne til det bestrålte individ. Skader av ioniserende stråling er videre delt opp i stokastiske og ikke stokastiske effekter. Stokastiske effekter er effekter der sannsynligheten for opptreden er gitt som funksjon av dose, uten nedre grenseverdi i dose. Ved ikke stokastiske effekter er skaden en funksjon dosen, og det finnes nedre verdier for når skaden opptrer, terskelverdier. Eksempler på somatiske,stokastiske skader er kreft og strålingsindusert leukemi. Ved lave doser regnes rioikoen for å utvikle kreft eller leukemi som dominerende strålingseffekter. Risiko for misdannelse av foster etter bestråling, regnes også som en stokastisk effekt. For de skader som omhandles i strålehygiene regnes genetiske skader som stokastiske effekter. Av ikke stokastiske effekter, tilknyttet spesifikke organer eller vev, kan nevnes skade på øyelinsene, forbrenning av hud, eller skader på hormonproduksjon eller egg med følgende nedsatt fertilitet eller midlertidig sterilitet. Slik diagnostikkvirksomheten drives i dag, vil med unntak av mulige uhell, pasientdosene ligge under alle terskelverdier for ikke stokastiske effekter. 1.4.2 Strålehygieniske størrelser 1 historisk perspektiv Wilhelm Conrad Røntgen oppdaget røntgenstrålene i 1895. Becquerel oppdagent fenomenet radioaktivitet i 1896. Tre år senere ble Radium første gang separert ut som grunnstoff av Marie Curie. Oppdagelsene førte til en utetrakt, intens forskningsvirksomhet. Med stor iver begynte man rundt i laboratorlene å eksperimentere uhemmet med strålene, og følgene uteble ikke. Ioniserende stråling har sterk virkning på menneskekroppen når stråledosene blir store nok, og det oppsto snart lettere og alvorlige forbrenninger. Klok av skade orpdaget man at det måtte utvises forsiktighet. Egnede instrumenter og et et målesystem for angivelse av strålemengde, var imidlertid

7 ikke utviklet enda i disse første årene etter Røntgen's oppdagelse. Som følge av dette mottok disse pionerene betydelige stråledoser, noen så store doser at en fikk effekter som håravfall og fingerskader med følgende amputasjon. Senere kunne kreftutvikling og leukemi påvises. Seiv et relativt lavenergetisk foton, for eksempel et foton i energiområdet forbundet med diagnostisk radiologi, kan gi opphav til rundt 10 ionepar, derav na Loniserende stråling. Denne egenskapen ved røntgenstrå] ar kjent allerede tidlig på 1900-tallet, og ble foreslå ; ra en metode for bestemmelse av dose. Problemet på denne ti.ic?n lå på instrumentsiden. Mange års forskning og utvikling førte i 1925 til at enheten røntgen (R) ble foreslått som enhet for røntgen "dose". Utviklingen av et kvantitativt mål for strålemengde var et meget viktig skritt fremover. På den Internasjonale Kongress for Radiologi i Stockholm i 1928 ble ICRP (International Commission on Radiological Protection) stiftet. Samtidig ble måleenheten røntgen akseptert. En røntgen var definert som den mengde røntgenstråling som medfører måling av en elektrostatisk ladningsenhet per kubikkcentimeter luft ved 0 C og 760mm Hg. Enheten røntgen er blitt redefinert mange ganger gjennom tidene. Først i 1962 ble røntgenenheten definert som en spesialenhet for "eksposisjon". I dagens definisjon er luftens masse trukket inn 1 stedet for volumet, og esu enheten er erstattet med SI-enheter. Dette er bakgrunnen for sammenhengen IR = 2,58-10" C/kg. Stiftelsen av ICRP danner opptakten til klarere retningslinjer for bruk av strålekilder, og etterhvert kom vedtak om bruk av beskyttelsesmidler, maksimalt tillatte doser osv. I Norge kom Lov om bruk av røntgenstråling i 1938, fulgt av to Kongelige resolusjonar i 1947 og 1948. Disse tidlige bestemmelsene bærer tydelig preg av de høyere stråledoser man relativt til 1 dag, mottok i arbeid med loniserende stråling. Det heter blant annet at "Hvis en ved legetilsyn finner tegn til skadar, særlig på huden, men også i indre organer (akutt eller kronisk dermatitt, eventuelt med nyperteratoser, abnorme pigmenteringer og kapilærforandringar, samt negleforandringer eller håravfall) hvor en stråleskade antas å være årsaken, så bør

8 arbeideren fjernes fra strålearbeidet i et passende tidsrom." (!!) Hvis forholdene var skremmende i disse første tiår for dem som arbeidet med ioniserende stråling, så var det ikke mindre skremmende på pasientsiden. Stråling ble i begynnelsen betraktet som vidundermedisin som kunne kurere alt. Radiumtabletter var å få kjøpt på apoteket helt frem mot 2.verdenskrig. Huddosene ved røntgenterapi var til dels store, erytemdosen var et vanlig mål for behandlingsdose. Definisjonen av røntgen er i dag helt presis, og inneholder størrelser som det går an å måle med stor grad av nøyaktighet. En innså imidlertid at det å måle ionisasjonen som røntgenstråler produserer i luft, forteller lite om biologiske effekter i et eksponert legeme. Likevel ver det først i 1954 at ICRU (International Commission on Radiation Units ) definerte størrelsen "Absorbert dore". I definisjonen ligger absorbert energimengde per masse-enhet. Absorbert dose ble tildelt enheten rad (radiation absorbed dose), der 1 rad = 100 erg per gram. Omregning til dagens SI-enheter gjøres ved 1 rad = IO" 2 Gy, der 1 Gy = 1 J/kg. "Integrert dose" ble definert av ICRU i 1961. For strålingsenergier typiske for diagnostisk radiologi, er integrert dose gitt ved differansen mellom innkommende strålingsenergi og strålingsenergi som unnslipper menneskekroppen i form av spredt ell-r transmittert stråling. I litteraturen blir også "avsatt energi" og "integrert energi" brukt som synonymer til integrert dose. Enheten til integrert dose er Joule (J). Absorbert dose og integrert dose, kan beregnes utfra malinger av eksposisjon i luft. For å kunne si noe videre om biologiske effekter av ioniserende stråling, trenger en kunnskapar om sammenhengen mellom dose og virkning. Mye av materialet som ligger til grunn for & kunne stadfeste en slik sammenheng, bygger på undersøkelser av overlevende etter atombombeeksplosjonene i Hiroshima og Nagasaki, og undersøkelser av pasienter som har gjennomgått stråleterapi. Det har også vært en utstrakt forskningsvirksomhet på planter, dyr og cellekulturar, der en har studert virkninger som celledød, kromosomforstyrrelser, mutasjoner og kreftutvikling som funksjon av dose. Det diskuteres stadig i hvilken grad resultater fra studier på dyr og planter er overførbare til mennesker. Problemet har også

9 ligget i at data over sammenhengen mellom dose og virkning er best kjent ved relativt høye doser. I forbindelse med utprøving av kjernevåpen rundt 1950 kom erkjennelsen at genetiske og somatiske effekter kan bli resultatet etter seiv relativt lave stråledoser av ioniserende stråling. Det var da naturlig at søkelyset ble rettet mot diagnostisk radiologi, og arbeidet med å eleminere unødvendige bidrag til befolkningsdose fra denne bestrålingen ble startet. På samme tid innså en at risiko ved eksponering for så lave doser kun kan finnas ut fra estimater, bygget på interpolasjon mellom kjent sammenheng mellom dose og virkning ved høye doser, og den antatte samme virkning ved lave doser. Data over sannsynligheter for induksjon av kreft i ulike organer, og i hvilken grad disse kreftformene er dødelige, var nødvendig, sammen med data for genetiske skader ved lave doser. Det er utviklet et uttall modeller mellom dose og virkning. Innen strålehygiene brukes i dag antakelsen om en lineær sammenheng, uten grenseverdi. Forskning innen biologi og medisin antyder at denne modellen vil overbestemme risikoen ved lave dose» og lave doserater. For høye doserater kan det motsatte være tilfelle. Problematikken er under stadig diskusjon. I 1962 introduseres "dose-ekvivalenten" H. H = DQN der Q er en kvalitetsfaktor som er forskjellig for ulike typer av ioniserende stråling (a,p,-y,nøytron) og N er produktet av alle andre faktorer av betydning for hvilken biologiske effekt den absorberte dose, D, medfører. Dose-ekvivalenten ble tildelt enheten rem (radiation equivalent man). 1 SI-systemet er doseekvivalenten tildelt enheten Sievert, der 1 Sv = 100 rem. Som et mål for total risiko i en befolkningsgruppe oppstod også begrepet "kollektiv dose", med enhet manrem, eller senere mansv. Summen av individuelle doser i en befolkning, gir kollektiv dose. Den totale kollektivdose fås ved å summere bidragene fra ulike kilder, foreksempel bidraget fra naturlige kilder, bidraget fra medisinsk bruk av stråling osv. Kollektiv dose er en sv.»rt viktig strålehygienisk størrelse. Ved innføringen av begrepet kollektivdose, går en fra å studere individuell risiko, til å se på samlet risiko for en sterre gruppe mennesket. Kollektiv dose danner grunnlag for å kunne si noe om framtidige dødsfall i en befolkning

10 som følge av ulike aktiviteter der stråling inngår. En har da mulighet til å beregne samfunnsmessig kostnad i form av tapte arbeidsår, og kostnad i form av sykehusbehandling av mennesker som er påført strålingsinduserte sykdommer. Gjennom femti og sekstiårene var man svært opptatt av den genetiske dose, og derved dosen til gonadene. Det ble foretatt undersøkelser i mange land for spesielt å finne den genetiske risiko for befolkningen som følge av medisinsk bruk av stråling. Det ble også foretatt adskillige malinger og beregninger av gonadedoser hos folk som brukte radium i selvlysende klokker. Et uttrykk for genetisk risiko fant en gjennom størrelsen "Genetisk signifikant dose" (Al). Etterhvert kom også stråleindusert leukemi mer i fokus, og følgende interessen for dosen til rød benmarg. Mot slutten av 70 årene ble oppmerksomheten også rettet mot strålingsinduserte abnormaliteter av andre typer. Bestråling av pasienter i røngendiagnostikk resulterer i høyst ulike doser til ulike de organer i kroppen. Ønsket om et mer sammensatt uttrykk for risiko oppstod. Dette ble gjort ved å velge ut et sett med de mest strålefølsomme crganer og vev. Dosene til disse organene ble så vektlagt etter risiko. Størrelsen "Somatisk doseindex" (A2) introduseres som et uttrykk for kumulativ somatisk risiko ved røntgenundersøkelser. Tankegangen bak utviklingen av somatisk doseindex ligner ICRP's utvikling av størrelsen "effektiv doseekvlvalent", også kalt helkroppsekvivalenten, i 1977 (ICRP77a). Forskjellen er at helkroppsekvivaleneten inneholder genetisk risiko i tillegg til somatisk. Helkroppsekvivalenten er dessuten primært utviklet som et uttrykk for risiko tilknyttet de som arbeider med ioniserende stråling, ikke for pasienter i røntgendiagnostikk. Formalismen bak helkroppsekvivalenten eller "Effektiv doseekvlvalent" er gitt i ICRP 26 fra 1977. ICRP'8 helkroppsekvivalent har fått stor gjennomslagskraft, også ved risikoestlmater innenfor diagnostisk radiologi, til tross for at størrelsen lkke primært er utviklet til dette formålet. Somatisk doseindex har foreløpig hatt liten gjennomslagskraft. ICRP definerer vldere i sin publikasjon 27 fra 1977, en "index of harm" (ICRP77b). Størrelsen skal fange opp både genetiske og somatiske effekter, og er belyst for ulike kjønn og aldersgrupper.

11 Midlet over kjønn og alder er gis en faktor som gir sammenhengen mellom effektiv doseekvivalent og et antall "injury cases". Data fra denne publikasjonen er, som helkroppsekvivalenten, egentlig utviklet for strålebeskyttelsesformål, men er blitt adoptert til bruk i risikoberegninger innen røntgendiagnostikk. Ved beregning av somatisk doseindex eller ekvivalent helkroppsdose, trengs data over organdoser. Slike data var sparsomrae på 70-tallet. En rekke rapporter fra ulike land har etter dette kommet, der en dels ved malinger, dels ved teoretiske beregninger, estimerer organdosene for ulike undersøke Iser, og deretter bruker ICRP'tprinsipper til å beregne kollektivdose og "risiko" for gjeldende befolkning som følge av røntgendiagnostikkvlrksomhet. På bakgrunn av ønsket om å kjenne konsekvenser av bestråling ved et vidt spekter av røntgenundersøkelser, er det forsøkt å forenkle metodene for beregning av risiko. ICRP's metode med å vektlegge organer og beregne effektiv doseekvivalent, vil kreve kjennskap til både strålefølsomhet og dose til hvert enkelt organ, for hver enkelt røntgenundersøkelse. Foruten usikkerheter i organ vektfaktorene, er bestemmeisen av organdosene komplisert, tidkrevende og usikker. En regner derfor at et estimat av risiko basert på total integrert dose under mange forhold kan gi et like godt bilde. Denne måten å angripe problemene på preger 80-årenes arbeider innen dette felt. Metoden fordrer at sammenhengen mellom integrert dose og ICRP' helkroppsekvivalent finnes en gang for alle. Senere kan risikoen beregnes ved måling av integrert dose. Dette vil være en vesentlig forenkling, og et meget egnet verktøy for strålehygieniske vurderinger. De undersøkelsene som bidrar mest til kollektivdose, er også de undersøkelsene som egner seg best til en slik forenkling.