Clinical applications of radiophotoluminescence (RPL) dosimetry in evaluation of patient radiation exposure in radiology:determination of absorbed and effective dose

Abstract Computed tomography (CT) and interventional procedures cause relatively high patient doses compared with other imaging modalities in radiology. The optimization of the imaging equipment and procedures is important and necessary due to the known risks caused by ionization radiation. The different irradiation geometries and dose units between imaging techniques complicate the comparison of patients’ radiation exposure. Absorbed doses (D) of organs predict the tissue reactions of the procedures, while effective dose (E) is a useful means of comparing the stochastic effects of the different imaging procedures. A and E can be estimated from dosimetric measurements in a phantom. In vivo measurements are used during a radiological examination. In the present thesis, various properties of radiophotoluminescence dosimeters (RPLD) were investigated to verify the applicability of RPL dosimetry in radiology. The absorbed dose was determined in vaginal fornix of seven pregnant women, in the area near the head of the fetus during prophylactic catheterization before uterine artery embolization (UAE). The evaluation of the radiation exposure of digital subtraction angiography (DSA) and computed tomography angiography (CTA) was performed using an anthropomorphic phantom. Absorbed doses of organs and effective dose were determined for a typical four-vessel angiography of the cerebral area, including intracranial vessels, and for the cervicocerebral area, including both cervical and intracranial vessels. RPLD shows excellent dose linearity and minimal fading. The low dose detection threshold was determined to be 20 µGy with a coefficient of variation (CV) of 12.2%. The methodology is independent of photon energy in the energy range used in radiology. For seven patients studied, the mean value of D in vaginal fornix was 11.2 mGy (range 2.2–28.7) being low dose study when pulsed fluoroscopy with an optimized protocol is used without angiography exposures. In the assessment of cerebral vessels, the effective dose for CTA was approximately one-fifth of the dose compared with DSA. The dose for cervicocerebral vessels CTA was approximately one third higher compared with DSA. Conversion factors from the DAP and the DLP to the effective dose were calculated for the specific angiographic protocols. RPL dosimetry shows sufficient reliability in measuring radiation doses in radiology.Tiivistelmä Tietokonetomografiakuvauksissa ja toimenpideradiologisissa tutkimuksissa potilaan säteilyaltistus on suhteellisesti korkeampi verrattuna muihin radiologisiin kuvausmenetelmiin. Kuvauslaitteiden erilaiset kuvausgeometriat ja annosyksiköt hankaloittavat potilaan säteilyaltistuksen vertailua eri tutkimusmenetelmien välillä. Kudokseen absorboituneen annoksen (D) avulla arvioidaan ionisoivan säteilyn suoraa haittavaikutusta kudokselle, kun taas efektiivisen annoksen (E) määrittämisellä arvioidaan säteilyn satunnaista haittaa. D ja E voidaan mitata annosmittarilla käyttäen potilasvastinetta. In vivo mittauksella saadaan annostietoa tutkimuksen aikana suoraan potilaasta. Radiofotoluminesenssiannosmittarin (RPLD) soveltuvuus radiologisiin annosmittauksiin varmistettiin tutkimalla mittarin eri fysikaalisia ominaisuuksia. RPLD:a käytettiin intravaginaalisen annoksen mittauksessa seitsemällä raskaana olevalla naisella. Potilaille tehtiin massiivisen verenvuodon ehkäisemiseksi kohdun valtimosuonten katetrointi läpivalaisuohjattuna ennen kohtuvaltimoiden tukkimishoitoa (UAE). Mittaustulokset antavat tietoa kudokseen absorboituneesta annoksesta lähellä syntymätöntä lasta. Tietokonetomografia-angiografia (TTA) ja digitaalinen subtraktioangiografia (DSA) tutkimusten annosmittaukset tehtiin potilasvastineessa käyttäen RPLD:a. Elinannoksista laskettiin efektiivinen annos aivovaltimoiden ja aivokaulavaltimoiden angiografiatutkimuksille. RPL -annosmittausmenetelmän havaittiin olevan lineaarinen ja annoksen häviäminen mittarista on vähäistä. Matalan annoksen mittausraja oli 20 µGy 12.2% toistettavuudella. RPLD on riippumaton säteilyenergiasta radiologiassa käytettävällä energia-alueella. Seitsemän potilaan keskimääräinen absorboitunut annos oli 11.2 mGy (vaihteluväli 2.2–28.7 mGy) emättimen pohjukasta mitattuna. Annostaso osoittaa, että katetrointitoimenpide on matala-annostutkimus, kun toimenpide tehdään läpivalaisuohjauksessa, eikä angiografisia kuvia käytetä. Aivovaltimoiden TTA:n efektiivinen annos oli viidesosa DSA menetelmän annoksesta. Aivokaulavaltimoiden TTA:n efektiivinen annos oli arviolta 35% korkeampi kuin DSA menetelmän annos. Konversiokertoimet DAP ja DLP yksiköistä efektiivisen annoksen laskemiseksi määritettiin tutkimuksessa käytetyille kuvausohjelmille. RPL -menetelmä osoitti riittävää luotettavuutta radiologisten säteilyannosten mittauksessa