2021 / 2026

Software berekent stralingsdosis

Nieuwe technologie meet stralingsdosis zonder dosimeter

Camera en computer brengen straling bij artsen nauwkeurig in kaart

Nieuwe technologie meet stralingsdosis zonder dosimeter

In een operatiezaal wordt het aanwezige personeel telkens aan een kleine hoeveelheid ioniserende straling blootgesteld. Om gezondheidsrisico’s te voorkomen, houden dosimeters de individuele stralingsdosis in de gaten. Zulke meters zijn echter weinig nauwkeurig. SCK CEN ontwikkelde samen met zes internationale partners een revolutionaire technologie om stralingsdosissen nauwkeuriger te berekenen met een camera en gespecialiseerde software. Die technologie heeft veel potentieel, zo blijkt uit het project PODIUM (Personal On-line Dosimetry Using Computational Methods).

Een interventionele radioloog verdooft de huid van de patiënt, prikt de slagader in de lies aan en brengt een katheter in het bloedvat. Hij schuift de katheter naar de plaats die hij wil onderzoeken en spuit vervolgens een contraststof in. Tijdens die procedure maakt hij röntgenopnamen van de bloedvaten. De meeste patiënten staan er niet bij stil, maar hun arts wordt zelf ook aan ioniserende straling blootgesteld.

De stralingsdosis die de arts oploopt hangt af van de handelingen die hij uitvoert. Staat hij bij het nemen van röntgenfoto’s bijvoorbeeld licht over de patiënt gebogen, of houdt hij zijn handen boven de patiënt? Dan kan de opgelopen stralingsdosis stijgen. Een klassieke dosimeter meet de de hoeveelheid straling ter hoogte van de dosimeter. Met een camera en bewegingssensoren wordt het mogelijk om de stralingsdosis per lichaamsdeel te achterhalen.

Gespecialiseerde software

Gespecialiseerde software

Samen met zes internationale partners ontwikkelde SCK CEN een revolutionaire technologie om de individuele stralingsdosis die een arts oploopt te berekenen. Dat gebeurt met een camera en aangepaste computersoftware. De camera – met bewegingssensoren – volgt nauwgezet alle handelingen van de interventionele radioloog en registreert elke beweging van het lichaam. Het softwareprogramma brengt die gegevens samen met de output van het gebruikte röntgentoestel en berekent zo de opgelopen stralingsdosis. “De software houdt rekening met het stralingsveld van de bron en de afstand tussen de radioloog en de patiënt”, zegt Pasquale Lombardo, onderzoeker bij SCK CEN. “Welke energie heeft de straling? Vanuit welke hoek worden bepaalde lichaamsdelen bestraald? Dat maakt allemaal een verschil.”

Dosimetrie op maat

Het softwareprogramma voor de nieuwe technologie werd op punt gesteld aan de hand van simulaties met poppen. Dat gebeurde in St. James’s Hospital in Ierland en in het University Hospital Malmö in Zweden. Onderzoekers plaatsten anatomische torso’s in de buurt van een röntgenapparaat. “We plakten de torso’s vol dosimeters om de stralingsblootstelling voor het hele lichaam in kaart te brengen”, legt Lombardo uit. “We deden dezelfde metingen met én zonder persoonlijke beschermingsmiddelen. Welke dosis meten we bijvoorbeeld in de verschillende organen als de torso een loodschort draagt? Dat is cruciale informatie. We gebruikten ook torso’s van verschillende posturen: man of vrouw, groot of klein… Dat moet later een geïndividualiseerde dosimetrie mogelijk maken.”

text

Man of vrouw, groot of klein ... Onze nieuwe technologie biedt dosimetrie op maat.

Pasquale Lombardo

Meer tests nodig

De technologie lijkt de huidige, fysieke dosimeters te overtreffen. Schaffen we die dan maar af? “Eerst stappen, dan lopen”, tempert projectcoördinator Filip Vanhavere de verwachtingen. “Fysieke dosimeters hebben inderdaad beperkingen. Zo hebben ze maar één meetpunt voor het volledige lichaam. Daardoor kunnen ze weinig informatie geven over afzonderlijke organen. De meetresultaten zijn pas na een paar weken beschikbaar en er is een onzekerheidsfactor van twee voor de meetnauwkeurigheid. Onze computersoftware heeft het potentieel om die beperkingen weg te werken, maar de technologie staat nog in haar kinderschoenen. Ze moet verder ontwikkeld en getest worden.”

De consortiumpartners mikken op 2021 om een prototype uit te werken, op 2023 om het prototype te lanceren en op 2025 om het op de markt te brengen. Tegelijk willen ze de vertaalslag maken naar andere contexten dan interventionele radiologie en cardiologie. Vorig jaar installeerden de onderzoekers al een proefopstelling in werkruimtes met neutronen.

Vernieuwende aanpak

De nieuwe technologie kadert in het wettelijke ALARA-principe (as low as reasonably achievable). Dat principe stelt dat een stralingsdosis altijd zo laag mogelijk gehouden moet worden. Wereldwijd hebben andere onderzoekers ook al camera’s met bewegingssensoren ingezet om het ALARA-principe te monitoren. Zodra een persoon te dicht bij een stralingsbron komt, verschijnt er een waarschuwing. Maar het PODIUM-project gaat een stap verder.

Vanhavere: “Wij gebruiken camera’s voor persoonsgebonden dosimetrie. Die aanpak is wereldwijd uniek en vernieuwend. Bovendien worden computers steeds sneller. Dat is belangrijk omdat wij de orgaandosissen berekenen aan de hand van zogenaamde Monte-Carlosimulaties. Een Monte-Carlosimulatie is een computergestuurde techniek waarbij een fysiek proces niet één keer, maar vele malen wordt gesimuleerd. In ons onderzoek is dat fysieke proces het uitzenden van stralingsdeeltjes.”

“Bij een Monte-Carlosimulatie lanceren wij miljoenen stralingsdeeltjes uit het röntgenapparaat”, legt Lombardo uit. “Elk stralingsdeeltje heeft een andere energie of vliegt in een andere richting. We volgen ze allemaal op hun pad en berekenen de stralingsdosis die ze uiteindelijk in de verschillende organen afzetten. Telkens als de arts zich verplaatst, herhalen we dezelfde simulatie. Dat vergt ontzettend veel rekenkracht en dus snelle computers, maar het levert ook heel nauwkeurige data op. Zolang de rekenkracht van computers en de kwaliteit van de camerabeelden blijven verbeteren, kunnen we onze technologie verder verfijnen.”

Zeven handen op één buik

Zeven handen op één buik

Zeven partners sloegen de handen in elkaar om het vernieuwende PODIUM-project te doen slagen: SCK CEN (België), Universitat Politècnica de Cataluyna – UPC (Spanje), Helmholtz Zentrum München (Duitsland), Lund University (Zweden), Public Health England (Groot-Brittannië), Greek Atomic Energy Commission (Griekenland) en St. James’s Hospital Ireland (Ierland). “Het monitoren van individuele stralingsdosissen is cruciaal voor een goede stralingsbescherming. Het is onze ambitie om onderzoek te blijven doen en onze huidige meettechnieken te verbeteren”, aldus Filip Vanhavere.

Het PODIUM-project wordt gefinancierd door het Euratom onderzoeks- en trainingsprogramma 2014-2018. Het maakt deel uit van het H2020-project CONCERT, een Europees programma dat Europees en nationaal onderzoek naar stralingsbescherming integreert.

Wij gebruiken camera’s voor persoonsgebonden dosimetrie. Die aanpak is wereldwijd uniek en vernieuwend.

Filip Vanhavere

De vierde industriële revolutie laat de fysieke, digitale en biologische wereld samensmelten. Ook in de stralingsbescherming wordt basiswetenschap aangevuld met geavanceerde technologische ontwikkelingen, artificiële intelligentie, machine-learning-algoritmen en big data. Ze worden ingezet voor een verhoogde bescherming van de mens en zijn omgeving in de context van medische toepassingen, geavanceerde impactstudies, ruimtemissies … Innovatief en rigoureus, een onmisbare schakel in een multidisciplinair netwerk.

 

Hildegarde Vandenhove (Milieu, Gezondheid en Veiligheid)