Development of methodologies for estimating the dose to the eye lens in interventional radiology : operational implications of the eye lens new dose limit

Abstract

Recent epidemiological evidences on very late opacities or cataract manifestation, has led to a review of the actual limit for the eye lens (150 mSv/year) for workers exposed to ionizing radiation. ICRP 118 recommends reducing the limit to 20 mSv per year. This drastic change in the dose limit has been incorporated into the revised European and International Basic Safety Standards (European Commission 2013, International Atomic Energy Agency 2014) and it should be implemented in national legislation of member states in 2018. Up to now, eye lens dose is not routinely measured and there are no general international recommendations regarding procedures on how correctly estimate the dose to the eye lens. 
 The present work provides proposals regarding metrological, dosimetric and radiation protection needs associated to the new limit. At first, a calibration procedure and an easy-to use dosemeter for the eye lens have been set-up to accurately measure eye lens doses in terms of Hp(3) for photon radiation fields. Secondly, a measurement campaign on phantom was performed in order to test several dosimetric systems and to analyze the influence of the position of the eye lens dosemeter. The best position for an accurate assessment of the eye lens dose is to locate the dosemeter as close as possible to the most exposed eye. Measurements at four Spanish hospitals in real clinical conditions were performed in order to evaluate whether the risk of exceeding the new recommended eye lens dose limit of 20 mSv per year is of real concern. 24 physicians and 12 nurses were monitored. Results show that approximately 40% of the monitored physicians and 25 % of monitored nurses would exceed the new limit. The relation between the eye lens equivalent dose Hp(3) and other quantities, easier to measure such as Hp(0.07) with an unprotected whole body dosemeter situated at the chest or the KAP registered in the X-ray console have been investigated. Results highlight that the relation between Hp(3) and Hp(10) or Hp(0:07) measured on the chest or collar with an unprotected whole body dosemeter is more reproducible than the relationship between Hp(3) and KAP, in particular in the case of nurses. Large uncertainties are associated to the estimation of Hp(3) through other quantities (such as KAP or whole body doses). The relationship is dependent on the type of procedure, position of the monitored person and use of protection means. Thus, this methodology is only recommended for monitoring of staff exposed to eye lens doses below 6 mSv or in order to identify which individuals are likely to require regular eye lens monitoring. The recommended correction factor is Hp(3)=0.8Hp(0.07)thorax. For individuals at risk, the use of a dedicated eye lens dosemeter is strongly recommended. 
 Monte Carlo simulations were carried out in order to analyse the influence of several parameters on eye lens equivalent dose and to provide recommendations on eye lens dose reduction and on the effectiveness of the protective glasses. This thesis proposes simple precautions to reduce the dose, such as the positioning of the monitors away from the X-rays. A rotation of the head of 30º or 45º away from the tube is shown to reduce eye lens dose by approximately 50%, in particular at distances of 20cm and 40cm from the X-ray source. Furthermore, a correction factor of 0.3 for wraparound-style lead glasses and a more conservative value of 0.5 for any design of glasses is recommended. This correction should be applied when an eye lens dosemeter is used on an unprotected region close to the eye, as the measurement of the eye lens equivalent dose does not take into account the protection provided by the glasses. This proposal is in agreement with several published work and with the recommendations from ISO in 2015.
 Finally, this thesis highlights the need of training to improve the use of the protection systems, in particular the ceiling shielding during clinical practice. Evidencias epidemiológicas sobre la manifestación precoz de cataratas u opacidades han comportado la revisión del límite anual de dosis equivalente al cristalino (150 mSv /año) para los trabajadores expuestos a la radiación ionizante. ICRP 118 recomienda reducir dicho límite a 20 mSv por año, promediado en un período de 5 años. Este cambio drástico en el límite de dosis se ha incorporado en las Normas básicas de protección radiológica europeas (Comisión Europea, 2014) e internacionales (IAEA, 2013) y deberán ser transpuestas a la legislación nacional de los Estados miembros en 2018. Actualmente, no se lleva a cabo el control dosimétrico de la dosis al cristalino y no se dispone de recomendaciones internacionales consensuadas sobre cómo llevar a cabo dicho control. Esta tesis presenta diversas propuestas para cubrir las nuevas necesidades metrológicas, dosimétricas y de protección radiológica en el ámbito de la cardiología y radiología intervencionista, asociadas al nuevo cambio legislativo. Se ha desarrollado y puesto a punto un procedimiento para la calibración de dosímetros personales de cristalino en unidades de Hp(3). También se ha caracterizado el dosímetro de cristalino UPC-ELD de acuerdo con la norma IEC 32687 (2012) para campos de radiación fotónica. Dicho dosímetro se ha utilizado en una campaña de medidas en maniquí antropomórfico para la validación de diversos sistemas dosimétricos y para analizar la influencia de la posición del dosímetro para la estimación de la medida de la dosis equivalente en cristalino. Se concluye que la posición óptima del dosímetro de cristalino, es sobre la oreja, en el lado correspondiente al ojo más expuesto, habitualmente el izquierdo. Se efectuaron mediciones en cuatro hospitales españoles utilizando el dosímetro UPC-ELD. Participaron 24 facultativos y 12 enfermeras. Los resultados muestran que aproximadamente el 40% de los médicos y el 25% de las enfermeras superarían el nuevo límite. Paralelamente se ha investigado la relación entre Hp (3) y otras magnitudes como Hp (0,07) determinado con un dosímetro de cuerpo entero situado a nivel de tórax encima del delantal plomado o el KAP registrado en la consola de rayos X. Los resultados ponen de manifiesto que la relación entre Hp (3) y Hp (10) o Hp (0:07), medidas en el tórax, es más reproducible que la relación entre Hp (3) y KAP, en particular en el caso de las enfermeras. La determinación indirecta de la dosis en cristalino presenta importantes incertidumbres puesto que la relación entre las distintas magnitudes depende del tipo de procedimiento, de la posición de la persona y del uso de los sistemas de protección. Por ello, esta metodología sólo se recomienda para la vigilancia individual, si es muy poco probable que la dosis equivalente anual en el cristalino supere 6 mSv, o bien si el objetivo consiste en identificar los puestos de trabajo que pueden requerir un control dosimétrico sistemático. El factor de corrección recomendado para estimar Hp (3) es: Hp (3)= 0.8Hp (0.07) tórax. Cuando no es improbable superar 6 mSv, se recomienda el uso de un dosimetro específico para el cristalino. Mediante simulaciones Monte Carlo se analiza la influencia de varios parámetros en la dosis equivalente en cristalino y se determina la atenuación de distintos tipos de gafas protectoras. En base a los resultados de las simulaciones se propone situar los monitores alejados del haz de rayos X y girar la cabeza de 30º a 45º en dirección opuesta al tubo de RX, dicha posición reduce la dosis en cristalino aproximadamente el 50%, en particular a distancias de 20 cm y 40 cm de la fuente de rayos X. Además, se ha determinado un factor de corrección igual a 0,3 para las gafas de plomo de estilo envolvente y un valor más conservador de 0,5 para otros diseños menos ajustados. Por último, esta tesis subraya la necesidad de mejorar la formación sobre el correcto uso de los sistemas