Datortomografi hos barn beräknas öka antalet cancerfall Stråldos och cancerrisk kan reduceras

Transkript

1 Per Hall, professor, epidemiolog, onkolog, institutionen för medicinsk epidemiologi och biostatistik, Karolinska institutet, Stockholm Annette Fransson, sjukhusfysiker, enheten för sjukhusfysik och strålbehandling, Karolinska Universitetssjukhuset Solna Annelie Martens, doktorand, institutionen för medicinsk epidemiologi och biostatistik, Karolinska institutet, Stockholm Lars Johanson, radiolog/verksamhetschef, röntgenavdelningen för barn, Astrid Lindgrens barnsjukhus, Stockholm Wolfram Leitz, myndighetsspecialist, Statens strålskyddsinstitut, Stockholm Fredrik Granath, biostatistiker, institutionen för klinisk epidemiologi, Karolinska Universitetssjukhuset Solna Datortomografi hos barn beräknas öka antalet cancerfall Stråldos och cancerrisk kan reduceras Den inom strålskyddsverksamheten vedertagna modellen för riskberäkningar vid låga stråldoser bygger på hypotesen att cancerincidensen ökar linjärt med stråldosen, med undantag för leukemi som ökar linjärkvadratiskt med dosen. Det antas även att det inte finns en tröskeldos under vilken risken att utveckla cancer är noll. Detta innebär att all joniserande strålning oavsett dos ska betraktas som potentiellt karcinogen [1]. Risken att utveckla en elakartad sjukdom till följd av exponering för joniserande strålning ökar med sjunkande ålder vid exponeringen, och riskerna varierar med organens strålkänslighet, tid efter exponering och strålningens fysikaliska egenskaper [1, 3]. De organ som är känsligast för joniserande strålning är benmärg, bröst- och tyreoideakörteln [1]. Den modifierande effekten av ålder vid exponering är mycket påtaglig vid exempelvis tyreoideacancer. För dem som överlevde bomberna i Hiroshima och Nagasaki i augusti 1945 noterades ingen ökad risk för dem som då var äldre än 20 år. De höga riskerna noterades nästan uteslutande för dem som var under 10 år vid explosionerna. Den högre risken per enhet dos hos barn har flera förklaringar, och de två viktigaste är att fler celler är i delning och att barnen har fler år framför sig under vilken den joniserande strålningen kan ha effekt. Den lägsta dosen från vilken signifikant ökade risker för cancer noterats bland överlevande efter atombomberna i Hiroshima och Nagasaki är 60 msv [4]. En svensk studie av barn som behandlats med extern strålbehandling mot benigna hudhemangiom, visade på en ökad risk för att utveckla intrakraniella tumörer efter en genomsnittlig skalldos på 70 msv [5]. I en amerikansk undersökning uppskattades att 500 av de barn som under ett år genomgår en datortomografi innan de fyllt 15 år kommer att avlida i cancer till följd av den dos de exponerats för vid datortomografin [2]. Trots att denna siffra i absoluta tal är hög utgör den ökade risken för död i cancer endast 0,35 procent utöver den livstidsrisk amerikaner har att avlida i cancer [2]. Avsikten med den studie som presenteras här var att uppskatta risker för elakartad sjukdom förknippade med datortomografiundersökningar av barn i Sverige. För ändamålet Sammanfattat De senaste två decennierna har användningen av datortomografi ökat dramatiskt i västvärlden [1]. Trots att datortomografi 1996 stod för cirka 6 procent av röntgenundersökningarna i västvärlden kom 41 procent av den sammantagna stråldosen från dessa undersökningar [1]. Undersökningar av barn skall ske med ett till barnets anatomi anpassat exponeringsprotokoll. Stråldosen, och därmed risken, blir då betydligt lägre än med vuxenprotokoll [2, 3]. Vi uppskattade risken för datortomografiassocierade elakartade sjukdomar genom att uppskatta antalet årliga datortomografiundersökningar av barn i Sverige, beräkna organdoser till barn från de vanligaste datortomografiundersökningarna, under antagande att exponeringen inte anpassats för barn, samt använda riskestimat från Hiroshima och Nagasaki. Vi uppskattar att det finns en risk att 2,4 maligniteter induceras per datortomografiundersökningar. krävs att vi gör en uppskattning av antalet årliga datortomografier i Sverige och av doser från dessa undersökningar till olika organ samt använder adekvata riskestimat. Metod I Statens strålskyddsinstituts (SSI) rapport om patientdoser vid radiologiska undersökningar finns uppgifter om antalet datortomografiska undersökningar av pelvis, ländrygg, övre buken, ansiktsskelett, hjärna och torax på barn 15 år i hela 214 Läkartidningen Nr Volym 102

2 Antal undersökta Ålder, år Totalt Antal undersökningar Buk Skalle Torax Övrigt År Ålder, år Figur 1. Antal datortomografiskt undersökta barn på Karolinska sjukhuset, Stockholm, under perioden i relation till ålder vid undersökningstillfället. Figur 2. Antal datortomografiundersökningar i relation till ålder vid undersökningen och typ av undersökning på Karolinska sjukhuset, Stockholm, under perioden Sverige 1998 [6]. Jämför vi SSI-rapporten med det antal undersökningar som utfördes på Karolinska sjukhuset i Stockholm framgår det att ungefär 13 procent av undersökningarna i Sverige 1998 utfördes på Karolinska sjukhuset. Vi gjorde antagandet att förhållandet mellan Karolinska sjukhuset och resten av Sverige inte skiljer sig vad gäller antal undersökningar per person, fördelning av antal undersökningar och undersökningstyper i olika åldersgrupper. Vi beräknade endast risker förknippade med undersökningar av datortomografi av skalle, buk och torax. En multitraumaundersökning antogs inbegripa en undersökning av samtliga regioner. Vi tog hänsyn till att individer undersöktes vid olika ålder och att de genomgick olika typer av undersökningar. Under perioden utfördes vid Karolinska sjukhuset totalt datortomografiundersökningar på totalt barn, 0 18 år gamla. Detta skulle ge ungefär undersökningar på totalt barn i 0 18 års ålder under samma period i hela Sverige. Mellan 1996 och 1999 dubblerades antalet undersökta barn på Karolinska sjukhuset för att sedan långsamt sjunka (Figur 1). Den vanligaste undersökningen var datortomografi av skallen, följd av bukundersökning (Figur 2). Andelen skallundersökningar är störst i åldersgruppen 0 4 år, där den står för 59 procent av alla datortomografiundersökningar. Totalt av alla undersökningar står datortomografi av skallen för 50 procent, buk 24 procent, torax 10 procent och övrigt 16 procent. Barn i åldern 5 14 år var de som oftast undersöktes (Figur 2). Majoriteten av barnen som undersöktes på Karolinska sjukhuset undersöktes en gång (74 procent, Tabell I), och det genomsnittliga antalet undersökningar var 1,6. Det finns få uppgifter om organdoser till barn vid radiologiska undersökningar. Vi valde därför att beräkna dosen under antagande att exponeringen inte anpassats från vuxen till barn. Så var förhållandet i Sverige i början av 1990-talet, och det har sedan dess gradvis förbättrats. Våra beräkningar innebär således en överskattning av risken. Den absorberade dosen till organ som totalbestrålas vid datortomografisk undersökning av vuxna kan approximeras med»computed Tomography Dose Index weighted«(ctdi w ) [7]. Detta är ett mått på genomsnittsdosen i ett snitt på ett standardfantom och har sammanställts av SSI för olika typer av datortomografiundersökningar av vuxna vid sjukvårdsenheter i Sverige [6]. Den absorberade dosen beräknas enligt formeln: CTDI w = 1/3 CTDI p (perifer dos) + 2/3 CTDI c (central dos) Den perifera dosen är den absorberade dosen som mäts 1 cm under ytan på fantomet, och central dos är den absorberade dosen som mäts centralt i fantomet [7]. Fantomet består av en plexiglascylinder med diametern 32 respektive 16 cm för att simulera bål och huvud. CTDI w varierar med val av exponeringsparametrar och skiljer sig mellan olika typer av datortomografer för samma inställda parametrar. De CTDI w -värden som användes för beräkningarna i denna studie utgår från de medelvärden som beräknats av SSI från sjukvårdens inrapportering av CTDI w -värden [6]. För uppskattning av motsvarande CTDI w för barn i olika åldrar antogs att kvoten mellan central och perifer dos som funktion av objekttjocklek var likvärdig för samtliga datortomografer [8]. Typiska dimensioner för skalle och bål för olika åldersgrupper hämtades från Tabell I. Antal undersökningar (endast buk-, torax-, och skallundersökningar) per individ åren på Karolinska sjukhuset, Stockholm. Antal undersökningar Andel av barnen, procent >6 3 Tabell II. Organdoser (mgy) vid olika åldrar i relation till typ av datortomografiundersökning. Undersökning/organ Nyfödd 1 år 5 år 10 år 15 år Vuxen Skalle/hjärna Torax/lunga Torax/bröst Buk/riktad dos till samtliga bukorgan Torax/benmärg Skalle/benmärg Buk/benmärg Läkartidningen Nr Volym

3

4 Huda och medarbetare [9]. Utgående från dessa data beräknades åldersfaktorer för omräkning av CTDI w från vuxna till barn. För buken respektive torax beräknades en dos som i denna studie antas vara densamma till alla organ i respektive område (Tabell II). Doserna till benmärgen vid undersökningar av skallen, torax respektive buken har uppskattats genom att applicera det förhållande som Brenner och medarbetare [2] beskriver. Dosen till benmärgen i det bestrålade området antas vara densamma som mjukdelsdosen. Däremot finns endast en del av den totala mängden benmärg i det undersökta området, i t ex skallen 10 procent. Det betyder således att medeldosen till benmärgen efter en datortomografiundersökning är en tiondel av dosen till hjärnan. Vid buk- och toraxundersökningar antas benmärgsdosen vara en femtedel av dosen till bukorganen respektive lungdosen. Den organ- och åldersberoende livstidsrisken för solida tumörer vid olika doser beräknades med formeln: [b (e 25)] ERR (D, e) = a D e Formeln anger ERR (excess relative risk) per år efter exponering för joniserande strålning; a är ERR per Sv (sievert) för olika organ [10]; D är organdosen i Sv; e är åldern vid exponeringen och b är den åldersspecifika organpåverkan. Vid beräkningen av livstidsrisken för leukemi användes ERR vid exponering för 1 Sv vid ålder <20 år. Eftersom dos responskurvan för leukemi följer ett linjärkvadratiskt samband, har hänsyn tagits till detta vid beräkning av risk vid lägre doser. De förväntade livstidsriskerna beräknades med hjälp av den beräknade livstidsincidensen för olika typer av cancrar med antagandet om en medellivslängd på 76 år för män och 82 år för kvinnor [11]. Resultat Om vi antar att barn under 18 år genomgick datortomografiundersökningar under perioden och att våra dosberäkningar är korrekta kommer 400 fall av strålinducerad cancer eller leukemi att diagnostiseras bland dessa individer under en livstid. Det innebär att bland de barn som uppskattas genomgå datortomografiundersökningar per år i Sverige kommer det att genereras 60 extra fall av maligna sjukdomar under deras livstid. Detta motsvarar 2,4 fall av malignitet per datortomografiundersökningar. Datortomografi av buken är den undersökningstyp som bidrar mest till den ökade risken, 60 procent av fallen orsakas av denna undersökning. De barn som genomgått mer än en datortomografi (26 procent) uppskattas bidra med hälften av de ökade fallen. Totalt 35 procent av alla män och kvinnor diagnostiseras med cancer eller leukemi under sin livstid [11]. Ovanstående riskuppskattning innebär att de undersökta barnens livstidsrisk för att drabbas av en elakartad sjukdom ökar från 35 procent till 35,3 procent. (Den ökade risken för dessa barn att drabbas av olika typer av cancer till följd av datortomografiundersökningarna uppskattades till 0,9 procent relativt bakgrundsrisken.) Diskussion Detta arbete är ett försök att grovt uppskatta livstidsrisken för att drabbas av cancer eller leukemi orsakad av datortomografiundersökningar av barn. Vi uppskattar att av de barn som årligen undersöks i Sverige kommer 60 att drabbas av en malignitet under sin livstid till följd av undersökningarna, och detta motsvarar en ökning med 0,9 procent jämfört med bakgrundsincidensen. I absoluta tal är detta en ökning från 35 procent till 35,3 procent. Vidare bör noteras att det största antalet av dessa fall inträffar sent i livet [10] och att antalet förlorade levnadsår på grund av en strålinducerad elakartad sjukdom med stor sannolikhet uppvägs av de levnadsår som kan vinnas på grund av det diagnostiska resultat som datortomografiundersökningen medför. I studien av Brenner och medarbetare [2] uppskattades att 500 av årligen undersökta barn skulle dö av cancer efter att ha undersökts med datortomografi i åldern 0 15 år. Det innebär att nästan 1 av undersökta barn beräknas avlida i cancer som en konsekvens av undersökningen. Denna uppskattning är en faktor 2,5 lägre än den uppskattade incidensen för cancer i vår studie, 2,4 fall per undersökningar. En del av förklaringen är att vi skattar cancerincidens och att den åtminstone är dubbelt så hög som mortaliteten. Ett annat skäl kan vara att vi i uppskattningen av dosen antog att vuxenprotokoll användes. Den återstående skillnaden kan sannolikt förklaras av att Brenner och medarbetare använde en kombinerad modell som tar hänsyn till både ålder vid exponering och tiden efter exponering [2]. I denna modell görs antagandet att risken minskar efter en initialt stigande fas, vilket betyder att risken per dos beräknas bli lägre än i vårt arbete, som endast tar hänsyn till ålder vid exponering och antar att risken ligger kvar på samma nivå under hela livet. Vi vill understryka att en rad approximationer har gjorts i denna studie, vilket gör resultaten osäkra. Den största osäkerheten ligger i riskestimatet baserat på data från de överlevande i Hiroshima och Nagasaki [10]. Dessa riskestimat kan vara för låga, eftersom registrering av cancerfall bland de överlevande inte systematiserades förrän i slutet av 1950-talet. Vidare är det svårt att säkert kvantifiera riskerna vid låga doser av joniserande strålning till följd av brist på statistisk precision och risk för snedvridning av data. Trots det stora materialet, cirka överlevande, rör det sig endast om några hundra extra cancerfall som beräknas ha orsakats av strålningen [1]. Riskerna kan ha överskattats De dosuppskattningar som presenteras i denna studie är baserade på det genomsnittliga CTDI w -värdet för undersökningar av vuxna. Vidare baseras de uppskattade doserna till barn i olika åldrar på antagandet att undersökningsprotokollen, och därmed bestrålningsbetingelserna, är identiska för vuxna och barn. Detta innebär bl a att rörspänning och rörström har antagits vara desamma för alla åldrar. Idag utförs ofta exponeringsanpassning från vuxna till barn i Sverige, och i detta avseende överskattar denna studie troligtvis stråldosen till barn som genomgår datortomografiundersökningar. Därmed överskattas även riskerna förknippade med en enstaka undersökning. Trots detta finns det skäl att tro att exponeringsanpassningen från vuxna till barn inte är tillräcklig. I SSIs rapport 2001 visades att röntgenundersökningar inte utförs på ett optimalt sätt i Sverige [6]. Patientdoser kan skilja med en faktor 15 mellan olika apparater beroende på typ av utrustning, inställning och undersökningsmetodik. Den stora spridningen i patientdoser indikerar att optimeringen av undersökningarna har stora brister, och sannolikt gäller detta förhållande även för anpassning till patientens anatomi [6]. I en amerikansk undersökning noterades att undersökningar av barn genomfördes med 30 procent lägre exponering (mas) än undersökningar av vuxna vid en datortomografiundersökning av buken [12]. Dock var den effektiva dosen för barn fortfarande högre än för vuxna. Detta beror troligen på att anpassningen inte genomförts optimalt. CTDI w är ett mått på stråldosen i den bestrålade volymen och har i denna studie använts som uppskattning av organdoser. Man approximerar därmed patienten med en homogen plexiglascylinder och antar att CTDI w representerar stråldo- Läkartidningen Nr Volym

5 sen i hela den bestrålade volymen. I verkligheten är situationen mer komplex, med en inhomogen dosfördelning som avspeglar såväl densitetsskillnader mellan olika organ, deras storlek, form och läge som olikheter mellan olika datortomografer. En studie av Hidajat och medarbetare indikerar att CTDI w underskattar flertalet organdoser, med de största avvikelserna för bröst och lunga [12]. Khursheed och medarbetare [13] bestämde effektiva doser i olika åldrar med en simuleringsmetodik (Monte Carlo) och rapporterade åldersfaktorer för buk- och toraxundersökningar som överensstämmer väl med våra värden, under det att åldersfaktorer för skalle var något högre. Referenser 1. UNSCEAR. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and effects of ionizing radiation. UNSCEAR Report to the General Assembly, with scientific annexes. New York: United Nations; Brenner D, Elliston C, Hall E, Berdon W. Estimated risks of radiation-induced fatal cancer from pediatric CT. AJR Am J Roentgenol 2001;176(2): Brenner D. Estimating cancer risks from pediatric CT: going from qualitative to quantitative. Pediatr Radiol 2002;32(4): Pierce DA, Preston DL. Radiation-related cancer risks at low doses among atomic bomb survivors. Radiat Res 2000;154(2): Karlsson P, Holmberg E, Lundell M, Mattsson A, Holm LE, Wallgren A. Intracranial tumors after exposure to ionizing radiation during infancy: a pooled analysis of two Swedish cohorts of 28,008 infants with skin hemangioma. Radiat Res 1998;150: Leitz W, Jönsson H. Patientdoser från röntgenundersökningar i Sverige; sammanställning av resultaten från sjukvårdens rapportering Stockholm: Statens strålskyddsinstitut; Rapport 2001: International Electrotechnical Commission. Medical electrical equipment, Part 2 44: Particular requirements for the safety of X-ray equipment for computed tomography. 2nd ed. Geneva: IEC; IEC Nickoloff E. Current adult and pediatric CT doses. Pediatr Radiol 2002;32(4): Huda W, Atherton JV, Ware DE, Cumming WA. An approach for the estimation of effective radiation dose at CT in pediatric patients. Radiology 1997;203(2): UNSCEAR. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and effects of ionizing radiation. UNSCEAR 1994 Report to the General Assembly, with scientific annexes. New York: United Nations; Cancer incidence in Sweden Stockholm: Swedish National Board of Health and Welfare; Hidajat N, Maurer J, Schroder RJ, Nunnemann A, Wolf M, Pauli K, et al. Relationships between physical dose quantities and patient dose in CT. Br J Radiol 1999;72(858): Khursheed A, Hillier MC, Shrimpton PC, Wall BF. Influence of patient age on normalized effective doses calculated for CT examinations. Br J Radiol 2002; 75(898): Jönsson H, Leitz W. Patientdoser från röntgenundersökningar i Sverige uppföljning av åtgärder. Stockholm: Statens strålskyddsinstitut; Rapport 2002:05. Stråldoserna bör kunna reduceras Resultatet från detta arbete visar vilken teoretisk risk för en elakartad sjukdom som datortomografi av barn ger i Sverige. Uppskattningen gjordes under antagandet att ingen exponeringsanpassning sker från vuxna till barn. En konsekvent anpassning skulle säkerligen leda till minst en halvering av dosen och därmed risken. God strålskyddspraxis innebär även att den strålrisk som är förenad med en undersökning ska vägas mot nyttan av densamma; en konsekvent användning av denna princip leder troligen till en minskning av frekvensen datortomografier av barn. Resultatet av detta arbete ska inte tolkas så att man bör sluta undersöka barn med datortomografi. Det är dock viktigt att optimera undersökningarna för att minimera stråldosen, bl a genom att anpassa exponeringsparametrarna till de mindre dimensionerna hos barn än hos vuxna. Särskilt uppmärksammas bör också de barn som undersöks två eller fler gånger: de utgör en fjärdedel av datortomografipatienterna och står för hälften av de beräknade cancerfallen. En uppföljning av SSI-rapporten rörande patientdoser i Sverige vid konventionell röntgen har visat att det är möjligt att sänka dosen med 40 procent utan förlust i bildkvalitet [14]. Det borde också vara möjligt att på motsvarande sätt väsentligt reducera doserna vid datortomografiundersökningar av barn och därmed reducera risken för cancer. * Potentiella bindningar eller jävsförhållanden: Inga uppgivna. 220 Läkartidningen Nr Volym 102