牙科放射線學 (1) 陳玉昆教授 : 高雄醫學大學 口腔病理科 ~2755 Radiation Biology 放射線生物學

1. 基本知識 2. 障壁 3. 人員防護 學 習 目 標學 習 目 標

2. Eric Whaites: Essentials of dental radiography & radiology 3rd edition, Chapter 5, p 何復辰 : 牙科放射線學 1 st edition, p Harring JI & Jansen L: Dental radiography- principle & techniques 2nd edition, Chapters 2,3,5-9, 22, 23 p , 35-46, 63-80, 81-90, , , , , White & Pharoah: Oral radiology: principle & interpretation, 5th edition, Chapter 6, p References: 5. Kaohsiung Medical University, Oral Pathology Department 6. Manufacturer’s data sheet 7. Cha JY, Mah J, Sinclair P. Incidental findings in the maxillofacial area with 3- dimensional cone-beam imaging. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2007;132: Web et al. Background radiation levels & medical exposure in Australia. Radiation Protection in Australia. 1999;15: Farman AG. ALARA still applies. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol 2005;100: White & Pharoah: Oral radiology: principle & interpretation, 6th edition, Chapter 2, p publication zh.wikipedia.org/zh-tw 13. big5.ce.cn 14. tupian.baike.com What you need to know about cancer. Sci Am 1996;289:28-119

輻射防護劑量單位 - 西弗 (1) 西弗 (Sv) 是輻射劑量的 SI 單位， 1985 年取代舊單位 「侖目 (rem) 」 1 西弗 =100 侖目 Sievert 取自一位國際上有名輻射防護專家的名字。 他在瑞典的醫科大學，專門研究醫療用放射線的 測量，曾任 1928 年成立的「國際 X 射線防護委員會」 委員。曾任 1950 年改名 ICRP (International Commission of Radiological Protection 國際放射線防 護委員會 ) 委員長 1. 基本知識 Ref: 11

輻射防護劑量單位 - 西弗 (2) 人體所受的輻射劑量：輻射場強度  曝露時間 輻射場輻射強度單位：微西弗／小時及毫西弗／年 ( 毫西弗是微西弗的千倍； 1 年 = 8760 h) 1. 基本知識

自然背景輻射 (1) 兩個主要來源：宇宙射線和源自地球 全球平均背景劑量為每年每人 2.4 毫西佛 (mSv) ，幾乎全來自 宇宙射線和環境中的天然放射性核素。數值 >> 人造輻射曝露 2000 年一年，累積歷年核武試驗、核電廠意外和核能工業操 作的總合，為年平均值 5μSv ； > 來自醫療接觸， mSv 的 年平均值 背景自然輻射強度因地而異：有些地區明顯高於平均值 — 伊朗的藍薩 ( 曾紀錄年峰值劑量 :260mSv ) 巴西的瓜拉巴里 印度的克拉拉 澳洲北部的夫林德嶺 中國的陽江。 1. 基本知識

環境中持續存在的輻射，源自人為排放或自然存在 主要來源： 地球：輻射源包括食物和水、地上的物體及其它建材產品等 太空：宇宙射線 大氣層：主要來自地殼內經放射性衰變散逸至大氣層內的氡 ，隨後衰變使大氣層內的灰塵和微粒帶有輻射 其他的人造來源 (~3%) ： 過去的核武試爆 核電廠或核燃料處理場事故 燃燒礦物燃料排放 ( 火力發電的燃煤 ) 核子醫學使用放射性物質回收或處理不當造成的排放 1. 基本知識 自然背景輻射 (2)

地球上的來源 放射性物質來自全球各地：土壤、岩石、水、空氣和植被。 與地球的輻射有關的主要放射性核素通常是低放射性 ( 鉀和碳 的同位素 ) ，或罕見但極具放射性元素 ( 像鈾、釷或鐳和氡 ) 。 因放射性衰變，這些來源從地球誕生時就開始減少。 因此，現在地球上仍活動的鈾 -238 因為 45 億年的半衰期，僅 有當初的一半多；半衰期 12.5 億年的鉀 -40 的活動只剩原來的 8% 許多短半衰期的同位素：碳 -14( 宇宙成因 ) 、鐳 -226( 鈾 -238 衰 變的產品 ) 、氡 -222( 鐳 -226 衰變的產品 ) 。因為自然界不斷的 創造，未在地球的環境中衰減殆盡 1. 基本知識

來自人體內的輻射 一些組成人體的基本元素 ( 主要是鉀和碳 ) ，具放射性同位 素，使背景輻射量增加而更明顯。平均一個人的體內有 30 毫克的鉀 -40( 40 K) 和 ~10 奈克 (10 −9 g) 碳 -14( 14 C) 。 人體從生物體吸收的內部輻射暴露量最大是鉀 -40 ，每秒 鐘 ~4,000 個 40 K 原子核衰變，使鉀原子的衰變成為輻射數 目的最大來源。 40 K 生成的 β 粒子能量是 14 C 的 10 倍， 14 C 的 衰變每秒中產生的 β 粒子 ~1,200 。 一半的 14 C 原子處於細胞的遺傳資訊內，而鉀原子不在 DNA 的成分內。在 DNA 內的 14 C 原子每秒 ~50 個衰變，從碳 原子變成氮原子 1. 基本知識

台灣生活一年 等於照了 34 張胸部 X 光片： 台灣生活一年接受自然背景輻射劑量 =2.0 毫西弗 一張胸部 X 光的全身有效等效劑量 = 0.06 毫西弗 --- 台灣生活一年等於照了 34 張胸部 X 光片 (0.06 x 34 = 2.04mSv) 40 歲等於照 1334 張胸部 X 光的劑量 (40 x 2/0.06 = mSv) 飛機往返台北 - 雪梨，輻射劑量 = 0.05 毫西弗 1. 基本知識 Ref: 15

身體接受一西弗輻射量 增加 的致命癌症機會： 依據 ICRP NO.26 的輻射總危險度為 / 西弗 -- 身體接受每一西弗的輻射劑量增加 的癌症機會 診斷 X 光所造成的全身有效等效劑量： 四肢 毫西弗 腹部 毫西弗 骨盆 毫西弗 腰椎 毫西弗 上消化道 毫西弗 1. 基本知識

診斷 X 光造成的致命癌症機率風險少於萬分之一： 診斷 X 光的致命癌症機率風險 -- 萬分之一 ~ 百萬分之 一之間 據統計四個人中一個因癌症而死，四分之一再加 上萬分之一或百萬分之一的機率，與人類全部死 亡原因年危險度 1/180 ，或意外死亡危險度 1/3000 相比，診斷 X 光致癌機率是微乎其微 1. 基本知識

牙科 X 光片 根尖片：安全劑量是每人每年不得拍攝超過 200 PS. 一張根尖片輻射量 = 每人每日接受的自然背景輻射量 =2/365=0.0055mSv 一年照 200 張根尖片輻射量 =1.1mSv(ICRP annual dose limit for general public: 1mSv) 咬翼片：安全劑量是 每人每年不得拍攝超 過 200 Ref 基本知識 咬合片：安全劑量是每人每 年不得拍攝超過 200

牙科 X 光片 測顱分析片： 每人每年不得拍攝超過 66 Ref 基本知識 環口攝影片： 每人每年不得拍攝超過 66 PS. 一張口外片輻射量 = 3 張根尖片輻射量 一年照 66 張口外片輻射量 = x 3 x 66 = 1.1mSv

宇宙射線 (1) 地球上所有生物，不斷遭來自外太空的輻射曝露： 質子到鐵正離子和太陽系之外釋出的核變 這些輻射和原子核的交互作用，大氣層內產生次 級輻射 (X 射線、渺子、質子、 α 粒子、 π 介子、電 子、和中子 ) 宇宙射線的直接劑量很大的程度來自渺子、中子 和電子 1. 基本知識

在對流層上層， ~10 公里高度上最強 航空公司的人員和常搭機的乘客，每年較多的時 間曝露在這種環境中 太空中的太空人比在地面上的人曝露更高劑量的 背景輻射 1. 基本知識 宇宙射線 (2) Refs: 13, 14

宇宙射線 (3) 宇宙射線造成大氣層中的元素產生蛻變，宇宙射 線產生的次級輻射與大氣層內的原子核結合，生 成不同的放射性核素，產生宇宙成因核素，值得 注意的是氮原子交互作用產生的碳 -14 宇宙成因核素最後抵達地面，與生物合併。核素 的產量在數千年至數百萬年的長時間內從未間斷。 這不變的產量、與生物的結合和相對較短的半衰 期，使碳 -14 被用在放射性定年，測量古生物的年 代 1. 基本知識

1945/7/16 美國進行世界上首次核試驗到 1989 年底，各國共進行了 2000 多次核試 驗。美、蘇兩國核試驗次數約佔總數的 80 ％。中國於 1964/10/16 在新疆羅布泊進 行首次原子彈試驗， 1966/10/27 進行首次飛彈核武試驗， 1966 年 12 月 28 日進行首 次氫彈試驗， 1967/6/17 進行了首次氫彈空投試驗， 1984/12/19 進行首次中子彈原 理試驗， 1988 年 9/29/ 進行首次中子彈試驗。 美國：官方統計 1054 次，多數在內華達試驗場及馬紹爾群島的太平洋試驗場。 10 個測試發生在不同地點，其中在美國的，包括阿拉斯加的阿姆奇特卡島、 科羅拉多州、密西西比州及新墨西哥州。 (1992 年 : ( 最近一次核試年份 )) 美國內華達試驗場馬紹爾群島太平洋試驗場阿拉斯加阿姆奇特卡島 科羅拉多州密西西比州新墨西哥州 蘇聯：官方統計 715 次，大多在塞米巴拉金斯克核子試驗場及新地島。其他測試地 點，包括俄羅斯、哈薩克斯坦、土庫曼斯坦及烏克蘭。 (1990 年 ) 蘇聯塞米巴拉金斯克核子試驗場新地島俄羅斯哈薩克斯坦土庫曼斯坦烏克蘭 法國：官方統計 210 次，多數在撒哈拉沙漠。 (1996 年 ) 法國撒哈拉沙漠 英國： 45 次， 21 次在澳大利亞， 9 次在南澳大利亞，其他在太平洋的聖誕島。 (1991 年 ) 英國澳大利亞南澳大利亞聖誕島 中國： 45 次，首次在新疆羅布泊的核試驗場。 (1996 年 ) 中國新疆羅布泊 印度： 6 次 (1998 年 ) 印度 巴基斯坦： 6 次 (1998 年 ) 巴基斯坦 北韓： 3 次 (2013 年 ) 北韓 核武試爆造成全球的輻射汙染

1. 基本知識 Ref: 12 核武試爆 ( １９４５－２０１３）

1. 基本知識 核反應爐位於圓桶狀的建築物內 全世界 31 個國家有 435 座工作反應爐 (2012/8) 世界核電廠分布 ● 運轉中 ● 興建中 ● 已關閉 核電廠名稱所在區域狀況 第一核能發電廠 第一核能發電廠 （茂林核能發電廠） 新北市石門區茂林里營運中， 1978 年開始商轉 第二核能發電廠 第二核能發電廠 （國聖核能發電廠） 新北市萬里區野柳里萬里區野柳里營運中， 1981 年開始商轉 第三核能發電廠 第三核能發電廠 （馬鞍山核能發電廠） 屏東縣恆春鎮屏東縣恆春鎮馬鞍部 落馬鞍山馬鞍山 營運中， 1984 年開始商轉 第四核能發電廠 新北市貢寮區龍門里貢寮區龍門里自 1999 開工興建 台灣現有核電廠 * 三哩島事件 (1979/3/28) 美國賓夕法尼亞州薩斯奎哈納河 * 車諾比事件 (1986/4/26) 烏克蘭普里比亞特 * 福島事件 (2011/3/11) 日本宮城縣 核電廠事故 Ref: 12

CHANGES IN DEOXYRIBONUCLEIC ACID (DNA) ON RADIATION  Breakage of one or both DNA strands  Cross-linking of DNA strands within the helix to other DNA strands or to proteins  Change or loss of a base  Disruption of hydrogen bonds between DNA strands 1. 基本知識

CHROMOSOME ABERRATIONS ON RADIATION 1. 基本知識 Cell cycle. A proliferating cell moves in the cycle from mitosis to Gap 1 (G1) to the period of DNA synthesis (S) to Gap 2 (G2) to the next mitosis A, Irradiation of cell after DNA synthesis results single-arm (chromatid) aberration B, Irradiation before DNA synthesis results double-arm (chromosome) aberration. Refs. 10, 16

DETERMINISTIC & STOCHASTIC EFFECTS OF RADIATION 1. 基本知識 Radiation injury to organisms: (1) Killing of large numbers of cells (deterministic effects) or (2) Sublethal damage to individual cells results in cancer formation or heritable mutation (stochastic effects). Ref. 10 Comparison of Deterministic & Stochastic Effects of Radiation Deterministic EffectsStochastic Effects

RELATIVE RADIOSENSITIVITY OF VARIOUS CELLS 1. 基本知識 Ref. 10 HIGHINTERMEDIATELOW

RELATIVE RADIOSENSITIVITY OF VARIOUS ORGANS 1. 基本知識 Ref. 10 HIGHINTERMEDIATELOW

2. 障 壁 鉛衣、鉛圍領、鉛眼罩、鉛手套等，供病人或操作者穿戴 應有 0.25mm 鉛當量以上 活動障壁：用鉛板作成的屏風 Ref. 5

2. 障 壁 P d 2 WUT B = 固定障壁： 用鉛或混凝土等構築的房間，障壁的厚度，可以蒙 地卡羅 (Monte Carlo) 法計算透射率 (transmission rate) 的公式得 之： P : 最大許可劑量，管制區 ( 只有專業人員才能去的地方 ) 定 為 0.1 r/ 週，非管制區 ( 一般人均可能去的地方 ) 定為 r/ 週 r/ 週 d : 從 X 光管靶到障壁的距離 ( 公尺 ) W : 工作負載，表示 X 光機的工作量，以 mA—min/ 週為單位， 亦即此 X 光機為多少 mA ，一週之內，共照射了多少分鐘， 以一年的平均量為準 U : 使用因素，若障壁是地板或天花板，則定為 1/16 ，若為 牆壁，則定為 1/4 ，因為牙科 X 光機照向牆壁的機會較多 1/4 Ref. 3

2. 障 壁 P d 2 WUT B = T : 佔用因素，要設計的障壁隔壁若是倉庫，沒有人在，障 壁可以較薄。如隔壁是辦公桌，障壁就較厚 分為三級： (1) 完全佔用時 T=1 ， 控制中心、辦公室、護士室、走廊、候 診室、暗室、工作室、販賣部、休息室、專業人員常用 之休息室及娛樂室、起居室、小孩遊戲室等暗室 (2) 部分佔用時 T=1/4 ，沒有桌子的狹廊、水電房、專業人員 不常用之休息室及娛樂室、病房、有管理員之電梯、無人 照管之停車處、病人更衣室等 (3) 偶然佔用時 T=1/16 ，不再使用之小室，不常用之盥洗室、 樓梯、自動電梯、人行道、市街等 Ref. 3

2. 障 壁 下圖 X 光室的平面圖，設計 A 牆壁的厚度， A 牆壁是暗室。 X 光 機是 70kVp ， 10mA ，預計每週照射 10 分鐘， X 光機管靶至 A 牆 的距離為 1m 以鉛板來作 A 牆，鉛版的厚度為何 ? 暗室暗室 A Ref. 3

2. 障 壁 P ：暗室屬於管制區 d ： W: U ： A 牆是牆壁 T ：暗室屬完全佔用 暗室暗室 A X 光機是 70kVp ， 10mA ，預計每週照射 10min ， X 光機管靶至 A 牆的距離 (d) 為 1m P d 2 WUT B = 0.1 1m d 2 =1 10mA × 10min= 100mA － min/ 週 Ref. 3

2. 障 壁 P ：暗室屬於管制區 d ： 1m d 2 =1 W: 10mA × 10min= 100mA － min/ 週 U ： A 牆是牆壁 T ：暗室屬完全佔用 暗室暗室 A X 光機是 70kVp ， 10mA ，預計每週照射 10min ， X 光機管靶至 A 牆的距離 (d) 為 1m 0.1 1/4 1 答案： 0.1 × × 1/4 ×1 B= 代入公式 = P d 2 WUT B = Ref. 3

2. 障 壁 0.5mm B= 圖2圖2 圖1圖1 Ref. 3

3. 人員防護 距離： X 光強度與距離平方成反比，兩倍距離，增加四倍安全 ； 4 倍距離，增加 16 倍安全。原子能委員會規定， X 光機 70kVp 以下， 100 公分以外， 70kVp 以上， 180 公分以外 位置： 最安全角度在 90° 與 135° 之間。即 3 點鐘與 4 點鐘之間 方向或 8 點鐘與 9 點鐘之間 安全位置 Ref. 3

應該離它多遠才算安全？ --- 距離兩公尺 --- 一張胸部 X 光實地偵測在胸部 X 光時 -- 中心點曝光率 ~160 毫西弗 / 小時 距 2 公尺為 80 微西弗 / 小時， ~ 中心點的二千分之一 距 6 公尺 1.5 微西弗 / 小時， ~ 中心點的五百萬分之一 3. 人員防護

監測 ： 使用最廣的是膠片佩章，火柴盒大小的塑膠盒子裡面， 放了一張 X 光底片，底片前面有各種不同的金屬片 上班時佩帶，一個月後，清華大學保健物理組寄下新 的底片，舊的底片換下來寄還，保健物理組收到舊底 片，經沖片及儀器測試，讀取輻射線照射量通知結果 熱發光劑量計 (TLD) Ref. 5

1. Patients 2. Radiation workers 3. General public 1.No practice unless a positive net benefit 2. As low as reasonably achievable (ALARA) 3. Not exceed recommended dose limits Current Guidelines International Commission on Radiological Protection (ICRP, Pub 26) 3. 人員防護 安全規定： 安全標準

1. Exam associated with illness 2. Periodic health checks 3. Exam for occupational, medico-legal, insurance 4. Medical research 1. No set dose limits 2. IRB approval 3. Child avoided Classified workers Non-classified workers 1mSv Not receiving radiation dose as a patient or radiation worker ICRP annual dose limits Classified workers Non- classified workers General public 13 mSv in any consecutive 3 months Ref Patients 2. Radiation workers 3. General public 3. 人員防護

Radiation absorbed dose Amount of energy absorbed from the radiation beam per unit mass (joules/kg) 1 Gray (Gy) =100 rads Equivalent dose = radiation absorbed dose x quality factor (Sievert, Sv) X-rays,  rays,  particles Q=1 Fast neutrons & protons Q=10  particles Q=20 Effective dose = equivalent dose x weighting factor (Sievert, Sv) Tissues Weighting factor (1cGy = 1 rad) 3. 人員防護 Ref. 2

結 論 Typical Doses during Radiographic Examinations Web et al. Background radiation levels and medical exposure in Australia, Radiation Protection in Australia, 1999;15(2):25-32 Effective Dose (mSv) Ref. 8 Dental

X-ray Exam Effective dose (mSv) 結 論 Ref. 2

Time frame (Year) % Relative Dose % Improve in Radiation Relative Dosage for Intra-Oral Radiography ( ) 結 論 Since 1919 a reduction in the dosage of ionizing radiation needed to produce an intraoral x-ray image is 2 orders of magnitude Ref. 9

一張 X 光片的輻射量少於自然背景輻射量 得到癌症的機率更是微乎其微 1. 基本知識 Ref. 5 結 論

Summaries Knowing : 1. 基本介紹 2. 障壁 3. 人員防護

牙科 X 光攝影的種類 一般Ｘ光 (Plain radiography) 特殊Ｘ光檢查攝影 (Special radiography) 電腦斷層掃描攝影 (Computed tomography; CT) 錐切電腦斷層掃描攝影 (Cone-beam computed tomography; CBCT) 1. 基本知識

一般Ｘ光 PLAIN RADIOGRAPHY How many types? 特殊Ｘ光檢查攝影 SPECIAL RADIOGRAPHY 1. 基本知識

電腦斷層掃描攝影 COMPUTED TOMOGRAPHY (CT) Hounsfield (1972 年 ) 利用一定厚度的 X 光繞著人體轉一圈， 並將 X 光的訊息數位化，藉由電腦的運算反推該斷面中每 一點的數值，以其高低化為不同灰階的黑白顏色以代表 不同密度（等同於電子雲層厚度）的組織構造 1. 基本知識 Ref. 6

Detector ‘Fan’ of X-ray X-ray Source Detector ‘Cone’ of X-ray X-ray Source Conventional Spiral CT Cone Beam CT 與傳統螺旋型掃描需多次迴轉不同的是： CB-CT 只需旋轉 1 次即得被檢體所有 Volume Data 。不同於 Multi- Slice 法，在 X 軸 Y 軸 Z 軸方向解像度均相同，每個 Voxel 均為正立方 體，數位化資料處理後重組成各斷面如縱切面，橫斷面，矢狀切面 甚至斜切面等的影像，這種功能稱為：任意斷層面的再構成 (MPR:Multi Planar Reconstruction) ，以 3D 軟體的操作可觀察立體 影像 1. 基本知識 Ref. 6