Pengenalan – Penggunaan Sinaran Mengion dalam Bidang Perubatan

Pada tahun 2008, satu insiden telah dilaporkan di Amerika Syarikat berkenaan kesan penggunaan sinaran mengion kepada kulit semasa menjalani prosedur radiologi menggunakan peralatan imbasan Computed Tomography (CT). Insiden ini telah mendapat liputan meluas dan menimbulkan kebimbangan di kalangan rakyat Amerika Syarikat pada masa itu. United States Food Drug Administration (FDA) sebagai badan pengawal, telah menjalankan penyiasatan dan mendapati peningkatan risiko kanser dan kesan akut di kalangan pesakit berlaku disebabkan oleh faktor kecuaian pengendali dan kesilapan teknikal pada peralatan tersebut (Rajah 1). Sehingga kini tiada kes dilaporkan berlaku di Malaysia, walaupun kadar penggunaannya semakin meningkat.

Rajah 1: Kesan deterministik atau kesan akut pada bahagian kulit pesakit yang menjalani pemeriksaan CT. Kecuaian dan kekerapan pemeriksaan tanpa kawalan merupakan antara faktor kesan biologi ini.

Setiap hari, manusia akan terdedah kepada sumber sinaran samada secara semulajadi ataupun dari buatan manusia. Sinaran secara semulajadi berasal daripada unsur-unsur dari dalam bumi atau sinar kosmik dari angkasa. Manakala sinaran dari buatan manusia, seperti sinar-x digunakan secara meluas untuk pengimejan perubatan, rawatan kanser, penyinaran makanan dan juga secara khusus sebagai pengimbas keselamatan di lapangan terbang. Rajah 2 menunjukkan jumlah peratusan dos dedahan efektif global yang dilaporkan oleh Jawatankuasa Saintifik Bangsa-bangsa Bersatu Mengenai Kesan Radiasi Atom (UNSCEAR).

Rajah 2: Peratusan dedahan sinaran mengion terhadap populasi manusia di seluruh dunia.

Sinar-X dan sinar gamma merupakan sinaran elektromagnet yang mempunyai frekuensi dan tenaga yang tinggi. Dari segi fizik, kedua-dua jenis sinaran ini mempunyai persamaan seperti berikut:

1. tidak bercas
2. tidak mempunyai jisim, dan
3. menyebabkan kesan biologi yang sama ke atas tubuh manusia

Proses pengionan atom dan molekul air yang berlaku dalam tubuh manusia boleh mengakibatkan perubahan sel biologikal dan seterusnya meningkatkan risiko kanser. Proses pengionan pada molekul air menyebabkan radikal hidroksil terbentuk dan berlakunya interaksi sinaran secara langsung dengan DNA di dalam sel nukleus. Ini menyebabkan kesan kerosakan kepada sel tisu DNA atau lebih dikenali sebagai kesan sinaran biologi. Walaupun kerosakan in ini boleh dibaiki serta merta oleh sistem pemulihan sel, namun ia tetap akan meningkatkan risiko kanser akibat daripada perubahan genetik pada DNA (Rajah 3) (4). Kesan ini biasanya dianggap sebagai kesan stokastik, iaitu boleh berlaku walaupun pada dedahan yang rendah dan terdapat kemungkinan berlakunya peningkatan kesan biologi dengan jumlah dedahan.

Rajah 3: Tindakan sinaran mengion menyebabkan berlakunya mutasi pada DNA. Perubahan DNA ini akan menyebabkan sel kanser terbentuk dan berkembang.

Secara ringkas, sinaran mengion akan menyebabkan sel mati atau mengalami mutasi. Kerosakan yang dialami oleh sel adalah bergantung kepada jumlah tenaga mengion yang diterima. Selain daripada sinar-x dan sinar gamma, sesetengah sinaran seperti sinar ultraungu (UV) juga boleh mengion. Sinaran mengion wujud dalam bentuk zarah berpartikel sebagai contoh proton, neutron, elektron, zarah alfa dan zarah beta tetapi ianya jarang terdedah dalam kehidupan seharian manusia.

Dosimetri dan Kuantiti Dedahan Sinaran

Dedahan sinaran yang diterima oleh pesakit lazimnya diukur menggunakan unit Gray (Gy) dan dikenali juga sebagai dos terserap. Dos terserap merupakan kuantiti tenaga yang disimpan per unit jisim dimana penyerapan tenaga daripada 1 J/kg tisu adalah bersamaan dengan 1 Gy. Setiap jenis sinaran akan menghasilkan kesan biologi yang berbeza, maka dos setara digunakan untuk mengukur dedahan mengikut jenis sinaran. Dos setara adalah hasil dari dos terserap didarabkan dengan faktor pemberat sinaran dan dinyatakan dalam unit Sievert (Sv) (Rajah 4). Faktor pemberat bagi sinar-X dan sinar gamma sama iaitu 1.0, maka 1 Gy adalah bersamaan dengan 1 Sv.Dos setara dinyatakan dalam unit milli Sieverts (mSv).

Rajah 4: Sinaran mengion – Dosimetri dan kuantiti dedahan dalam unit SI

Dedahan Sinaran dalam Perubatan

Hampir 120 tahun telah berlalu sejak penemuan sinar-X kali pertama oleh W.C. Röntgen pada tahun 1885. Penemuan yang bersejarah ini, membolehkan struktur anatomi dalaman manusia dipaparkan tanpa prosedur pembedahan dan merupakan titik tolak revolusi dalam bidang perubatan. 3 cabang utama dalam bidang perubatan yang menggunakan sumber sinaran mengion ialah:

1. Pengimejan Diagnostik / Radiologi (Radiology)
2. Radioterapi / Onkologi (Oncology) dan
3. Perubatan Nuklear (Nuclear medicine)

Lazimnya, sinar-X dan sinar gamma yang digunakan didalam bidang perubatan untuk tujuan diagnosis dan juga merawat penyakit.

1. Pengimejan diagnostik
   Jika anda merasakan anda tidak pernah terdedah dengan sinar-X, anda sebenarnya salah. Sekurang-kurangnya sekali seumur hidup kita akan menjalani pemeriksaan x-ray dada sebagai syarat untuk memasuki alam pekerjaan mahupun untuk tujuan melanjutkan pelajaran. Alat pengimbas pengimejan perubatan di Jabatan Radiologi lazimnya menggunakan sejumlah dedahan sinar-X.
   Semasa prosedur dijalankan, dedahan sinaran biasanya ditentukan mengikut komposisi tubuh manusia (berat, tinggi, lebar dll) dan juga jenis pemeriksaan. Selain itu, dos had dedahan radiasi di antara alat pengimbas juga berbeza antara satu sama lain bergantung kepada keperluan diagnostik. Bagi seorang dewasa, dos efektif yang diterima semasa pemeriksaan x-ray dada adalah dalam lingkungan 0.01 – 0.03 mSv, manakala dos efektif daripada pemeriksaan dada menggunakan mesin imbasan CT adalah di antara 7.0 hingga 8.0 mSv. Bagi mesin pengimbas PET/CT dos dedahan yang diterima pesakit pula boleh mencecah sehingga ke 30 mSv.Juru x-ray yang berkemahiran akan memastikan faktor dedahan yang digunakan adalah mengikut saiz dan komposisi tubuh manusia. Sebagai contoh, dos efektif daripada satu pemeriksaan CT abdomen ke atas seorang pesakit dewasa adalah dalam lingkungan 10 mSv. Bagi seorang bayi yang menjalani CT abdomen, jika menggunakan faktor dedahan yang sama seperti seorang dewasa tadi akan menerima dua kali ganda dos seorang dewasa iaitu 20 mSv. Kesannya, risiko kanser bagi kanak-kanak tersebut meningkat, berikutan:
   1. Sel tisu kanak-kanak masih dalam proses tumbesaran dan ini menjadikan ianya lebih sensitif terhadap sinaran mengion berbanding dengan orang dewasa.
   2. Jangka hayat kanak-kanak yang masih panjang menyebabkan risiko kanser meningkat di masa akan datang.
2. Radioterapi
   Selain pengimejan perubatan, sinaran mengion juga digunakan untuk merawat kanser. Rawatan ini dikenali sebagai rawatan radioterapi. Semasa prosedur radioterapi, sinar-X dengan dos yang tinggi dihasilkan melalui pemecut linear (LINAC) dituju tepat kearah sel kanser dengan tujuan untuk mematikan sel tersebut. Walaubagaimanapun, proses ini juga menyebabkan meningkatnya kebarangkalian pembentukan kanser pada bahagian lain berikutan sel-sel sihat yang berhampiran turut mengalami mutasi (perubahan).

Risiko kanser dan anggarannya dalam bidang perubatan

Risiko terhadap dedahan ditentukan melalui kajian kohort (jangka panjang), dan proses pembentukan kanser mengambil masa yang agak lama. Oleh itu, para saintis dan penyelidik telah bersepakat untuk menggunakan data risiko kanser yang boleh diperolehi melalui empat kumpulan populasi berikut:

1. Populasi manusia yang terselamat daripada bom atom di Hiroshima dan Nagasaki (5),
2. Populasi manusia yang menjalani pemeriksaan perubatan menggunakan sinaran mengion,
3. Populasi manusia yang menerima dedahan sinaran disebabkan pekerjaan, dan
4. Populasi manusia yang terdedah daripada dedahan sinaran dari alam sekitar.

Kumpulan yang sesuai digunakan untuk mengaitkan risiko kanser dengan dedahan terhadap sinaran ialah kumpulan populasi. Berdasarkan laporan epidemiologi BEIR VII, gambaran terhadap risiko kanser boleh berlaku pada julat dos diantara 10 hingga 100 mSv. Sehubungan itu, berikut merupakan senarai kanser yang boleh dikaitkan dengan dedahan sinaran mengion menurut laporan BEIR VII:

Risiko kanser ini bergantung kepada umur iaitu tinggi bagi kanak-kanak dan menurun apabila semakin dewasa. Risiko ini juga berubah mengikut jantina, dimana perempuan adalah lebih berisiko berbanding dengan lelaki. Manakala risiko kanser bagi fetus adalah lebih rendah berbanding seorang kanak-kanak yang terdedah. Kesimpulannya, faktor seperti jumlah dedahan, umur dan jantina memainkan peranan penting dalam menentukan kadar risiko setiap kanser.

1. Risiko kanser dari pengimejan perubatan
   Brenner et al. dalam kajiannya pada tahun 2008, telah menganggarkan hampir 29,000 kes kanser di masa hadapan akibat penggunaan sinar-X dalam pengimejan perubatan(6). Kajian ini memberi gambaran bahawa risiko seperti kanser adalah signifikan walaupun tahap sinaran mengion yang digunakan adalah rendah. Sehubungan itu, justifikasi sewajarnya perlu diambil oleh doktor perubatan bagi mengurangkan risiko ini.Berdasarkan penemuan ini, dianggarkan 1 daripada 2000 kematian akibat kanser adalah disebabkan oleh dedahan sinaran sebanyak 10 mSv. Walaubagaimanapun, anggaran ini disangkal sesetengah pihak berikutan terdapat banyak lagi faktor lain yang boleh menyebabkan kanser yang tidak diambil kira sebagai contoh merokok, meminum alkohol dan sebagainya.Terdapat juga risiko kanser yang menggunakan model berasaskan teori (linear non-threshold) linear tanpa-ambang (Rajah 5) (7). Teori ini berpendapat bahawa risiko kanser adalah berkadar terus dengan jumlah dedahan. Walaupun, model ini dibangunkan berdasarkan data risiko kanser daripada jumlah dedahan yang tinggi juga boleh digunakan untuk menganggar risiko kanser pada dedahan yang lebih rendah dengan melibatkan pekali tertentu dalam kiraan.Rajah 5: Risiko kanser berdasarkan model linear non-threshold
2. Anggaran risiko kanser
   Suruhanjaya Antarabangsa bagi Perlindungan Sinaran (ICRP) menggunakan konsep dos efektif bagi mengukur risiko terhadap organ-organ berkaitan dengan mendarab pemberat organ, Wt tersebut (8). Merujuk kepada jadual 1 di bawah, kebanyakan kajian mendapati bahawa risiko dedahan daripada alat pengimbas CT dan peralatan perubatan nuklear adalah jauh lebih tinggi daripada risiko kanser dari pengimbas radiografi biasa.Jadual1: Risiko kanser mengikut jenis penggunaan dan tahap dedahan.

Mengurangkan Risiko Kanser

Risiko daripada sinaran mengion tetap wujud walaupun jumlah dedahan yang digunakan rendah. Secara amnya, risiko ini tidak dapat dielakkan sepenuhnya kerana manfaat adalah lebih daripada mudarat. Walaubagaimanapun, risiko ini boleh dioptimakan melalui pengawalan dari segi perundangan dan pengendalian dari segiteknik yang betul semasa prosedur dijalankan.

Had dedahan boleh dikurangkan melalui 3 kaedah:

1. Menghadkan jumlah pemeriksaan x-ray seminimum mungkin. Jika munasabah, mempertimbangkan radiograf yang lama untuk penilaian diagnostik
2. Menggunakan pemeriksaan alternatif yang tidak melibatkan sinaran mengion seperti MRI atau Ultrasound
3. Memastikan output dedahan optimum digunakan iaitu dengan menetapkan parameter mengikut habitus pesakit

Prosedur pengimejan, terutamanya yang melibatkan organ yang sensitif seperti gonad dan tiroid adalah penting untuk dilindungi. Walaupun risiko kanser akibat dedahan daripada sinaran pengimejan diagnostik bagi individu adalah kecil,tetapi risiko ini boleh meningkat jika faedah klinikal tidak diperolehi.

Sejarah dan rekod pengimejan pesakit perlu diperolehi terlebih dahulu sebelum pemeriksaan ulangan dijalankan. Ini berikutan maklumat radiograf yang asal boleh digunakan untuk membuat keputusan diagnostik di samping dapat mengurangkan jumlah dedahan kepada pesakit. Jumlah dedahan yang diterima juga perlu direkodkan bagi mempertimbangkan pemeriksaan pada masa hadapan.

Penghadan dan pengoptimuman had dedahan perlu dipertimbangkan bagi pesakit-pesakit berisiko seperti berikut:

1. pesakit kanak-kanak,
2. wanita yang berisiko hamil,
3. pesakit yang mempunyai indeks jisim badan yang tinggi (BMI), dan
4. pesakit yang kerap menjalani pemeriksaan ulangan terutama yang melibatkan mesin imbasan CT

Bagi kes yang melibatkan sesetengah pesakit yang kronik atau sangat tua, penghadan dos adalah tidak wajar, walaubagaimanapun pengawalan dos masih diperlukan.

Kesimpulan – Kepentingan meningkatkan tahap kesedaran

Sehingga kini, penggunaan sinaran mengion,seperti sinar-x mahupun sinar gamma adalah merupakan salah satu teknoloho utama dalam bidang perubatan memandangkan manfaatnya dapat membantu ahli perubatan merawat dan mendiagnosis pesakit. Namun begitu, sinaran merupakan salah satu agen karsinogenik kerana sifat mengionnya yang boleh menyebabkan kerosakan kepada sel tisu termasuk pembentukan kanser. Pengetahuan asas berkaitan risiko sinaran adalah penting dalam mewujudkan kesedaran di kalangan pekerja dan juga pesakit. Umumnya, manfaat sinaran mengion dalam bidang perubatan adalah melebihi risiko kanser yang diterima pesakit. Dalam situasi tertentu, kadangkala faktor risiko kanser ini perlu diabaikan jika keutamaan mendiagnos dan merawat pesakit adalah lebih penting.

Sehubungan itu, adalah amat penting terutamanya bagi orang awam, mendapatkan maklumat yang tepat berkaitan risiko kanser daripada sinaran perubatan. Selain itu, usaha bagi mengurangkan jumlah dedahan sinaran giat dijalankan oleh pihak berkuasa terlibat dan juga pengendali (9). Antara penekanan yang diberikan termasuklah menghadkan dedahan ke tahap yang lebih optimum melalui kajian dosimetri yang dijalakan secara berterusan, sekaligus dapat mengurangkan dedahan dan risiko kanser dikalangan orang awam atau pesakit.

Rujukan

1. Hall, E.J., and Brenner, D.J., “Cancer risks from diagnostic radiology.,” The British journal of radiology 81(965), 362–78 (2008).
2. “Radiation Overdoses Despite F.D.A. Warnings – NYTimes.com,” http://www.nytimes.com/interactive/2011/03/05/health/radiation-overdoses-despite-FDA-warnings.html> (accessed on 8 March 2015).
3. UNSCEAR, “Report of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation” (2010).
4. UNSCEAR, “Biological Mechanisms Of Radiation Actions At Low Doses” (2012).
5. BEIR, “Health Risks from Exposure to Low Levels of Ionizing Radiation” (2006).
6. Brenner, D.J., and Hall, E.J., “Computed tomography–an increasing source of radiation exposure.,” The New England journal of medicine 357, 2277–2284 (2007).
7. Canadian Nuclear, “Linear-Non-Threshold Model,” 2013.
8. ICRP, “The 2007 Recommendations” (2007).
9. Ministry of Health Malaysia, “Guidelines in Malaysia Diagnostic Reference Levels in Medical Imaging (Radiology),” Putrajaya (2013).