grandezze dosimetriche in tomografia computerizzata

Riferimenti
GRANDEZZE DOSIMETRICHE
IN TOMOGRAFIA
COMPUTERIZZATA
Dr. S. Mazzocchi, Dr. G. Zatelli, AUSL10 Firenze
Dr. A. Ciccarone AOU Meyer Firenze
Grandezze dosimetriche rilevabili per la radioprotezione del
paziente in diagnostica per immagini
Lucca, 10 febbraio 2009
2007 2008
Riferimenti
ICRP 87 IPEM 91
www.impactscan.org
Programma
• Introduzione
• Distribuzione di dose in CT
• Misure di dose in CT: CTDI
• Definizione di CTDI: CTDI 100 , CTDI w ,
CTDI vol
• Strumenti di misura (cenni)
• Descrittori di rischio da radiazione: DLP,
dose efficace
UNSCEAR 2000
Dose efficace in esami diagnostici
NRPB

Distribuzione di dose in CT
• Il valore di dose assorbita non è unico
• Il valori di dose variano nella posizione
con il paziente/fantoccio nel piano di
scansione e lungo l’asse z.
Distribuzione di dose sul piano xy
• Dipende da:
– filtrazione
– Beam shaping
– Geometria dello scanner
– Dimensione del paziente/fantoccio
• Più uniforme per:
– Filtrazione più elevata del fascio
– ottimizzazione del beam shaping
– Paziente/fantoccio più piccolo
• Rapporto di dose
centro/periferia
– Body 2:1
– Head 1:1
Distribuzione di dose lungo l’asse z
Distribuzione di dose lungo l’asse z
• Forma del profilo di
dose
• Spazio tra le rotazioni
consecutive del tubo
• La forma del profilo di
dose dipende da:
– Dimensione delle
macchie focali
– Posizione dei
collimatori
Profilo di dose lungo l’asse z
Profilo di dose lungo l’asse z
Scanner 1 Scanner 2

Profilo di dose lungo l’asse z
Profilo di dose lungo l’asse z
Profilo di dose lungo l’asse z
Misure di dose assorbita in CT
• Misure di dose assorbita da una serie di slice
• Multiple scan average dose
Misure di dose assorbita in CT
• La dose risultante da una serie di scansioni
dipende dal pitch o dall’incremento del lettino
Misure di dose in CT
• Perché misurare la dose?
– Comparare sistemi
– Comparare protocolli
– Test di costanza
– Stima del rischio al paziente

Computed Tomography Dose Index
CTDI calcolato da una misura
su una singola slice
CTDI in multislice
Dose totale
NT
Area sotto il profilo di dose
Collimazione nominale
NT
• T spessore nominale dello strato tomografico = spessore dello strato tomografico selezionato
e indicato sul pannello di comando
• N numero degli strati tomografici prodotti durante una rotazione singola della sorgente
radiogena (acquisiti simultaneamente)
• NT spessore dello strato tomografico = larghezza a metà altezza del profilo di sensibilità
misurato al centro della sezione del volume esplorato su cui vengono rilevati i dati della
trasmissione X
Pitch
Pitch dosimetrico o pitch x
p X = ∆d/NT
∆d = spostamento del supporto paziente in direzione
orizzontale durante la rotazione della sorgente radiogena
T spessore nominale dello strato tomografico
N numero di strati tomografici prodotti in una singola
scansione assiale della sorgente radiogena
Su CEI EN 60601-2-44/A1 (2004) è definito fattore di pitch CT

Computed Tomography Dose Index
• Per scansioni contigue:
• Altrimenti:
Computed Tomography Dose Index
• Definizione esatta di CTDI:
– Dove viene misurato?
– Dose a quale materiale?
– Quanta parte delle code del profilo di dose
devono essere incluse?
Dove? Materiale di misura del CTDI
In aria In perspex In materiale
tessuto
equivalente
Dose a quale materiale?
• Camera a ionizzazione
riempita di aria: misura
l’esposizione o la dose in
aria anche se la camera è
in fantoccio
• Per ottenere la dose ad
altri materiali si applicano
i fattori di correzione:
– Fattore f : Gray per
Roentgen
– legati al mezzo e
all’energia del fascio
Quanta parte delle code è inclusa?
Quanta parte delle code è inclusa?
NT
NT
• N numero di
slice acquisite
simultaneamente
di spessore
nominale T
(ampiezza
nominale del
fascio irradiato
NT)
• D(z) profilo di
dose lungo
l’asse z

Definizioni di CTDI
CTDI air : definizione
Materiale di
misura
Misura riferita
a
Lunghezza di
integrazione
Misura in aria con D(z) dose assorbita in
aria
CTDI air Aria Aria 100mm
CTDI FDA Perspex Perspex 14T
CTDI 100 Perspex Aria 100mm
CTDI
air
1
= ⋅
NT T
+ 50mm
• Soprattutto nelle TC multislice di ultima generazione può dipendere
dalla modalità head/body di acquisizione
• In modalità body infatti vengono inseriti filtri per indurire il fascio
∫
−50mm
D(
z)
dz
CTDI FDA : definizione
Misura in fantoccio con D(z) dose assorbita
in perspex
CTDI 100 : definizione
Misura in fantoccio (perspex) con D(z) dose
assorbita in aria
• CTDI FDA : diminuisce al diminuire dello spessore dello strato
• Fattori di correzione CTDI 100 → CTDI FDA disponibili sul
www.impactscan.org e su COCIR
CTDI 100 : generalmente costante al variare
dello spessore dello strato
CTDI 100 : fantocci standard
• Centro
• Periferia – 1 cm: media di 4 posizioni
CTDI 100
• Esempio di distribuzione dei valori di CTDI 100
Periphery : centre ≅ 1:1 Periphery : centre ≅ 2:1

Dose media nel piano di scansione:
CTDI w
CTDI w =1/3 CTDI 100,centro +2/3 CTDI 100,periferia
Dose media nel volume analizzato
• CTDI w rappresenta la dose media nel volume
scansionato se:
• Traslazione del lettino/rotazione = collimazione
nominale
• i.e. per pitch =1
• Necessità di una nuova grandezza che possa
trattare i casi di volumi analizzati non contigui
Dose media nel volume analizzato:
CTDI vol
• Il CTDI vol tiene conto di scansioni non
contigue lungo l’asse z
CTDI vol : def CEI EN 60601-2-44/A1
Il CTDI w volumetrico (CTDI vol ) descrive la dose media sul volume totale esaminato per le
condizioni di funzionamento CT ed è definito così:
a) Per scansioni assiali: CTDI vol =(NT/∆d) CTDI w
b) Per scansioni elicoidali: CTDI vol =(1/p) CTDI w
c) Per scansioni senza un movimento pre- programmato del supporto paziente:
CTDI vol =n CTDI w dove n è pari al numero massimo di rotazioni pre-programmate
Il valore di CTDI vol espresso in mGy deve essere mostrato sul pannello di controllo e
deve riflettere il tipo di esame selezionato, testa o corpo e le condizioni di
funzionamento CT.
Se la corrente nel tubo radiogeno varia durante una scansione per calcolare il CTDI vol
devono essere utilizzati i fattori di carico pre programmati che determinano il
massimo CTDI vol possibile
Se il numero di rotazioni non è preprogrammato durante l’esame devono essere
mostrati il CTDI vol per secondo, espresso in mGy/s e il CTDI vol accumulato,
espresso in mGy
Ricapitoliamo per la dose assorbita
in CT….
CTDI normalizzato
• CTDI 100 : dose in un punto in un fantoccio
standard
• CTDI w : dose media nel piano di scansione
• CTDI vol : dose media nel volume di scansione

Strumenti di misura - cenni
Misure con camera di ionizzazione
• Camera a ionizzazione riempita di aria
• Lettura istantanea buona accuratezza
scarsa risoluzione spaziale
Misure con TLD
• TLD rivelatori a termoluminescenza
– Riscaldati dopo l’esposizione
– Luce emessa proporzionale alla dose
– Buona informazione spaziale
– Richiedono attenta calibrazione, misure laboriose
Misure con TLD
• Profili di dose e CTDI
• Contenitori di array di TLD
• Plot del profilo da letture di TLD individuali
• Possibilità di calcolare il CTDI
Misure con film
• Film radiografico:
– Kodak X-Omat V per verifiche in radioterapia
– Buono per misure di profili di dose, non adatto per
misure assolute
• Film radiocromici
Uscita dallo scanner
Dose assorbita e rischio
• CTDI è una misura di dose assorbita
• Effetti della lunghezza di scansione sulla
dose:
– La dose assorbita non cambia con la
lunghezza di scansione
– Il rischio da radiazione invece cambia per il
paziente a seconda della lunghezza di
scansione e degli organi irradiati

Rischio da radiazione
Dose Length Product
• Dose Length Product (DLP):
– Indicatore del rischio stocastico relativo in CT
• Dose efficace:
– Stima del rischio stocastico da radiazione
– Comune a tutte le modalità che utilizzano
radiazioni
Dose Efficace (E)
• E’ necessario conoscere la dose media a ciascun
organo e il fattore di peso
Stima della dose efficace
• Dose efficace = DLP x CF (mSv)
1. Calcolo della dose equivalente agli organi H T:
H T : dose assorbita all’organo x il fattore di qualità
2. Applicare i fattori di peso relativi agli organi w T
3. Dose efficace: somma delle dosi agli organi per i fattori di
peso:
E = Σ H T x w T
Calcolo della dose efficace
• Misura con i TLD in fantoccio fisico (es Rando)
• Simulazioni Monte Carlo in fantocci matematici
Calcolo della dose efficace
• Approccio diretto poco
pratico
• Approccio usuale:
– Fantoccio antropomorfo
matematico
– Irradiazioni simulate al
computer usando
metodi Monte Carlo

CT Patient Dosimetry Calculator
Fattori che modificano la dose al
paziente
• Effetto dei parametri di scansione sulla
dose
• Considerazioni per scansioni elicoidali
• Considerazioni per scansioni multislice
• Effetti della dimensione del paziente sulla
dose
• Monitoraggio della dose in CT
Effetto dei parametri di scansione
sulla dose
• Corrente al tubo (mA)
• Durata della rotazione (s)
• Tensione al tubo (kV)
• Ampiezza della slice (mm)
• Pitch
• Numero di slice /rotazioni del tubo
Effetto dei parametri di scansione
sul CTDI vol
• mA e tempo di rotazione
– Per un dato pitch CTDI vol aumenta
linearmente con mA e tempo di scansione
Effetto dei parametri di scansione
sul CTDI vol
• Tensione al tubo (kV)
Effetto dei parametri di scansione
sul CTDI vol
• Variazione della dose con i kV
• CTDI vol aumenta con i kV circa prop kV 2

Effetto dei parametri di scansione
sul CTDI vol
• Ampiezza del fascio
Effetto dei parametri di scansione
sul CTDI vol
• Il CTDI vol aumenta se l’ampiezza del fascio è maggiore
della ampiezza nominale visualizzata
• Il CTDI vol è costante per diverse ampiezze?
Effetto dei parametri di scansione
sul CTDI vol
• Lunghezza della scansione : numero di slice
(rotazioni del tubo)
Considerazioni sulle scansioni
elicoidali
• Per parametri di scansione equivalenti:
– Dose elicoidale ≈ dose sequenziale
• CTDI vol è all’incirca indipendente dalla
lunghezza di scansione
• DLP è direttamente dipendente dalla lunghezza
di scansione
– Leggero aumento qualora siano necessarie rotazioni
addizionali
– Leggero decremento qualora non siano necessarie
overscansioni ulteriori all’inizio delle rotazioni
Considerazioni sulle scansioni
elicoidali
• Overscansioni nelle scansioni sequenziali
(rotazione >360°):
– Intenzionale: per correggere il movimento del
paziente (fino a 36°)
– Incidentale: tempo di salita della tensione
(fino a 18°)
Considerazioni sulle scansioni
elicoidali
• Per mAs costanti
CTDI vol è
inversamente
proporzionale al pitch
• Sugli scanner singola
slice l’aumento del
pitch è utilizzato per
la riduzione della
dose

Considerazioni sulla TC multislice
• Sono implicate alcune caratteristiche
dosimetriche fondamentali:
• Tubo X e filtrazione del fascio
• Geometria del fascio (FID/FDD)
Considerazioni sulla TC multislice
• Differenze di dose tra singole e multislice:
– Utilizzo del pitch per la riduzione della dose
– Rotazioni addizionali nelle scansioni elicoidali
– Overbeaming: la penombra giace fuori dai
rivelatori attivi
Multislice: pitch
• 200 mAs (200 mA, 1 sec rotazione):
• mAs efficaci o mAs per slice = mAs/pitch
• Su scanner multislice mAs sono spesso
aggiustati per tenere i mAs efficaci costanti
• Perciò CTDIvol rimane costante col pitch
Multislice: extra rotazioni
• Extrarotazioni richieste a ciascun capo del
volume analizzato
• Rotazioni addizionali più significative in
multislice:
– In particolare quando si analizzano piccole zone
– Per lunghezze di scansione piccole può essere preferibile
utilizzare scansioni sequenziali
Multislice: overbeaming
Multislice: overbeaming
• MSCT necessitano di intensità di
radiazione X su tutto il banco di rivelatori
attivi
• Il fascio è generalmente 4-4 mm più ampio
del volume analizzato

Multislice: overbeaming
Multislice: protocolli di scansione
• La maggior flessibilità della MSCT
permette agli utilizzatori di:
– Aumentare il volume di scansione
– Analizzare più fasi in studi multifase
– Aumentare i mAs per tenere il rumore basso
nelle slice sottili
Effetti della dimensione del paziente
• CTDI vol è un indice di dose
• La misura è fatta in fantocci di perspex di
dimensioni standard
• Per gli stessi parametri di scansione (kV/mAs) le
dosi sono più elevate in fantocci/pazienti di
piccole dimensioni
• In pediatria, il
CTDI
mostrato in
console può
sottostimare
la dose di un
fattore circa 2
Aggiustamento dei mAs con la
dimensione del paziente
• Teoria per i raggi X in CT:
• HVL in tessuto circa 4 cm
• Per mantenere costante il
rumore raddoppiare i
mAs per ogni 4 cm di
tessuto
Aggiustamento dei mAs con la
dimensione del paziente
• Esperienze cliniche mostrano che i requisiti sul
rumore variano con la dimensione del paziente:
– Pazienti piccoli: richiedono livelli di rumore più basso
– Pazienti grandi: accettabile un rumore più elevato
• Alcuni produttori raccomandano di raddoppiare i
mAs:
– ogni 10 cm nelle scansioni dell’addome
– ogni 13 cm in scansioni dei polmoni

Aggiustamento dei mAs con la
dimensione del paziente
• Controllo automatico della corrente al tubo (modulazione
dei mA)
• Protocolli pediatrici per età/peso impostati dai produttori
• mAs variati per le dimensioni laterali del paziente
Livelli di riferimento: es. 2003 UK
• Dosi in multislice più elevate che in singola slice
• I livelli di riferimento risultano più bassi che nel
1991, ma vi sono maggiori variazioni
• Disponibili dati pediatrici