Misura delle grandezze dosimetriche in tomografia computerizzata ...

Linee Guida in TC
Misura delle grandezze
dosimetriche in tomografia
computerizzata
Dr. G. Zatelli, , Dr. S. Mazzocchi, USL10 Firenze; Dr. A.
Ciccarone, AO Meyer Firenze
In 1999 the European Commission published
the European Guidelines on Quality Criteria for
Computed Tomography
I valori di dose di riferimento non sono da intendersi
ad uso locale su un paziente singolo, bensì come la
media delle dosi osservate in un gruppo
rappresentativo di pazienti.
Tipici livelli di dose in eccesso di quella di riferimento
dovranno essere opportunamente giustificati o ridotti.
In generale le dosi al paziente dovranno sempre
essere ridotte ai livelli più bassi che sono
ragionevolmente praticabili e al contempo consistenti
con gli obiettivi clinici dell’esame.
esame.
TC e indice di dose
TC e indice di dose
La dose in TC dipende da
Spessore nominale dello strato
Avanzamento del lettino per unità di strato
acquisito in 360°
Parametri di esposizione
Mezzo di contrasto che aggiunge ulteriori
scansioni
Computed Tomography Dose Index (CTDI)
Indice di dose in TC
CTDI convenzionale
Computed
Tomography Dose
Index (CTDI)
T = spessore nominale di
strato
N = numero di immagini in
360°
D(z) ) = valore della dose
assorbita in aria lungo il
profilo z
+∞
CTDI = 1
D
N × T
∫
−∞
( z) ⋅ dz
E
B
A A C
D
Z axis
Different CTDIs:
Definition according to FDA
Practical CTDI
Normalised CTDI
Weighted CTDI
CTDI
CTDI
100
FDA
+ 7 T
1
= D
N × T
∫
− 7 T
+ 50 mm
1
= K
N × T
∫
n CTDI XYZ =
1
3
− 50 mm
CTDI
mAs
2
3
( z ) ⋅ dz
air
( z ) ⋅ dz
XYZ
CTDI w = CTDI 100 , c + CTDI 100 , p
1

CTDI indispensabili
Indici di dose in “console”
CTDI Free-in-Air
CTDI
air
+ 50
= 1
K
N × T
∫
− 50
Phantom factors P which allow the conversion from
CTDI air to CTDI w
P
H
=
CTDI
CTDI
w , H
air
P
B
=
CTDI
CTDI
w , B
air
air
( z ) ⋅ dz
IEC2003 raccomanda che
il valore del CTDI vol sia
indicato in console in modo
che rifletta le condizioni di
scansione selezionate.
I nuovi tomografi TC
mostrano anche il DLP che
incrementa per ogni
scansione aggiunta e
necessaria per rispondere
al quesito clinico.
CTDI
vol =
CTDI
p
w
∆d
p =
N × T
DLP = CTDIvol × L
Tecnologia in TC
Uso dei Tomografi TC
Forti disomogeneità nell’uso dei tomografi
TC già nel 2003 per lo stesso esame
all’interno dei protocolli impostati dalle
case venditrici.
http://www.msct.eu/PDF_FILES/EC%20CA%20Report%20D5%20-%20Dosimetry.pdf
Protocolli dipendenti dalla taglia.
Indispensabile se si segue il principio
ALARA
Indispensabile in TC pediatrica per alta
radiosensibilità dei tessuti in questa età
Indispensabili per esami TC come
addome, tronco per la più alta
concentrazione di tessuti radiosensibili, a
tutte le età.
Protocollo standard per addome
Paziente standard di diametro 28 cm
5 mm spessore nominale
120 kVp
Pitch=1.5
320 mAs
Obiettivo finale: scaling dell’indice di dose
CTDI in funzione della taglia del paziente
mantenendo costante il CNR tipico del
paziente standard.
Boone JM, Geraghty EM, Seibert JA, Wootton-
Gorges SL. Dose reduction in pediatric CT: a
rational approach. Radiology 2003;228:352–60.
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Misure di rumore in PMMA.
Per ogni ROI sulle immagini CT dei fantocci si
calcola la media dei numeri CT e la SD.
Il rumore dei raggi X segue la distribuzione di
Poisson quindi per le aree delle Roi utilizzate si
può scrivere
a
σ =
mAs
Si utilizza per il fitting dei dati sperimentali del
rumore e il fitting ottenuto servirà per interpolare
i dati del rumore per i fantocci da 10 a 32 cm.
Rumore CT vs mAs, kV p
La pendenza delle
rette è di –1/2 circa.
I dati del rumore
sono usati come
denominatore per
le misure del CNR
Boone JM, Geraghty EM, Seibert JA, Wootton-
Gorges SL. Dose reduction in pediatric CT: a
rational approach. Radiology 2003;228:352–60.
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CTDI vs diametro paziente
Contrasto vs diametro PMMA
Per mAs costanti
aumentare i kV p aumenta
l’energia media per fotone
e il numero di fotoni per
fascio.
Studi con più alti kV p
comportano un aumento
della dose.
1/r 2 (vantaggio)
La dose a pazienti più
piccoli è più alta a causa
della minore auto-
filtrazione del fascio
rispetto ai pazienti più
grandi. (svantaggio)
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Il contrasto dello ioduro è più alto a bassi kV p e
decresce al crescere della tensione.
Il contrasto decresce al crescere del paziente
perché con pazienti più grossi il fascio perde la
sua componente molle
300 mAs
80 kV p
140 kV p
µ
eff
− µ
CTn = 1000⋅
µ
water
Boone JM, Geraghty EM, Seibert CJA, Wootton-
iodine
= CTiodine+
water
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water
− CT
water
CNR costante vs ED paziente
mAs per aver CNR costante
Come si riduce
la dose in
pazienti
pediatrici pur
mantenendo la
stessa qualità
dell’immagine di
un adulto di
riferimento.
Boone JM, Geraghty EM, Seibert JA, Wootton-
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La riduzione nei
mAs nei pediatrici
per mantenere
costante il
parametro della
risoluzione in
contrasto (CNR)
dell’immagine.
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Tabella di ausilio per TSRM
Pazienti adulti grassi
Il risparmio
in dose per i
pazienti più
piccoli arriva
al 95%
rispetto
all’adulto adulto di
spessore 28
cm.
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È richiesto un aumento dei mAs.
Per passare dai 28 cm ai 35 cm l’aumento l
dei mAs è
di 4,3 volte
Si può anche considera il fatto di aumentare lo
spessore della fetta.
Raddoppiare lo spessore di strato da 5 mm a 10 mm
raggiunge lo stesso effetto (in termini di CNR) che di
raddoppiare i mAs con strato fisso a 5 mm.
Quindi nella tabella si può tranquillamente raddoppiare
lo spessore della fetta ricostruita da 5 a 10 mm e
dimezzare i mAs erogati dal tubo per raggiungere lo
stesso livello di CNR.
Si può ridurre la dose anche con aumento del pitch al
valore p´ p e la riduzione è pari a p/p´.
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Percezione dell’immagine
L’ipotesi di ottenere una tecnica di scansione
che tenga conto delle dimensioni del paziente
per mantenere costante la qualità
dell’immagine si fonda sul fatto che la
rivelazione di taluni particolari dalle immagini di
due pazienti pediatrico e adulto sia la stessa.
Quindi qualora ci fossero ragioni cliniche per
cui il contrasto di una struttura è
intrinsecamente più basso allora si può
abbassare la riduzione in dose aumentando i
mAs.
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rational approach. Radiology 2003;228:352–60.
Osservazioni sul problema.
500 giovanissimi (< 15 y) sottoposti ad esame
TC con protocolli per adulti probabilmente
moriranno per insorgenza di cancro a causa
delle radiazioni.
Trasformando l’etl
età (0-14 y) in spessori (cm) e
applicando la riduzione dei mAs la dose alla
popolazione si ridurrebbe del 23% (anno
2000).
… ma nel caso di (0-14 y) il numero di cancro
fatale scenderebbe a 116.
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rational approach. Radiology 2003;228:352–60.
Attenuazione monocromatica.
Conosciamo il carico del tubo per un
paziente di riferimento con una certa
sezione che ci permette di avere una
certa immagine sgranata alla risoluzione
spaziale richiesta per le indicazioni di
tipo clinico.
− µ d
− d
µ ( d x − d ref )
1
µ 2
N e = N e ⇒ mAs = mAs ⋅ e
1
2
mAs
x
= mAs
ref
⋅ e
x
ref
( 2 ) ( − )
ln
HVT
d x d ref
Confronto con i dati pubblicati.
Per conoscere HVT si possono utilizzare i dati
della letteratura sui mAs cha variano con la
dimensione del paziente che mantengano
costante la qualità dell’immagine.
HVT come il miglior valore che rende minimo
la variazione dei mAs ricavati dalle tabelle
esposte in letteratura
U. NYMAN, T. L. AHL, M. KRISTIANSSON, L.
NILSSON & S. WETTEMARK. Patient-
Circumference-Adapted Dose Regulation in
Body Computed Tomography. A Practical and
U. NYMAN, T. L. AHL, M. KRISTIANSSON, L.
NILSSON & S. WETTEMARK. Patient-
Circumference-Adapted Dose Regulation in
Body Computed Tomography. A Practical and
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Protocolli TC addome al Meyer.
Coll (mm) Rot. Time (s) kVp Recon slilce Overlap
40 0.75 120 2 1
ID pitch
Scan time
FOV
weigth heigth
CTDIvol mAs/slice
età
(s)
(mm)
(kg) (cm)
1 1.157 4.045 9.0 153 350 15.3 68 180
2 1.157 7.821 11.1 189 326 15.2 53 163
3 0.906 8.621 8.8 150 267 13.8 34 154
4 1.157 6.395 4.2 72 238 5.6 22 116
5 0.906 5.269 8.8 150 207 4.9 20 120
6 0.906 7.752 5.5 94 217 4.6 16 100
7 0.906 7.731 8.8 150 211 3.5 14 99
8 1.157 7.838 14.7 250 265 2.3 15 90
9 1.157 8.145 9.6 164 350 11.6 47 160
10 1.157 6.298 6.0 102 270 9.0 30 120
11 0.906 7.620 8.8 150 254 8.4 22 120
12 0.906 8.373 8.8 150 259 8.4 27 120
13 0.906 7.255 8.8 150 298 2.5 13 110
14 0.906 8.645 3.6 200 316 16.7 42 159
15 0.906 8.394 5.9 100 271 8.2 27 125
Strumenti di lavoro.
Scansioni dei 4 fantocci di PMMA 8, 16, 20 and 32 cm
utilizzando il protocollo addome
Coll (mm)
Rot. Time
(s)
kVp
Recon
slilce
Overlap Matrix pitch
Table speed
(mm/s)
32×1,25 0,75 120 2 1 512×512 0,906 48,3
Al variare dei mAs 50, 100, 150, 200, 250, 300 and 400.
La console riporta solo il CTDIvol del fantoccio di PMMA
di 32 cm
kV mAs 50 100 150 200 250 300 400
120 CTDI_vol 2.9 5.9 8.8 11.8 14.7 17.6 23.5
(mGy)
80 0.9 1.8 2.7 3.6 4.5 5.4 7.2
Misure del rumore in PMMA.
Andamento analitico del rumore.
È la misura che
meno delle altre
segue la legge
dell’inverso della
radice quadrata
dei mAs
120 kV
Lo spessore di ricostruzione adottato nel protocollo è di 2 mm
Table of noise @120 kV
Parametri del fitting con una
legge di potenza (120 kV).
Noise (HU) @120 kV in PMMA
mAs 8 cm 16 cm 20 cm 32 cm
CTDIvol
console
(mGy)
50 4.169 9.916 20.456 57.083 2.9
100 2.987 6.911 14.081 39.050 5.9
150 2.509 5.660 11.564 31.502 8.8
200 2.201 4.903 9.940 26.960 11.8
250 2.031 4.406 8.901 23.991 14.7
300 1.916 4.018 8.094 21.837 17.6
400 1.727 3.515 7.046 18.892 23.5
f(x)=a*x^b 8cm 16cm 20cm 32cm
a 23.07 70.75 149.60 465.20
b -0.44 -0.50 -0.51 -0.54
Necessari per predire il valore dei mAs da utilizzare per
ottenere lo stesso rumore in differenti fanotcci di PMMA.
5

mAs come funzione della taglia
a parità di rumore in PMMA.
Diameter phantom (cm)
8 16 20 32
noise (HU) mAs from noise measurements
13 4 29 119 784
12 4 34 139 910
10 7 49 199 1278
8 11 76 308 1937
Attenuazione esponenziale
D ref =27 cm;
mAs ref =153;
HVL (mm Al )=8.8 mm Al semplifica a fascio monocromatico;
Diametro: PMMAwater a parità di rumore 11.12 quindi
fantoccio cilindrico di acqua con D=27 cm 24 cm PMMA.
noise (HU)
13
mAs form interp. noise fitting @120 kV
8 cm 16 cm 20 cm 32 cm
4 29 119 784
ref. mAs HVT ideal mAs from exp attenuation
155 3.4 6 30 69 792
200 4 13 51 101 788
Curva analitica per ipotesi di
attenuazione monoesponenziale
Il massimo residuo tra curva analitica e dati sperimentali è
all’interno del range di ± 20 mAs
HVT per uso clinico a 120 kV
•La percezione del rumore in pazienti pediatrici è differente
rispetto al caso degli adulti.
•Si rende pertanto necessario utilizzare una riduzione della dose
che non sia dettata da dati matematici o fisici.
•LA riduzione della dose è prettamente demandato al radiologo.
•Dalla letteratura emerge come consiglio l’utilizzo in campo
pediatrico di un HVT pari a 8 cm
Diametro equivalente dei
pazienti
Dose interpolation 120 kV plot
Dai dati del RIS otteniamo una correlazione tra circonferenza e rappoprto
pes-altezza.
paediatric patient circumference vs weight and heght ratio
90,0
80,0
70,0
circumference (cm)
60,0
50,0
40,0
y = 131,47x + 31,682
R 2 = 0,9134
circumference (cm)
30,0
Lineare (circumference
(cm))
20,0
0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
wieght/height (kg/cm)
6

Risultati: tabella dei mAs@120 kV
Risultati: tabella dei
CTDI@120 kV
mAs at 13 HU
Peso paziente in kg
noise @ 120 kV 4 6 8 9 10 11 13 14 15 16 18 20 22 25 27 30 33 37
53 53 60 68 75 80 87 95 102 109 117 132 154 181 216 255 312 381 487
60 51 57 64 70 74 79 85 91 97 103 115 131 151 177 205 245 292 363
67 50 55 61 66 69 74 79 84 88 93 103 116 132 151 172 202 237 287
72 49 54 59 64 67 71 76 80 84 89 97 108 123 140 158 184 213 255
76 48 53 58 62 65 69 73 77 81 85 93 103 116 131 147 170 195 232
82 48 52 56 60 63 66 70 73 77 80 87 96 106 119 133 151 172 202
87 47 51 55 59 61 64 68 71 74 77 83 91 100 112 123 140 158 183
92 47 51 54 58 60 63 66 69 72 74 80 87 96 106 117 132 148 170
96 47 50 54 57 59 62 64 67 70 72 77 84 92 102 111 125 139 159
altezza paziente in cm
99 46 50 53 56 58 61 63 66 69 71 76 82 90 99 108 120 134 153
106 46 49 52 55 56 59 62 64 66 68 73 78 85 93 101 112 123 140
113 46 48 51 54 55 58 60 62 64 66 70 75 82 89 96 105 116 130
119 45 48 51 53 54 57 59 61 63 65 68 73 78 85 91 100 109 122
125 45 47 50 52 54 56 58 60 61 63 67 71 76 82 88 96 104 116
130 45 47 50 52 53 55 57 59 60 62 65 69 74 80 85 92 100 111
136 45 47 49 51 52 54 56 58 59 61 64 68 72 77 83 89 97 106
141 44 47 49 51 52 54 55 57 58 60 63 66 71 76 80 87 94 103
146 44 46 49 50 51 53 55 56 58 59 62 65 69 74 79 85 91 100
CTDI_vol (mGy)
Peso paziente in kg
@ 120 kV 4 6 8 9 10 11 13 14 15 16 18 20 22 25 27 30 33 37
53 8,11 9,00 9,91 10,55 10,94 11,41 11,86 12,20 12,52 12,85 13,56 14,60 15,97 17,81 19,96 23,14 26,82 32,06
60 7,88 8,66 9,47 10,04 10,41 10,90 11,34 11,68 11,97 12,26 12,82 13,51 14,52 15,75 17,23 19,43 22,02 25,88
67 7,72 8,40 9,13 9,64 9,97 10,44 10,86 11,20 11,51 11,80 12,23 12,85 13,56 14,51 15,55 17,11 18,96 21,78
72 7,64 8,28 8,95 9,43 9,75 10,21 10,62 10,94 11,23 11,49 11,98 12,51 13,13 13,94 14,82 16,10 17,64 19,97
76 7,56 8,17 8,80 9,27 9,57 10,00 10,37 10,72 11,03 11,28 11,74 12,27 12,85 13,50 14,28 15,38 16,70 18,69
82 7,47 8,02 8,59 9,02 9,31 9,70 10,07 10,38 10,67 10,95 11,41 11,92 12,39 12,98 13,60 14,52 15,54 17,05
87 7,40 7,92 8,46 8,86 9,12 9,48 9,85 10,14 10,44 10,70 11,13 11,66 12,13 12,68 13,17 13,95 14,81 16,12
92 7,35 7,84 8,35 8,73 8,98 9,33 9,67 9,98 10,23 10,48 10,93 11,42 11,91 12,39 12,86 13,57 14,28 15,43
96 7,30 7,76 8,25 8,61 8,85 9,18 9,50 9,78 10,05 10,31 10,75 11,22 11,73 12,17 12,63 13,23 13,88 14,90
99 7,27 7,72 8,18 8,53 8,77 9,10 9,40 9,67 9,93 10,19 10,60 11,10 11,59 12,07 12,50 13,03 13,66 14,57
106 7,21 7,63 8,05 8,38 8,59 8,90 9,20 9,45 9,68 9,91 10,33 10,83 11,29 11,77 12,14 12,69 13,16 13,92
113 7,16 7,55 7,95 8,26 8,46 8,75 9,01 9,26 9,50 9,72 10,10 10,58 11,05 11,50 11,88 12,36 12,86 13,46
119 7,12 7,48 7,87 8,16 8,35 8,61 8,87 9,10 9,31 9,53 9,92 10,36 10,81 11,28 11,69 12,12 12,55 13,09
125 7,08 7,43 7,79 8,06 8,24 8,50 8,74 8,96 9,17 9,38 9,72 10,16 10,62 11,07 11,46 11,90 12,29 12,81
130 7,05 7,38 7,73 7,99 8,16 8,41 8,64 8,84 9,04 9,24 9,58 10,00 10,44 10,91 11,28 11,76 12,11 12,63
136 7,02 7,34 7,67 7,92 8,08 8,32 8,53 8,74 8,93 9,12 9,44 9,84 10,29 10,74 11,14 11,54 11,93 12,40
141 7,00 7,31 7,62 7,86 8,02 8,24 8,46 8,65 8,83 9,00 9,33 9,74 10,14 10,61 10,95 11,44 11,81 12,24
146 6,98 7,27 7,58 7,81 7,96 8,17 8,38 8,57 8,74 8,91 9,23 9,62 10,03 10,45 10,82 11,28 11,64 12,10
altezza paziente in cm
Valori di dose di riferimento
EUR 16262 EN
Criteri di controllo della dose in TC
La qualità dell’immagine va sempre
preservata
Scelto un parametro di qualità:
Rumore in parenchima omogeneo dell’addome
(fegato); CNR per tessuti molli (muscolo, tessuto
adiposo)
Da una tecnica standard ottimizzata di buona
qualità, , studiare i fattori che influenzano la tecnica
TC per calibrare la stessa qualità alla taglia del
paziente.
Obiettivo ultimo
Mantenere l’esposizione l
da radiazione del
paziente il più basso ragionevolmente
praticabile
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