grandezze dosimetriche in radiologia convenzionale e interventistica

Azienda 

Ospedaliero 

Universitaria 

Careggi 

Grandezze dosimetriche in radiologia 

convenzionale ed interventistica 

dott.ssa Adriana Taddeucci 

SOD Fisica Sanitaria 

Grandezze dosimetriche 

GRUPPO REGIONALE TOSCANO 

Lucca, 10 febbraio 2009 

Poi ci sono una serie di grandezze e terminologie 

“specifiche” della radiologia diagnostica ed interventistica, come 

ad esempio: 

� Exposure at skin entrance (ESE) 

� Input radiation exposure 

� Entrance surface air kerma (ESAK) 

� Entrance air kerma 

� Air kerma (AK) 

� Entrance skin dose (ESD) 

� Entrance surface dose (ESD) 

� Integral skin dose (ISH) 

� Dose area product (DAP) 

� Kerma area product (KAP) 

� Maximun dose at skin entrance (radiologia interventistica) 

� Peak skin dose (radiologia interventistica) 

ICRU REPORT 74 

Necessità di armonizzazione 

Spesso di fa un po’ di confusione. Esempi (da ICRU): 

� Il kerma implica l’assenza di backscatter 

� La dose assorbita implica la presenza di backscatter 

ESD = ESAK*BSF 

[ICRU 60 (1998): la presenza o meno del backscatter non può essere desunta 

dalle definizioni di kerma e dose] 

� Il kerma è espresso solo in aria 

ICRU 60 (1998) chiarisce che ci si può riferire 

� al valore di kerma per un dato materiale in un punto nello spazio 

libero (es air kerma free-in-air) oppure all’interno di un materiale 

diverso 

Grandezze dosimetriche 

Per misurare l’irradiazione di un paziente 

conosciamo diverse quantità “generali” 

� Esposizione 

� Dose 

� Kerma 

(vedi ICRU Report 60, 1998) 

Necessità di armonizzazione dei 

nomi, simboli, uso delle quantità 

dosimetriche 

È il primo report dedicato 

dall’ICRU alla dosimetria del 

paziente per raggi x in 

diagnostica per immagini 

ICRU REPORT 74 (2005) 

Largo uso delle radiazioni per 

imaging diagnostico ed 

interventivo (cardiologia) che ha 

portato ad un aumento della 

dose alla popolazione 


Tipi di grandezze 

1. Quantità dosimetriche di base (ICRU 60, 1998) 

2. Quantità dosimetriche “specifiche” 

3. Quantità connesse al rischio 

4. Quantità raccomandate per i LDR (Livelli 

Diagnostici di Riferimento) 

1


Quantità rilevanti in radiologia: punti fermi 

1. Air kerma free-in-air: taratura degli strumenti 

2. Dose assorbita: è la quantità rilevante da determinare perché la 

maggior parte delle conoscenze degli effetti biologici delle radiazioni 

ionizzanti sono legate a tale grandezza. 

Non è direttamente misurabile su paziente, ma si ricava da grandezze 

direttamente misurabili usando appropriati coefficienti di conversione (v. 

anche ICRU Report 57) 

3. “un dispositivo che informi lo specialista circa la quantità 

di radiazioni ionizzanti prodotte dall’attrezzatura nel 

corso della procedura radiologica” (art. 8, D. Lgs. 187/00) 

⇒ in pratica una camera a trasmissione (KAP meter) 

2. Quantità dosimetriche “specifiche” (ICRU REPORT 74) 

� Ambiguità sui nomi, simboli e loro uso 

Alcune osservazioni 

� Si riferiscono alla stessa 

posizione di misura 

� Si riferiscono in air 

� Le prime due sono freein-air 

ovvero senza 

paziente o fantoccio 


� Punto di riferimento per la dosimetria del paziente 

Punto di riferimento 

1. Quantità dosimetriche “di base” (ICRU REPORT 74) 

� Dose assorbita vs kerma 

(in condizioni di equilibrio delle particelle cariche e trascurando le perdite per bremsstrahlung) 

D = K ⋅( 

1− 

g) 

≅ K 

g è piccolo per materiali di basso Z per le energie 

dell’imaging radiologico. 

Es: g=6.6x10 -4 per elettroni da 100 keV in aria 

Nella pratica dei CQ, abbiamo K=K a free-in-air 

� Strumenti tarati in termini di kerma in aria 

� Misure dell’output sull’asse centrale del fascio ad una 

certa distanza dal fuoco 

ma D la vogliamo determinare nel tessuto 

� Scelta della quantità: kerma o dose? 

(dal Johns and Cunningham) 


Strumenti tarati in air kerma, quindi è appropriato e 

consistente con la pratica “… name them in terms of air 

kerma except, when measured or calculated inside 

a phantom or a patient. In the latter case absorbed 

dose is the preferred quantity.” 

K a = air kerma free-in-air 


� Indicazione posizione di misura e del backscatter 

Utilizzare i seguenti termini 

� incident (backscatter non incluso) 

� entrance surface (backscatter incluso) 

Queste indicazioni sono esplicitate con i simboli: 

“i” (incident) 

“e” (entrance surface) 

Quindi: 

K a,i = incident air kerma unità di misura: Gy 

K a,e = entrance surface air kerma unità di misura: Gy 

2


Alcune osservazioni 

� È l’integrale del kerma 

in aria sull’area del 

fascio X perpendicolare 

all’asse del fascio 

� In aria 

� Se il kerma in aria è 

costante sull’area, allora 

coincide col prodotto 

kerma per area 


Quantità raccomandate e nuovi simboli 


K& 

a , i = 

dK 

dt 

a, 

i 

unità di misura : Gy/s 

Incident air kerma K a,i 

Determinato: 

• sull’asse del fascio nel punto di 

intersezione col piano di entrata al 

pz 

• non tiene conto del backscatter 

K 

a, 

i 

( ) ⎟ ⎛ d ⎞ 

= K d ⋅ ⎜ 

a 

⎝ dFSD 

⎠ 

unità di misura : Gy 

È una relazione approssimata: 

• attenuazione aria 

• scatter in aria 

• struttura sorgente 

2 


� Scelta della quantità 

Il prodotto air kerma – area è definito col seguente simbolo 

PKA unità di misura Gy·cm2 P = indica che la quantità è un prodotto 

KA = fattori del prodotto 

• determinato su un piano 

perpendicolare all’asse del fascio 


• è invariante con la distanza dal fuoco 

(trascurando l’attenuazione e lo scattering dell’aria e 

se il piano è lontano dal paziente o dal fantoccio) 


Quindi 

�Exposure at skin entrance (ESE) 

�Input radiation exposure 

�Entrance air kerma 

�Air kerma (AK) 

�Entrance skin dose (ESD) 

�Entrance surface dose (ESD) 

�Integral skin dose (ISH) 

�Dose area product (DAP) 

�Maximun dose at skin entrance (radiologia 

inteventistica) 


dK 

K a , e 

dt 

= & 

unità di misura : Gy/s 

Entrance-surface air kerma K a,e 

a, 

e 


• sull’asse del fascio nel punto di 

intersezione col piano di entrata al 

pz 

• tiene conto del backscatter 

Ka , e = Ka 

, i 

unità di misura : Gy 

⋅ B 

B dipende da: 

• spettro fascio X 

• dimensioni campo X 

• spessore e composizione del 

paziente (o fantoccio) 

3


Fattori di backscatter (B) 

3. Quantità connesse al rischio (ICRU REPORT 74) 

Dose assorbita in relazione agli effetti stocastici 

A bassi livelli di dose, la dose media assorbita negli organi e tessuti è 

l’indicatore della probabilità di effetti stocastici (ICRP 59). 

La dose in un organo o tessuto T si indica con D T (ICRU 51): 

D = 

m 

1 

T ∫ 

T mT 

D dm 

t 

La dose media assorbita è anche detta organ dose 

Il subscritto T può essere sostituito col nome dell’organo, es. D stomach 


Dose assorbita: come determinarla? 

Normalization quantity: 

Sono quelle grandezze facilmente misurabili o calcolabili nella situazione 

clinica, quindi: 

K a,i K a,e P KA 

Come ottenere D T : 

DT 

c = 

normalization 

quantity 

c = coefficienti di conversione 

c 

T , Ka 

, i 

c 

T , Ka 

, e 

c 

T , PAK 

D 

= 

K 

a, 

e 

T 

T 

a, 

i 

D 

= 

K 

D 

= 

P 

T 

KA 


dP 

P& 

KA 

KA = 

dt 

P& 

Air kerma-area product P KA 

KA 

dP 

= 

dt 

KA 

2 

unità di misura : Gy ⋅ cm /s 

2 

unità di misura : Gy ⋅ cm /s 


• su un piano perpendicolare 

all’asse del fascio 


P 

∫ 

= KA 

A 

K ( A) 

dA = K ⋅ A 

2 

unità di misura : Gy ⋅ cm 

a 

• è invariante con la distanza dal 

fuoco 


Dose assorbita in relazione agli effetti deterministici 

Per livelli di dose elevati, la dose assorbita dagli organi maggiormente irradiati è 

l’indicatore per gli effetti deterministici. 

In radiologia interventistica si possono avere effetti deterministici alla pelle 

(eritema, epilazione, ecc) 

La grandezza da considerare è la dose media 

assorbita da tale tessuto: 

D T,local ⇒ D skin,local 

• local = indica area della pelle sotto fascio 

• questa quantità è anche detta peak skin dose 


Dose assorbita: come determinarla? 

Dove si prendono i coefficienti di conversione? 

Calcolo Monte Carlo 

• ICRP 34 

• handbook del Center for Devices an and Radiological Health (CDRH) 

• report del German Center for Health and the Environment (GSF) 

• report (sw) del Health Protection Agency (HPA - NRPB) 

• PCXM, sw sviluppato da STUK, scaricabile 

a 

4


Come determinare queste grandezze nella pratica clinica per la 

dosimetria del paziente? 

Report IAEA n°457, 2007 

• grandezze dosimetriche 

• strumenti 

• taratura degli strumenti 

• code of pratice per le misure “cliniche” 

Dosimetria del paziente: calcolo di K a,i e K a,e da misure di 

rendimento 

Radiografia tradizionale 

tavolo 

d FSD 

ricevitore immagine 

Y rendimento del tubo (µGy/mAs @ 1m) 

K a,i = Y·P It ·(1/d FSD ) 2 

P It = mAs impostati 

K a,e = K a,i ·B 

Parametri di esposizione da registrare 

• kV 

• mAs 

• d FSD 

4. Quantità raccomandate per i LDR (ICRU REPORT 74) 

tavolo 

LDR 

Quali quantità dosimetriche per la verifica dei LDR? 

Per radiografia tradizionale 

Ka,i incident air kerma 

Ka,e entrance surface air kerma (ex ESD) 

(queste grandezze però non tengono conto della dimensione del fascio) 

Per radiologia interventistica 

K a,i (per gli effetti deterministici) 

utile come indicatore prima e durante la procedura interventistica della dose massima 

assorbita dalla pelle (ICRP 85) 

P KA (per gli effetti stocastici) 


Dosimetria del paziente 

• stima di K a,i da misure di rendimento e parametri di esposizione 

• misura di K a,e con TLD 

• stima di K a,e da incident air kerma 

• stima di K a,e da misure di P KA 

Dosimetria del paziente: calcolo di K a,e da misure di KAP 


d FSD 

KAP meter 

ricevitore immagine 

K a,e = P KA /S·B 

S = area del campo X sul piano 

ingresso al paziente 

Parametri di esposizione da registrare 

• lettura KAP 

• campo X sul rivelatore (formato?) 

• d FSD 

5

Radiologia interventistica 

Geometria di irradiazione, tempo, livelli di dose, scopia e grafia, zoom, 

variano dipendono dalla procedura e dal paziente. 



• peak skin dose D skin,local (per gli effetti deterministici) 

Stima dal: 

• valore K a,i cumulativo al IRP 

• relazioni D skin,local vs P KA 

15 cm 


IRP = Punto Interventistico di 

Riferimento 

(CEI EN 60601-2-43:2002-07) 

• è rappresentativo della posizione della pelle 

Indicazioni dosimetriche sugli apparecchi conformi alla 

norma CEI EN 60601-2-43:2002-07 

La norma tecnica CEI EN 60601– 2 

-43 prevede che l’apparecchiatura 

indichi le seguenti quantità 

dosimetriche durante le procedure: 

• rateo di kerma in aria all’IRP 

• kerma in aria all’IRP cumulativo 

dall’inizio dell’esame (che deve 

tener conto sia della scopia che 

della grafia) 

• prodotto kerma-area cumulativo 

dall’inizio dell’esame 

40 


• kerma-area product P KA (indicatore per gli effetti stocastici) 

• misura con KAP meter 

• peak skin dose D skin,local (per gli effetti deterministici) 

• nessun metodo indiretto e’ raccomandato dall’IAEA poiché non consentono di localizzare la 

zona irradiata e non è possibile standardizzarli 

• calcolo on-line dai parametri di esposizione e geometrici (es. Caregraph Siemens) 

• rivelatori in loco (es. MOSFET) 


K a,i =0.1 Gy 

Area= 400 cm 2 

P KA =40 Gy*cm 2 

D skin,local vs P KA 

Procedure cardio-angiografiche 

Per procedure cardiache sono stati proposti i seguenti 

coefficienti di conversione (Vano, 2001) 

c skin , PKA = 3.3 ± 2.1 mGy/(Gy cm 2 ) for CA 

= 6.7 ± 5.7 mGy/(Gy cm 2 ) for PTCA 

CA = Coronary Angiography 

PTCA= Percutaneous Transluminal Coronary Angioplasty 

• DICOM 

Standard DICOM 

K a,i =2 Gy 

Area= 20 cm 2 

P KA =40 Gy*cm 2 

Table C.8-33 

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grandezze dosimetriche in radiologia convenzionale e interventistica

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