Grandezze Dosimetriche rilevabili per la radioprotezione del paziente in diagnostica per immagini
Lucca 10 Febbraio 2009
Grandezze dosimetriche
in mammografia
Luca Bernardi
Barbara Lazzari
Managing patient dose in digital radiography
Azienda USL3 Pistoia – U.O. Fisica Sanitaria
GRUPPO REGIONALE TOSCANO
ICRP 93 – Main Points
• With digital systems, an overexposure can
occur without an adverse impact on image
quality.
• Overexposure may not be recognised by
the radiologist or radiographer.
ICRP Publication 93
Approved by the Commission in November
2003
ICRP 93 – Main Points
• Different medical imaging tasks require
different levels of image quality. The objective
is to avoid unnecessary patient doses; doses
which have no additional benefit for the clinical
purpose intended.
• In conventional radiography, excessive exposure produces
a “black” film and inadequate exposure produces a
“white” film, both with reduced contrast. In digital
systems, image brightness can be adjusted post
processing independent of exposure level.
ICRP 93
RECCOMENDATIONS
• Local diagnostic reference levels should
be reviewed when new digital systems are
introduced in an operational facility.
GRANDEZZE DOSIMETRICHE
Esposizione: descrive la capacità dei raggi X di
produrre ionizzazione in aria [C—kg-1]
Roentgen (R) 1R=2,58 10-4 C—kg-1
X=
• Frequent patient dose audits should occur
when digital techniques are introduced in
an operational facility.
dQ
dm
dQ è il valore assoluto della carica totale di ioni di un
segno prodotti in aria quando tutti gli elettroni (positivi
e negativi) liberati dai fotoni nell’elemento di volume
dm sono completamente fermati in aria.
1
GRANDEZZE DOSIMETRICHE
Trasferimento di energia al mezzo attraversato da parte
della radiazione incidente:
– Prima fase: messa in movimento dei secondari carichi (KERMA –
Kinetic Energy Released to the MAtter; [Gray (Gy); J—kg-1]
dE
K = tr
dm
dEtr è la somma delle energie cinetiche iniziali di tutte
le particelle cariche prodotte da radiazioni
indirettamente ionizzanti in un certo elemento di
volume di specificato materiale e di massa dm .
– Seconda fase: secondari carichi depositano l’energia attraverso
le collisioni che subiscono nel mezzo
__
D=
dε
dm
Dose Assorbita: tiene conto dell’effetto finale
dei processi sopra descritti; [Gray (Gy); J—kg-1]
dε è il valore medio dell’energia impartita alla materia in un
volume infinitesimo di massa dm.
Indicatore di rischio in mammografia
Indicatori di rischio da radiazioni ionizzanti
Dose Assorbita: non tiene conto della diversità degli effetti biologici
indotti da radiazioni di diversa qualità
Equivalente di Dose: la dose assorbita viene ponderata con
opportuni fattori per tenere conto della diversa qualità
della radiazione; [Sievert (Sv); J—kg-1]
H = Q⋅D
D = dose assorbita
Q = fattore di qualità della radiazione
(per raggi X Q=1)
Equivalente di Dose Efficace: introduce un ulteriore
fattore di ponderazione relativo all’organo o tessuto
irradiato; [Sievert (Sv); J—kg-1]
H E = ∑ wT ⋅ H T
T
HT = equivalente di dose per quel dato tessuto o
organo
wT = fattore di ponderazione relativo a quel
determinato tessuto o organo
European Guidelines for QA in breast cancer
screening and diagnosis (4th edition)
E’ comunemente accettato che la dose assorbita nel tessuto
ghiandolare caratterizzi il rischio di cancerogenesi associato
all’esposizione della mammella.
Average Glandular Dose (AGD)
è la grandezza dosimetrica normalmente utilizzata in
mammografia. [Sievert (Sv)]
• Non può essere misurata direttamente sulla paziente
• Il Kerma in aria incidente sulla superficie superiore della mammella
(senza backscatter) può essere facilemnte misurato
• Servono dei coefficienti di conversione che mettano in relazione K
con AGD
European Protocol for Dosimetry in Mammography
EUR 16263 EN
Average glandular dose (AGD)
• Non può essere misurata direttamente
sulla paziente
• Il Kerma in aria incidente sulla superficie
superiore della mammella (senza
backscatter) può essere facilmente
misurato
• Servono dei coefficienti di conversione che
mettano in relazione K con AGD
2
Indicatore di rischio in mammografia
Indicatore di rischio in mammografia
AGD = K ⋅ g ⋅ c ⋅ s
K = KERMA in aria alla superficie ingresso mammella/fantoccio (no scatter)
g = fattore correttivo KERMA in aria – dose ghiandolare in una mammella con
glandularity 50%
c = fattore correttivo per la diversa glandularity rispetto al 50% (in relazione
all’età).
s = fattore correttivo qualità del fascio (Mo/Mo, Mo/Rh, Rh/Rh)
•Dance D R 1990 Monte Carlo calculation of conversion factors for the estimation of mean glandular breast
dose Phys.Med. Biol. 35 1211–19
•Dance D R 2000 Additional factors for the estimation of mean glandular breast dose using the UK
mammography dosimetry protocol Phys.Med. Biol. 45 3225–40
Modello utilizzato per il codice Monte Carlo
Nuovi materiali anodo/filtro!! (W/Rh; W/Al)
Non sono ancora disponibili i corrispondenti fattori correttivi
Modello utilizzato per il codice Monte Carlo
Focal spot
Distanza fuoco-rivelatore
Calcola l’energia
depositata nel tessuto
mammario
Visione CC
T
0,1%
……...
99% di tessuto
adiposo
16 cm di diametro
Spessore della
mammella
compressa
Visione LAT
T
Compressore
50%
100%
……...
GLANDULARITY
100% di tessuto
ghiandolare
Frazione in peso del tessuto
ghiandolare, esclusa la cute.
Il tessuto ghiandolare e quello adiposo
sono distribuiti uniformemente
0,5 cm cute
Modello utilizzato per il codice Monte Carlo
g-factors
• Il fattore correttivo g è valido per una mammella di 50%
glandularity.
• In linea di principio, oltre che dallo spessore della
mammella compressa, g dipende sia dalla coppia
anodo/filtro che dai kV.
Semplificazione
2 cm
……...
5 cm
……...
SPESSORE MAMMELLA COMPRESSA
11 cm
• Tabelle dei fattori g in funzione del SEV (HVL) e dello
spessore della mammella compressa.
• Per gli spettri che venivano usati nel 2000
l’approssimazione è inferiore a ± 5%
3
g-factors
c-factors
g-factor
0,7
0,6
0,5
HVL [mm
0,25
0,3
0,4
0,35
0,4
0,3
0,45
0,5
0,2
0,55
• Le mammelle reali non hanno una
glandularity del 50%
• I c-factors sono stati calcolati da 0,1% a
100% di glandularity
• Ampia tipologia di spettri utilizzata
rispetto a considerare solo il 50% di
glandularity: variazione con HVL
0,6
0,1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
spessore mammella compressa [cm]
c-factors vs breast thickness @ 0,35 mmAl of HVL
c-factors vs breast glandularity @ 0,45 mmAl of HVL
•Dance D R 2000 Additional factors for the estimation of mean glandular breast dose using the UK
mammography dosimetry protocol Phys.Med. Biol. 45 3225–40
•Dance D R 2000 Additional factors for the estimation of mean glandular breast dose using the UK
mammography dosimetry protocol Phys.Med. Biol. 45 3225–40
c-factors vs HVL @ 5 cm breast thickness
Breast glandularity
Che glandularity deve essere considerata
per il calcolo della AGD?
4
S-factors
Max Error
1.000
1.017
1.061
1.044
1.042
7
No of photons
S
Mo/Mo
Mo/Rh
Rh/Rh
Rh/Al
W/Rh
Courtesy of David Dance
W/Ag spectra
3.1%
2.2%
3.6%
2.4%
2.1%
6
5
4
3
2
1
0
Nuovi materiali anodo/filtro (W/Ag; W/Al)
Non sono ancora disponibili i corrispondenti fattori correttivi
W/Ag s-factor vs Ag thickness
Courtesy of David Dance
10
15
20
25
30
35
40
Energy keV
S-factor for W/0.5 mm Al
Courtesy of David Dance
• Very wide spectra with low filtration
• HVL strongly influenced by low energy part of
spectrum
• Penetration through breast influenced by high
energy part of spectrum
• Not possible to have a single s-factor
Detailed study: 50-75 µm Ag
S= 1.042
Max fractional error 4.6%
S-factors for W/Al –
Courtesy of David Dance
Typical glandularity ranges only
1,3
s-factor
1,2
1,1
Maximum variation for
fixed thickness is ±3%
1
“Standard breasts”
• Per I controlli di qualità e per
interconfronti, serve un fantoccio
• Il fantoccio deve essere semplice,
riproducibile e poco costoso (PMMA)
• Deve essere approssimativamente
equivalente a una mammella compressa.
0,9
2
4
6
8
10
Breast thickness cm
5
Dati sperimentali – PMMA CC
Corrispondenza tra Mammella e PMMA
Average Glandular Dose vs PMMA thickness
7,0
PMMA
A/F
AGD console
[cm]
acc
2
Mo/Mo
achiev
3
Mo/Mo
Measured data
4
Mo/Rh
4,5
Rh/Rh
5
Rh/Rh
6
Rh/Rh
6,5
Rh/Rh
7
Rh/Rh
10
5,0
Equality
8
PMMA
6
4
AGD [mGy]
PMMA thickness (cm)
6,0
4,0
kV
mAs
AGD
25
26
27
29
29
29
31
30
36
50
63
56
63
80
71
0,94
1,18
1,59
1,81
1,88
2,08
2,21
0,00
3,0
2,0
2
1,0
2
4
6
8
10
Breast thickness (cm)
•Sechopoulos I, “Radiation Dose to Organs and Tissues from Mammography: Monte Carlo and
Phantom Study” Radiology, 246(2) Feb 2008 434 - 443
Dose to organs per Unit Glandular Dose to the imaged Breast in CC View
0,0
1
2
3
4
5
6
7
8
PMMA [cm]
Conclusioni
• La Dose Ghiandolare Media (AGD) è l’indice
dosimetrico comunemente accettato come
rappresentativo del rischio da radiazioni ionizzanti
in seguito ad irraggiamento della mammella.
• La AGD viene anche presa come indice guida per la
stima della dose agli altri organi in seguito ad una
mammografia bilaterale standard
• Sono ben codificate e condivise le procedure per la
misura o per la stima della AGD rendendo possibile
confronti dosimetrici accurati sia a livello locale che
internazionale
Conclusioni
• Nell’header Dicom di immagini MG da sistemi digitali diretti
sono già previsti dei campi che riportano: kV, mAs, anodo,
filtro, spessore mammella compressa.
• Il sistema RIS devono per forza contenere in formato
elettronico i dati relativi alla diagnostica nella quale è stato
eseguito l’esame e l’ anagrafica della paziente (età).
GRAZIE PER L’ATTENZIONE!
Luca Bernardi
• Disponendo della caratterizzazione dosimetrica della
sorgente (Kerma in aria per diversi kV e per le diverse
accoppiate anodo/filtro).
• E’ possibile pensare ad una procedura automatica che
permetta il calcolo della AGD in tempo reale per ciascuna
esposizione per singola paziente integrato nel sistema RISPACS.
[email protected]
[email protected]
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