MASTER DI 1° LIVELLOVERIFICHE DI QUALITÀ IN RADIODIAGNOSTICA,

MEDICINA NUCLEARE E RADIOTERAPIA

La radioprotezione del paziente nella TC(4^ Lezione)

F. Malgieri

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI SALERNOFACOLTA’ DI SCIENZE MM. FF. NN.

CORSO DI LAUREA IL FISICA

Analisi della situazione

• La TC è in continua evoluzione ed offre sempre migliori qualità dell’immagine.

• La frequenza degli esami TC aumenta rapidamente ed in alcuni paesi raggiunge attualmente il 10-15 % di tutti gli esami radiologici.

• Le dosi ai pazienti negli esami TC non diminuiscono, contrariamente a quanto avvenuto per gli esami radiografici per I quali si è avuta negli ultimi 10 anni una riduzione delle dosi dell’ordine del 30%.

Perchè aumenta la dose nella TC ?

• Perchè si persegue la migliore qualità dell’immagine che,

in TC, richiede maggiore esposizione.

• Perchè in molti esami vi è la tendenza ad aumentare il

volume esaminato.

• Perchè i parametri di scansione sono spesso non

correttamente adattati alle esigenze dell’esame.

UNSCEAR 2000

UNSCEAR 2000

Grandezze dosimetriche nella CT (1)Grandezze dosimetriche nella CT (1)

La grandezza dosimetrica di base nella CT è costituita dal Computer Tomography Dose Index, introdotto già nel 1981 da Scope et al. [Med. Physics 8, 1981],

+∞

CTDI = 1/T * ∫ D(z) dz [mGy] -∞

con D(z) = profilo di dose lungo l’asse di rotazione z

T = spessore nominale dello strato

Grandezze dosimetriche nella CT (2)Grandezze dosimetriche nella CT (2)

Il CTDI è misurato con camera a ionizzazione tipo

pencil di lunghezza 10 cm inserita in fantocci di PMMA

di opportune dimensioni, sia al centro che alla periferia

ad 1 cm sotto la superficie.

Grandezze dosimetriche nella CT (3)Grandezze dosimetriche nella CT (3)

Il valore CTDI medio relativo al fantoccio ed al valore mAs utilizzati è dato da

CTDIw = (1/3*CTDIc + 2/3*CTDIp) [mGy]

dove CTDIc è il valore misurato al centro e

CTDIp è la media dei valori misurati alla periferia.

Grandezze dosimetriche nella CT (4)Grandezze dosimetriche nella CT (4)

Per la CT elicoidale è stata introdotta la grandezza

CTDIvol. = CTDIw / pitch

che tiene conto delle variazioni di dose lungo l’asse ze risulta, ovviamente, CTDIvol. = CTDIw nel caso di pitch = 1.

Le grandezze CTDIw e CTDIvol. esprimono la dose media nel volume irradiato ed i relativi valori sono indipendenti dalla lunghezza della regione irradiata.

Grandezze dosimetriche nella CT (5)Grandezze dosimetriche nella CT (5)

Per tenere conto della lunghezza L (cm) dellaregione irradiata viene utilizzata la grandezzaDLP (dose * lunghezza)

= CTDIw * L DLP [mGy * cm]

= CTDIvol. * L

rispettivamente per la CT convenzionale e perquella elicoidale.

Grandezze dosimetriche nella CT (6)Grandezze dosimetriche nella CT (6)

Cosa diversa è la grandezza dose efficace E, deputataalla quantizzazione della probabilità di produzione del danno stocastico da radiazioni ionizzanti, definita come

E = ∑T WT * HT [mSv]

con HT dose media ricevuta dall’organo o tessuto T

WT fattore di peso che esprime la ‘suscettibilità

relativa’ dell’organo o tessuto T alla produ- zione del danno stocastico.

Grandezze dosimetriche nella CT (7)Grandezze dosimetriche nella CT (7)

La valutazione della dose efficace in ciascun esame CT è non facile, richiedendo la valutazione della dose rice-vuta da ciascun tipo di organo e tessuto irradiato, e può essere effettuata mediante:

misure con dosimetri TLD in fantoccio antropo- morfo, come p. e. effettuato per l’esame torace HR con SSCT elicoidale [F. Malgieri et al.: Radiologia Medica 92, 1996];

l’utilizzo di specifici programmi di calcolo;

l’utilizzo di fattori di conversione della DLP relativi a ciascun tipo di esame CT riportati in Reports.

Valori medi della dose efficace per alcuni Valori medi della dose efficace per alcuni esami radiologiciesami radiologici

[Rad. Prot. n. 136, [Rad. Prot. n. 136, MHRA Ev. Cen. UK Dep. Health, 2003]MHRA Ev. Cen. UK Dep. Health, 2003]

  dose efficace [mSv]

  TC R-X conv.

Mandibola 0,8 <0,02 (OP)

Testa 2 0,03

Torace 8 0,02

Addome 10 0,7

Pelvi 10 0,7

Rischio % di morte per mSv Rischio % di morte per mSv [UNSCEAR Report 1993][UNSCEAR Report 1993]

0,000%

0,002%

0,004%

0,006%

0,008%

0,010%

0,012%

0,014%

0,016%

0-9 10-19 20-29 30-39 40-49 50-59 60-69 70-79

fascie di età (anni)

Rischio di morte prodotto da 10000 esami Rischio di morte prodotto da 10000 esami su pazienti di età tra 10 e 30 annisu pazienti di età tra 10 e 30 anni

RxRxconv.conv. TCTC

MandibolaMandibola 0,016 (OP)0,016 (OP) 0,640,64

TestaTesta 0,0240,024 1,61,6

ToraceTorace 0,0160,016 6,46,4

AddomeAddome 0,560,56 8,08,0

PelviPelvi 0,560,56 8,08,0

Tessuti irradiati in CT anche quando non costituiscono la zona di interesse nell’esame

Lens of the eye Breast tissue

Dosi tipiche [mGy] per esami CT in adulti [Shrimpton et al. 1991]

Eame Occhi TiroideMam-melle

Utero OvaieTesti-coli

Testa 50 1.9 0.03 * * *

Spina cervic. 0.62 44 0.09 * * *

Spina torac. 0.04 0.46 28 0.02 0.02 *

Torace 0.14 2.3 21 0.06 0.08 *

Addome * 0.05 0.72 8.0 8.0 0.7

Spina lomb. * 0.01 0.13 2.4 2.7 0.06

Pelvi * * 0.03 26 23 1.7

Il simbolo * indica che la dose è < 0.005 mGy

La CT a spirale somministra più o menodose al paziente ?

• Dipende dalla scelta dei valori dei parametri.

• Anche se è possibile eseguire una CT a spirale con dose inferiore rispetto a quella statica, in pratica il patiente riceve dose maggiore a causa dei fattori di fatto utilizzati (volume di scansione, mAs, pitch, ampiezza dello strato).

La CT multi-slice somministra più o menodose al paziente ?

La dose al paziente nella CT multi-slice può essere maggionr di circa il 0-30% rispetto

alla CT a spirale a strato singolo.

MSCT (Multi-Strato CT)

Matrix detector arrayLight Speed G. E.

Adaptive detector arrayEmotion-6 Siemens

Hybrid detector arrayAquilon-16 Toshiba

Aumento della dose/esame nella MSCTrispetto alla SSCT elicoidale (1)

Efficienza geometricaEfficienza geometrica

L’effetto della radiazione ‘non utile’ (non vista dai rivelatori) è descritto dalla grandezza efficienza geometrica:

“rapporto % tra l’integrale del profilo di dose nella regione comprendente i rivelatori utilizzati e l’inte grale del profilo di dose totale lungo l’asse z”

[IEC 60601-2-44 Ed. 2, 2003].

Nella MSCT l’efficienza geometrica varia da circa il 50% per piccoli spessori di strato a circa il 90% per gli spessori maggiori [C. J. Koller et al.: B. J. Radiol. 76, 2003].

Aumento della dose/esame nella MSCTrispetto alla SSCT elicoidale (2)

Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (1)Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (1)

L’incremento della dose/esame nella MSCT rispetto alla CT elicoidale a strato singolo è documentato in diversi studi e, in particolare nella rassegna di G. Brix et al. [Eur. Radiol. 13, 2003] relativa alla situazione in Germania nell’anno 2001, con l’introduzione delle apparecchiature MSCT:

        n. simult. slices

n.ro 10 LightSpeed QX/i G. E. 4

n.ro 5 LightSpeed Plus G. E. 4

n.ro 1 LightSpeed Plus G. E. 8

n.ro 7 Mx8000 Quad Philips 4

n.ro 41 Volume Zoom Siemens 4

n.ro 1 Asteion Multi Toshiba 4

n.ro 9 Aquilon Toshiba 4

Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (1a)Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (1a) [G. Brix et al.: Eur. Radiol. 13, 2003][G. Brix et al.: Eur. Radiol. 13, 2003]

DLPesame

0

300

600

900

1200C

erve

llo

Feg

ato/

reni

Aor

tato

raci

ca

Aor

taad

dom

inal

e

Vas

ipo

lmon

ari

Spin

ace

rvic

ale

Spin

alo

mba

re

mG

y *

cm

SSCT MSCT

Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (1b)[G. Brix et al.: Eur. Radiol. 13, 2003]

Eesame

02468

101214

Cer

vell

o

Feg

ato/

ren

i

Aor

tato

raci

ca

Aor

taad

dom

inal

e

Vas

ip

olm

onar

i

Sp

ina

cerv

ical

e

Sp

ina

lom

bar

e

mS

v

SSCT MSCT

Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (2)

Altra rassegna [S. J. Yates et al.: B. J. Radiol. 77, 2004] riporta le variazioni della dose/esame nella MSCT rispetto alla SSCT elicoidale rilevate nella regione orientale della Gran Bretagna nel 2002, con la introduzione delle apparecchiature MSCT:

          n. simult. slices

n. 4 LightSpeed Plus G.E. 4

n. 2 Somatom Sensation 4 4

n. 1 Somatom Sensation 16 16

Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (2a)[S. J. Yates: B. J. Radiol. 77, 2004]

Addome

0

2

4

6

8

10

B C E F K L

E (

mS

v)

SSCT MSCT

Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (2b)Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (2b)[S. J. Yates: B. J. Radiol. 77, 2004][S. J. Yates: B. J. Radiol. 77, 2004]

Testa

0

1

2

3

A B C E F H J K L

E (

mS

v)

SSCT MSCT

Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (2d)Dose/esame MSCT versus SSCT elicoidale (2d)[S. J. Yates: B. J. Radiol. 77, 2004][S. J. Yates: B. J. Radiol. 77, 2004]

Spina lom bare

0

5

10

15

B C L

E (

mS

v)

SSCT MSCT

Riduzione della dose al paziente (1)Riduzione della dose al paziente (1)

Implementazione di complessi sistemi ‘tracking’

che, mediante il movimento del tubo R-X o del

fuoco o del collimatore, ‘pilotato’ dalle informa-

zioni fornite dai rivelatori periferici adiacenti a

quelli utilizzati per la formazione delle immagini,

realizzano la riduzione della penombra e miglio-

rano l’efficienza geometrica. [T. L. Toth et al.:

Med. Phyisics. 27, 2000]

Riduzione della dose al paziente (2)Riduzione della dose al paziente (2)

Riduzione della dose al paziente (3)Riduzione della dose al paziente (3)

Riduzione della dose al paziente (4)Riduzione della dose al paziente (4)

Le innovazioni tecnologiche che contribuiscono alla riduzione della dose al paziente hanno come contestuale obiettivo il miglioramento o, almeno, il mantenimento della qualità intrinseca delle immagini.

Numerosi studi, J. E. Wildberger et al. [Invest. Radiol. 36, 2001] per gli esami toracici, E. Coppenrath et al. [Forts. Roentgenstr. 27, 2003] e D. Sahani et al. [J. of Comp. Ass. Tom. 173, 2001] per gli esami addominali, hanno rilevato come riducendo e modulando i parametri di scansione sulle caratteristiche di ciascun paziente si realizza una accettabile qualità diagnostica delle immagini con rilevante riduzione delle dosi.

Riduzione della dose al paziente (5)Riduzione della dose al paziente (5)

È, pertanto, irrinunciabile l’impegno degli operatori chedovrebbero ogni volta ricercare non la migliore qualità intrinseca delle immagini, ma la adeguatezza della qualità allo specifico quesito clinico, tenendo presenteche: da una parte, sono ingiustificate le dosi non stretta- mente necessarie al quesito clinico; dall’altra, un esame inadeguato alla refertazione

realizzerebbe una dose totalmente ingiustificata.

Qualità dell’immagine (1)Qualità dell’immagine (1) spessore di strato e mAsspessore di strato e mAs

_____________ Il rumore è proporzionale a 1 / √ spess. strato ,

ed a 1 / √ mAs .

Il contrasto è proporzionale a 1 / spess. strato.

Segue che diminuendo lo spessore di strato aumenta il contrasto ma aumenta anche, meno velocemente, il rumore e, per pari livello di rumore, devono essere aumentati i mAs.

Qualità dell’immagine (2)Qualità dell’immagine (2)kVkV (rispetto al valore ‘standard’ 120 kV) (rispetto al valore ‘standard’ 120 kV)

80 - 100 kV danno migliore contrasto, ma anche dose maggiore a parità di rumore;

avendosi minore penetrazione dei RX, sono indicati nella radiologia pediatrica.

135 - 140 kV danno peggiore contrasto, con dose poco minore a parità di rumore;

avendosi maggiore penetrazione dei RX, sono indicati nei pazienti obesi.

Qualità dell’immagine (3)Qualità dell’immagine (3)pitchpitch

Nei MSCT un aumento del pitch accorcia la durata dell’esame, ma aumenta anche gli artefatti elicoidali ed il rumore e vengono consigliati dai costruttori, per mantenere inalterato il rumore, valori consistente-mente aumentati dei mA e, in alcuni casi, l’aumento dei mA avviene del tutto automaticamente.

D. Sahani et al. [J. Comp. Ass. Tom. 27, 2003] hanno rilevato che, per gli esami addominali con il MSCT Light Speed QX/I G. E., aumentando il pitch da 0,75 a 1,5 con aumento dei mA limitato a circa il 26% in luogo del circa 66% consigliato dal costruttore, si ottiene una accettabile qualità con riduzione della dose del 30-40%.

Dose al paziente e valori LDR (1)Dose al paziente e valori LDR (1)

Toshiba Asteion MSCT div. Centri [C. J. Koller et al.: B. J. Radiol. 76, 2003]

LDR : addom e = 35 ; torace = 30

0

10

20

30

40

A B C D E F G

addome torace

Dose al paziente e valori LDR (2)Dose al paziente e valori LDR (2)

Toshiba Asteion MSCT div. Centri [C. J. Koller et al.: B. J. Radiol. 76, 2003]

LDR torace HR C T = 35 [EUR 16262 - 1999]

0

20

40

60

A B C D E F Gtorace HRCT

Dose al paziente e valori LDR (3)Dose al paziente e valori LDR (3)

Toshiba Asteion MSCT div. Centri

[C. J . Koller et al.: B. J . Radiol. 76, 2003]LDR testa = 60

0

30

6090

120

150

A B C D E F G

cerebrale fossa posteriore

Dose al paziente e valori LDR (4)Dose al paziente e valori LDR (4)

Risulta che nel Centro E, ove sono implementate proce-dure di ottimizzazione con la stretta collaborazione dei Fisici e T.S.R.M., le dosi sono sistematicamente inferiori che negli altri Centri con la medesima MSCT.

Scaturisce pure che per taluni esami MSCT non è di fatto possibile rientrare nei valori LDR prescritti e, se non si vuole rinunciare ai vantaggi della MSCT, devonoessere definiti specifici valori delle LDR per alcuni esami MSCT, come proposto da A. Workman et al. [IPEM/ NRPB/RCR/CoR/BIR diagn. ref. levels working party. IPEM Newsletter 67 2000] ed auspicato da altri Autori [S. J. Yates et al.: B. J. Radiol. 77, 2004].

ConclusioniConclusioni

La CT, in particolare la MSCT, offre irrinunciabili vantaggi in molte situazioni cliniche.

Le più elevate dosi ai pazienti, unitamente alla sempre crescente diffusione degli esami TC, rendono necessari ulteriori sforzi da parte dei costruttori e, soprattutto, da parte degli utilizzatori finalizzati al contenimento della dose.

Deve, in particolare, essere tenuto sempre presente che sono ingiustificate procedure che realizzano incrementi della dose non necessari ai fini diagnostici, ma unica mente indirizzati al conseguimento della migliore qualità iconografica delle immagini.