NIGUARDA CA’ GRANDAappuntamentiafisica.to.infn.it/2011/1/doc/Paola_Colombo_2.pdfTecnica...

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati

ca della dose in radio

diagnosticaPaola Colombo

Azienda Ospedale Niguarda Ca’ Granda, Milano

Struttura Complessa di Fisica Sanitaria

email: [email protected]

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Situazione dosimetrica

From NCRP Report No. 160, “Ionizing Radiation Exposure of the Population of the United States” (2009)

CT scans contribute 24% of radiation dose

Contribuisce alla dose individuale per scopi medici :2 ÷ 3 mSv/anno

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

DJ

Bre

nne

–N

EJM

nov

200

7

• TC con numero di strati sempre maggiore: 4-8-16-32-64-256-320…e quindi volumi di scansione sempre maggiori

• TC con strati sempre più sottili, ma più mAs per compensare l’aumento di rumore

• TC sempre più veloci e quindi esami multifasici e aumento del numero degli esami

• Esami di screening

AUMENTO DELLA DOSE COLLETTIVA DOVUTO AL

CONTRIBUTO DEGLI ESAMI TC

DOSE COLLETTIVA

11-13% di tutti gli esami radiologici

75% della dose totale

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica 1.000.000 pazienti in 3 anni

70 % fa almeno 1 esame

Dose mediana :

0.1 mSv /persona anno

19 % dose moderata (3-20 mSv)

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

75 % della dose totale

21 % numero di procedure

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Metodi per ridurre la dose

Sistemi di modulazione della dose

Ottimizzazione nell’uso della tensione

Tecniche di ricostruzione Iterative

Adaptive Collimation

Sistemi di protezione individuale

Coro TC : modulazione oppure tecniche retrospettive – Pitch elevato – imaging volumetrico

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

La dose - sistemi di riduzione

Modulazione della dose (o della corrente) : Si fissa la qualità dell’immagine e il sistema la mantiene costante

Modulazione DIMENSIONE PAZIENTE

Modulazione ASSE Z

Modulazione ANGOLARE X-Y

z

x

y

mA

mmmA

mmmA

mm

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

ATCM

Scopo di questi sistemi è di mantenere costante la qualitàdell’immagine e di limitare la dose al variare delle dimensioni edelle attenuazioni dei diversi tessuti.


Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica


Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Modulazione temporale cardiacaimaging retrospettivo

o Modulazione sincronizzata all’ECGo Corrente massima durante la diastole (finestra temporale

fissa di ~ 250 ms)o mA ridotti al 4 % o 20% altroveo Risparmio di dose dipende dal ritmo cardiaco : dal 30% al

50%

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Inaging cardiaco - tecniche Prospettiche

Tecnica prospettica gated assiale(a basso dosaggio )SnapShot (GE) Step and Shoot (Philips)

Hsieh 2006

lettino stazionario durante l’acquisizione (180°)lettino trasla di una distanza leggermente inferiore alla copertura lungo z dei rivelatoriIn caso di aritmia non avviene l’acquisizioneNo gap tra i dati di un ciclo e il successivoCuore di dimensioni 100-160 mm : 3- 4 cicli “RX on” solo durante l’acquisizione –riduzione della dose di almeno un fattore 2

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Bassi kV (~ 50% dose)

Esami pediatrici

Bone & iodine imaging

Esami cardiaci

AngioTC

La scelta ottimale dei kV dovrebbe essere fatta in base alla dimensione del paziente, al contrasto che si vuole visualizzare limitando la dose.

doseCNR

doseSDContrastoCNRD ==

Dose & Qualità: kV

Med.Phys. 36 (3), 2009

120 kV

Soft tissue

Tutti gli esami

140 kV

Pazienti obesi

Soft tissue imaging

Quali kV per un dato CNR e uno specifico quesito clinico?

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Tecniche di ricostruzione iterative

Model based iterative reconstruction vs Normal Filterd Backprojection

Filtered Back Projection reconstruction (FBP)

Analytical solution to the problemBased on an ideal system model

Iterative reconstruction (IR)

Iterative solution to the problem:Find the attenuation (image) that is the “best fit” to the acquired data

Simple fast calculationHigh noise / dose

Spatial OR Contrast Resolution

Complex slow calculationLow noise / dose

High Spatial AND Contrast Resolution

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

ASIR (GE) Adaptive Statistical Iterative Recontruction

AJR 2009; 193:764-771

Model based iterative reconstruction vs Normal Filterd Backprojection

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Tecniche iterative

Model based iterative reconstruction vs Normal FilterdBackprojection

Riduce il rumore

Prevenzione artefatti (photon starvation)

Aumenta il CNR e risoluzione spaziale

Ultra Low-Dose (100kV 14 mAs) - 0.4 mSv

Ultra Low-Dose (100kV, 14 mAs) - 0.4 mSv

FBP IDose4

Courtesy: UCL, Brussels- Philips

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Tecniche iterative

• Richiede la Modellizzazione della

• geometria reale (fuoco, detettore, voxel)

• statistica del sistema

• Aumenta il Tempo computazionale

• Livelli di utilizzo definibili dall’utente in funzione dello scopo

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Tecniche iterative

Courtesy Hopital Robert Debré, Paris, France - Philips

SW 1.5mm iDose 4

SW 3mm FBP

SW 1mm iDose 6

SW 2mm iDose 2

9M patient, 120kV, 210mAs, CTDI = 23.8 mGy

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

ASIR

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

ASIR

HDCT, 50% red dose, ASIRVCT, routine dose

CTDI = 9DLP = 264

CTDI = 20DLP = 604

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

ASIR

Low Dose Abdomen/Pelvis 120kV ~100mA 0.5s P63/64:1 0.625mm

ASIR Reconstruction

Conventional FBP Reconstruction

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Philips iDose4

From 25 to 0.25 mSv Cardiac exam on iCT with iDose!Enabling significant dose reduction

DoseWise tools used•IntelliBeam filters and wedges•Nano-Panel3D with ClearRay Collimator•Step and Shoot Cardiac•iDose

Scan and patient details•1 step, 2 shots, 3 beats acquisition•21.7 kg/cm2, 70 bpm

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Adaptive collimation (Siemens - Philips)

Riduce il contributo inutile di dose dovuto al fenomeno di “over-scanning” (dal 17 al 30%): Collimatori dinamici che riducono questa componente.l’irradiazione extra necessaria per la ricostruzione spirale è importante per scansioni brevi

Siemens Philips

Overscan Area Totale Irradiata

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Protezioni individuali

SchermaturePossono garantire attenuazione dal 35 al 50% per organi superficiali.

Tuttavia questi dispositivi possono interferire con i sistemi di modulazione della dose con effetto contrario, per cui devono essere usati con cognizione di causa.

Per esempio possono essere sicuramente usati per proteggere il cristallino negli esami dell’encefalo, dove non si usa la modulazione della dose.

Attenurad F&L Medical Products,

Vandergrift, PA

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

X-CARE (Siemens)

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Filtrazioni aggiuntive

“Induriscono” il fascio

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Filtrazioni aggiuntive Wedge – Bowtie filter

modificano la forma spaziale per adattarlo al distretto anatomico (body-head-cardio…)

Courtesy of Philips

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Radiologia pediatrica

L’ottimizzazione della dose in TC pediatrica si ottiene con un approccio sinergico

Dimensioni del paziente Collimazione e pitch Numero di fasi contrastografiche Tensione (80-100 kV per pesi < 45 kg e esami ad alto

contrasto intrinseco) Schermature Modulazione della dose Tecniche iterative

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Image Wisely

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Trasferire l’Informazione dosimetrica

Necessità di trasferire il dato dosimetrico

Immagine digitale Formato DICOM

Nell’Header DICOM sono contenute molte informazioni utili alla valutazione dosimetriche

dagli anni 2006 il DICOM commettee sta lavorando per definire i REPORT STRUTTURATI di DOSE ( Dose SR - DRSR) come oggetti DICOM per facilitare il flusso e la gestione delle informazioni dosimetriche

utilizzano uno strumento più generale : il Report Strutturato DICOM (DICOM SR) utilizzato per trasferire dati strutturati prodotti durante l’acquisizione delle immagini o il post-processing

ad esempio

- Misure di esami US- Risultati del CAD- QC informazioni- Report dosimetrici

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

esempio

dal 2007 esiste il Dose SR per le procedure RX convenzionali (radiografia e fluoroscopia) e per la TC

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Trasferire l’Informazione dosimetrica

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

DICOM CT RDSR

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Informazione dosimetrica

Necessità di trasferire il dato dosimetrico

Ma sebbene esista lo standard non è facile per l’utente acquisire le informazioni perché il formato dipende dal tipo di apparecchio e dalla casa costruttrice.

Non tutti i sistemi di archiviazione (PACS) sono aggiornati per gestire queste SOP class.

IHE (Integrating the Healthcare Enterprise) può aiutare a risolvere queste difficoltà

IHE (nata nel 1999) regola il flusso di informazioni “sanitarie cliniche” tra i sistemi informatici (modalità, RIS, PACS, Workstation, registri,..).

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica


IHE definisce dei “profili di integrazione” che rendono la comunicazione tra i vari sistemi migliore, più facile da implementare e più efficiente.

Il “Radiation Dose Profile” (REM) proposto (IHE, 2007) è stato accettato nel 11/2007 ed è in via di sviluppo.

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Possibile scenario REM includes 6 actors : Acquisition ModalitiesDose Information ConsumerDose Information RegisterDose RegistryImage Archive PACSImage Manager (RIS

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Possibili utilizzi del Dose Report

•National Registries•Anonymize and submit Dose Reports to Register•Compile Population Risk Estimations•Derive Dose Reference Levels•Provide Site-Site Comparisons

•Individual Dose Record

•Collect Dose Reports over time

•Clinical Trials•Collect Dose together with Images•Demonstrate both improved detection & reduced dose

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica


l’adozione di un profilo IHE è facoltativa per il costruttore sia parte di chi “produce immagini” che per chi gestisce le immagini (sistemi RIS / PACS), ma garantisce all’utente la correttezza del flusso di informazioni.

Chi non adotta i profili IHE non può sopravvivere al mercato.

possiamo dire che questa è la strada ma siamo … in viaggio.

Lo standard per il futuro :tutte le apparecchiature supporteranno il Report di dose Strutturato DICOM

tutte le apparecchiature supporteranno il profilo REM (IHE)

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Report di dose (report screen)

Attualmente i sistemi producono alla fine dell’esame un “report di dose –report screen” ed alcuni aggiungono il DRSR

In alcuni sistemi (GE, Siemens) alla fine dell’esame viene presentata una immagine (report screen) in cui sono riportati i dati dosimetrici di tutte le scansioni (CTDI, DLP e DLP totale)

Esempio Sensation 64 Siemens

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

In alcuni sistemi recenti (Philips) alla fine dell’esame viene sempre presentata una immagine DICOM in cui sono riportati i dati dosimetrici di tutte le scansioni ma tali informazioni sono presenti anche nei campi dell’header DICOM

Esempio Brilliance 64 Philips

Report di dose (report screen)

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Estrazione del dato dosimetrico

Nel secondo caso l’estrazione delle informazioni è fattibile accedendo ai campi DICOM

Nel caso dei report screen invece ci sono soluzioni basate su sistemi di riconoscimento della scrittura (Optical Character Recognition - OCR) dei report di dose per l’estrazione delle informazioni minime

Ad esempio : PixelMed - DoseUtility (David Clunie - www.dclunie.com) Valkyrie Radiance (http://radiancedose.com)

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Valkyrie

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Pixelmed - DoseUtility

Prototipo aggiunto al Pixelmed DICOM toolkit (Clunie) pure java , open source Funziona sia con RDSR che con Report screen delle varie ditte Può generare i DRSR con le informazioni estratte

Paola ColomboTorino

Giugno 2011

NIGUARDACA’

GRANDA

Nuovi approcci

alla problemati


diagnostica

Iniziative di registro nazionale

NIGUARDA CA’ GRANDAappuntamentiafisica.to.infn.it/2011/1/doc/Paola_Colombo_2.pdfTecnica...

Documents

Transcript of NIGUARDA CA’ GRANDAappuntamentiafisica.to.infn.it/2011/1/doc/Paola_Colombo_2.pdfTecnica...