Paola ColomboTorino
Giugno 2011
NIGUARDACA’
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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]
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ca della dose in radio
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
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ca della dose in radio
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
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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)
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75 % della dose totale
21 % numero di procedure
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ca della dose in radio
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
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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
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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.
Sistemi di modulazione della dose
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diagnostica
Sistemi di modulazione della dose
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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%
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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
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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?
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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
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ASIR (GE) Adaptive Statistical Iterative Recontruction
AJR 2009; 193:764-771
Model based iterative reconstruction vs Normal Filterd Backprojection
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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
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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
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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
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ASIR
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ASIR
HDCT, 50% red dose, ASIRVCT, routine dose
CTDI = 9DLP = 264
CTDI = 20DLP = 604
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ASIR
Low Dose Abdomen/Pelvis 120kV ~100mA 0.5s P63/64:1 0.625mm
ASIR Reconstruction
Conventional FBP Reconstruction
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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
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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
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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
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X-CARE (Siemens)
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Filtrazioni aggiuntive
“Induriscono” il fascio
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Filtrazioni aggiuntive Wedge – Bowtie filter
modificano la forma spaziale per adattarlo al distretto anatomico (body-head-cardio…)
Courtesy of Philips
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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
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Image Wisely
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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
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esempio
dal 2007 esiste il Dose SR per le procedure RX convenzionali (radiografia e fluoroscopia) e per la TC
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Trasferire l’Informazione dosimetrica
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DICOM CT RDSR
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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,..).
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Informazione dosimetrica
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.
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Possibile scenario REM includes 6 actors : Acquisition ModalitiesDose Information ConsumerDose Information RegisterDose RegistryImage Archive PACSImage Manager (RIS
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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
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Informazione dosimetrica
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)
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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
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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)
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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)
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Valkyrie
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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
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