RADIOLOGIA RELAZIONI A INVITO. TORINO Novembre Mammografia: nuove tecniche e ricadute dosimetriche. G. Gennaro, Padova

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1 TORINO Novembre 2013 RADIOLOGIA RELAZIONI A INVITO Mammografia: nuove tecniche e ricadute dosimetriche. G. Gennaro, Padova Valutazione e ottimizzazione della dose al paziente nelle procedure di TC: stato dell arte. O. Rampado, Torino Diversi punti di vista: l ottimizzazione delle procedure interventistiche. M. D Amico - P. Isoardi - P. Muratore, Torino

2 TORINO Novembre 2013 RADIOLOGIA RELAZIONI LIBERE Caratterizzazione fisica di un nuovo algoritmo CT iterativo operante nello spazio dei sinogrammi. C. Ghetti, Parma Sistemi di modulazione in TC: riduzione della dose. G. Lucconi, Bologna Sistemi di modulazione della dose in MSCT: valutazione della qualità delle immagini per l ottimizzazione dei protocolli clinici. L. Pierotti, Bologna L impiego dei nuovi sistemi di mappaggio elettroanatomico riduce la dose al paziente nelle procedure di ablazione a radiofrequenza? A. Radice, Milano/Monza Studio dei parametri di acquisizione per l ottimizzazione delle esposizioni su un sistema CT dotato di algoritmo di ricostruzione iterativo delle immagini. F. Bonutti, Udine Dose locale alla cute in pazienti sottoposti a procedure di radiologia interventistica usando un sistema basato su rivelatori MOSFET. M. D. Falco, Roma Un programma regionale per i controlli di qualità nello screening mammografico. G. Gennaro, Padova Ottimizzazione delle dosi in radiologia interventistica per procedure di coronarografia (CA) e angioplastica coronarica (PTCA). M. Parisotto, Milano Stima della dose ed accuratezza diagnostica in esami di tomosintesi del torace per lo screening del tumore polmonare. S. Chauvie, Cuneo Dose al paziente nelle procedure interventistiche in Italia. A. Trianni, Udine Dose cumulativa e stima del rischio radioindotto da imaging medico in pazienti sottoposti a riparazione endovascolare di aneurisma aortico. D. Lizio, Novara Esposizione alle radiazioni da TC multistrato nel bambino: risultati della prima indagine nazionale italiana. D. A. Origgi, Milano Risultati finali della prima indagine nazionale SIRM sulla dose al paziente adulto in esami con Multislice CT. F. Palorini, Milano Procedure radiodiagnostiche in età pediatrica: studio di percorsi diagnostici e di modelli organizzativi per l ottimizzazione dell utilizzo della Tomografia Computerizzata (TC) e la limitazione delle esposizioni ingiustificate alle radiazioni. A. Torresin, Milano Dose efficace complessiva alla popolazione derivante dalle principali categorie di esami diagnostici a raggi-x: uno studio in Valle d Aosta nel periodo A. Peruzzo Cornetto, Aosta

3 TORINO Novembre 2013 RADIOLOGIA POSTER Differenze negli indici di dose con e senza algoritmo di ricostruzione iterativo in TC e resoconto sull innovativo sistema Dose-Check. F. Bonutti, Udine Rischio di tumori radio-indotti nella colonografia di screening. L. G. Moro, Pavia Confronto tra SAFIRE e Filtered Back Projection: valutazione della riduzione della dose e della qualità delle immagini CT. F. Zito, Milano Valutazione dell algoritmo iterativo di ricostruzione e della modulazione dei ma di una CT 128 strati su fantoccio e immagini cliniche. S. Maggi, Ancona Riduzione di dose in TC a 80 e 100 kvp senza perdita di qualità dell immagine. F. Zucconi, Milano Sviluppo di una applicazione Monte Carlo per il calcolo della dose negli scanner CT Multi Detettore. G. Feliciani, Bologna Stime di dose assorbita agli organi nell embolizzazione delle arterie uterine: risultati preliminari. E. Bolla, Castelfranco Veneto (TV) Dose in ingresso e dose efficace in bambini sottoposti a procedure neuroangiografiche. C. Carapelli, Torino Metodi di valutazione dell accuratezza del CTDI nominale in CardioCT. S. Strocchi, Varese Procedure di ottimizzazione URO-CT in termini di dose e mezzo di contrasto. E. Roberto, Cuneo Valutazione della dose efficace al paziente in procedure interventistiche con GAFCHROMIC XR-RV3. C. Stancampiano, Catania Fantoccio Ibrido - Perspex - Acqua per Dosimetria su CT. E. Cefalì, Reggio Calabria Confronto quantitativo fra immagini TC ricostruite con filtered back-projection (FBP) e immagini a dose ridotta ricostruite con SAFIRE. M. Poli, Candiolo (TO) Caratterizzazione dell algoritmo di ricostruzione iterativo ASIR in vari distretti corporei: considerazioni sulla qualità dell immagine e sulla riduzione di dose. A. Ciarmatori, Modena/Bologna Utilizzo di un metodo statistico per la definizione della Low Contrast Detectability applicato al confronto di due diverse tecniche per la ricostruzione iterativa di immagini in tomografia computerizzata. G. Rinaldin, Milano Caratterizzazione multi-parametrica dell algoritmo ASIR per la ricostruzione iterativa di immagini TC. G. Rinaldin, Milano Ricostruzioni Iteratice in MDCT: caratterizzazione fisica di due diversi sistemi. L. Berta, Brescia/Milano Misura del Computed Tomography Dose Index su scansioni cliniche. D. Trevisan, Trento

4 TORINO Novembre 2013 RADIOLOGIA POSTER Ottimizzazione della dose nelle CT pediatriche. C. Ghetti, Parma Valutazione delle caratteristiche radiografiche di impianti polimerici con ricoprimenti osteointegrabili tramite fantoccio tessuto-equivalente. G. Miori, Trento Un semplice fantoccio per investigare la rilevabilità dei noduli polmonari in TC a bassissima dose. A. Bellini, Genova Analisi delle prestazioni di un sensore a Pixel Attivi (APS) come elemento sensibile di un Dosimetro attivo in tempo reale per radiologia interventistica. A. Pentiricci, Città di Castello (PG) Una rete regionale per l ictus. M. Pacilio, Roma Simulazione virtuale di apparecchiature radiologiche digitali con metodi analitici e tecnologia CUDA. E. Gallio, Torino Proposta di livelli di riferimento nazionali per le procedure di cardiologia interventistica. R. Padovani, Udine Ricostruzione della macchia focale attraverso l analisi della penombra circolare. G. Di Domenico, Ferrara Sviluppo di uno strumento software per l analisi delle immagini TC del fantoccio Catphan. M. Serafini, Modena Prove di accettazione per mini arco a C con detettore digitale dedicato ad interventi ambulatoriali in ambito ortopedico. S. Farnedi, Ravenna Qualità delle immagini e dosimetria in un sistema per tomosintesi della mammella. R. Soavi, Bologna Caratterizzazione di lesioni epatiche acquisite con tecnica dual-energy CT: può la ricostruzione iterativa migliorarne la riconoscibilità? L. Berta, Brescia/Milano Imaging pesato in diffusione del carcinoma prostatico: analisi quantitativa del coefficiente di diffusione apparente e della curtosi. M. Esposito, Firenze Omogeneità di risposta dei rivelatori in radiologia digitale: analisi retrospettiva su quattro diversi apparecchi. A. Valentini, Trento Confronto tra diversi strumenti di analisi per controlli di qualità in tomografia computerizzata. G. Lucconi, Bologna Studio dosimetrico su esami di mammografia digitale combinati con esami di tomosintesi: una prima valutazione del beneficio e del danno correlato. F. Bonfantini, Milano Osservabili dosimetriche utilizzabili in dispositivi basati su sensori a pixel attivi per applicazioni in Radiologia Interventistica. L. Bissi, Perugia Procedure di accettazione di un tomografo RM aperto a basso campo G-Scan. A. Poggiu, Sassari

5 TORINO Novembre 2013 RADIOLOGIA POSTER Confronto tra metaboliti encefalici in pazienti SLA con differente esordio e soggetti sani utilizzando la MRS. S. Sirgiovanni, Torino Stima della dose e qualità dell immagine in esami di tomosintesi del torace per lo screening del tumore polmonare. E. Roberto, Cuneo TC iterativa: studio in fantoccio della soglia di contrasto della qualità dell immagine. S. Pini, Firenze Stime individuali di dose ghiandolare media e densità mammaria, due metodi a confronto. F. Cavagnetto, Genova Considerazioni sull applicazione pratica del metodo Size-Specific Dose Estimation (SSDE) proposto in AAPM Report 204. C. Fulcheri, Firenze Software per il monitoraggio di parametri di qualità non dosimetrici in radiologia: valutazione e validazione iniziale. F. Ria, Milano Performance di differenti mammografi digitali: conversione diretta e indiretta a confronto. R. Rosasco, Genova Valutazione delle prestazioni di diversi mammografi da impiegare in un programma di screening mammografico. O. Ferrando, La Spezia Confronto quantitativo tra diversi fantocci CDMAM. V. Ravaglia, Lucca Ottimizzazione dell imaging mammografico con tecnologie DR e CR: confronto di parametri fisici e curve contrasto dettaglio. R. Bona, Sassari MRS: normativa encefalica in pazienti pediatrici. S. Sirgiovanni, Torino Gestione via web dei controlli di qualità sui monitor di refertazione primaria del Dipartimento di Diagnostica per Immagini dell AUSL Valle d Aosta. S. Aimonetto, Aosta Controlli di qualità in radiografia digitale diretta: One Shot. A. Turra, Ferrara Studio e caratterizzazione fisica di un sistema per radiografia digitale ai fosfori fotostimolabili: l esperienza del Policlinico di Messina. I. Ielo, Messina Misure di concentrazione di colina e citrato tramite spettroscopia RM (MRS) in fantoccio. M. Parisotto, Milano Dosimetria del paziente normotipo per i principali esami di radiologia convenzionale effettuati nelle strutture di radiodiagnostica dell Azienda USL di Modena. G. Venturi, Modena Valutazione della dose agli organi negli esami di tomosintesi toracica: risultati preliminari. M. Biondi, Siena/Firenze Studio di fattibilità relativo all installazione di un sistema multicentrico per il monitoraggio e il report della dose agli organi in tomografia computerizzata. M. Maddalo, Milano

6 TORINO Novembre 2013 RADIOLOGIA POSTER Un sistema per la verifica dei livelli dose erogata in radiologia interventistica guidata da fluoroscopia. M. Parisotto, Milano Livelli espositivi possibili nella ripetizione di CT diagnostiche. L. Riccardi, Padova Studio dosimetrico preliminare nella diagnostica per immagini con il DoseWatch TM presso l A.O.E. Cannizzaro di Catania. M. G. Sabini, Catania Sistema di gestione della dose direttamente integrato nel RIS. A. Nitrosi, Reggio Emilia Utilizzo di un software per la valutazione dosimetrica in radiologia digitale: confronto con gli LDR, calcolo della dose efficace e gestione delle irradiazioni anomale. F. Ria, Milano Un progetto per l archiviazione di informazioni dosimetriche associate ad esami CT in un PACS regionale. M. Pacilio, Roma DOSE WATCH - Un progetto AIFM-GE. P. Bregant, Trieste

7 Mammografia: nuove tecniche e ricadute dosimetriche Gisella Gennaro Istituto Oncologico Veneto (IOV), IRCCS, Padova La mammografia è la tecnica di imaging ancora oggi ritenuta più efficace per la diagnosi precoce del tumore della mammella, ed è l unica ad aver dimostrato la sua efficacia in ambito di screening in termini di riduzione della mortalità. Nell ultimo decennio, l imaging mammografico ha visto la progressiva introduzione di tecnologie digitali, e la mammografia digitale sta via via sostituendo la mammografia su pellicola. L equivalenza 1 della mammografia digitale rispetto a quella su pellicola è stata dimostrata da vari trial clinici, dai quali è anche emerso che la mammografia digitale mostra dei vantaggi diagnostici per le mammelle dense, cioè per le mammelle in cui la componente fibroghiandolare sia rilevante. Tuttavia, il passaggio dalla mammografia su film alla mammografia digitale non ha permesso di superare il limite principale della mammografia, che è comune a tutto l imaging proiettivo; infatti, quando il fascio di raggi-x attraversa la mammella per produrre un immagine mammografica, le strutture anatomiche della mammella si sovrappongono lungo il percorso dei fotoni-x e vengono proiettate su un piano, producendo una mappa di assorbimento. L effetto della sovrapposizione dei tessuti che compongono la mammella, talvolta riferito come rumore anatomico o rumore strutturale è quello nascondere eventuali lesioni maligne, limitando la sensibilità della mammografia, nonché quello di creare dei falsi segnali, riducendo anche la specificità della mammografia. L effetto negativo della sovrapposizione dei tessuti sulle performance diagnostiche della mammografia è tanto maggiore quanto più la mammella è densa e il contrasto tra lesioni patologiche e strutture sane basso. Le nuove tecniche di imaging, quali la tomosintesi e la spectral mammography, con o senza mezzo di contrasto, sono state sviluppate con l obiettivo di superare il limite intrenseco della mammografia, generato dal rumore anatomico. La tomosintesi è una tecnica quasi-3d che per definizione dovrebbe eliminare, o almeno ridurre drasticamente, l effetto della sovrapposizione precedentemente descritto, mentre la spectral mammography è una tecnica sottrattiva che punta ad aumentare il contrasto delle lesioni riducendo il contrasto del background circostante. Tomosintesi La tomosintesi della mammella viene descritta come l applicazione digitale di tecniche radiografiche ideate nei primi decenni del 1900 e chiamate con nomi diversi quali laminografia, planigrafia, stratigrafia, oppure come una tomografia computerizzata (CT) a piccolo angolo. In tomosintesi, la mammella viene posizionata e compressa, esattamente come per una mammografia, ma il gantry è svincolato dalla posizione ortogonale al rivelatore, e viene fatto ruotare entro un angolo che va dagli 11 ai 50 a seconda del costruttore, all interno del quale vengono acquisite proiezioni multiple a bassa dose e con diversa angolazione tubo-rivelatore. Anche il numero di proiezioni varia a seconda della ditta costruttrice, da un minimo di 9 ad un massimo di 25. L angolazione diversa tra le esposizioni ha lo scopo di disaccoppiare eventuali strutture sovrapposte nella proiezione ortogonale. Le esposizioni a bassa dose alimentano un algoritmo di ricostruzione del volume della mammella nella direzione perpendicolare al rivelatore d immagine e la successiva estrazione di piani tomografici paralleli al rivelatore (detti comunemente slices, prendendo il termine a prestito dalla CT), nei quali eventuali strutture patologiche appaiono risultano chiaramente visibili, avendo ripulito il background circostante rispetto ad una mammografia. Gli algoritmi di ricostruzione applicati variano a seconda del costruttore, vanno dalla classica filtered backprojection ai più recenti algoritmi iterativi (algebrici o statistici), e l intervallo di campionamento tra piani tomografici adiacenti è tipicamente di mm. Le immagini ricostruite di tomosintesi possono essere valutate dal radiologo tramite scrolling manuale lungo l asse z o in modalità cine-loop, per individuare il piano o i 1 Nel linguaggio statistico l equivalenza tra due tecniche di imaging viene più frequentemente detta non-inferiorità, ovvero per poter sostituire una tecnica consolidata con una nuova, è necessario dimostrare che quest ultima è non-inferiore a quella normalmente impiegata.

8 piani in cui l eventuale lesione è a fuoco. L interpretazione della tomosintesi da parte dei radiologi è risultata non-traumatica, in quanto le immagini risultano molto simili a quelle mammografiche sia dal punto di vista geometrico che dell aspetto generale, ma più pulite. La semeiotica delle lesioni, ovvero le caratteristiche che sbilanciano la decisione del medico a favore della benignità o della malignità, è pressoché invariata rispetto a quella mammografica. Nonostante la fattibilità della tomosintesi sia stata provata già alla fine degli anni 90, i primi articoli che portano i risultati di studi clinici retrospettivi realizzati generalmente con apparecchiature per tomosintesi prototipali e casistica clinica fortemente arricchita di cancri, hanno cominciato ad essere pubblicati a partire dal Solo recentemente sono stati pubblicati i primi risultati di due studi clinici prospettici condotti su popolazione di screening. Anche se è difficile sintetizzare i risultati di studi clinici che differiscono per disegno, popolazione, numero di radiologi coinvolti, modalità di valutazione delle immagini, possiamo dire che ci sono due possibili ambiti di applicazione della tomosintesi, l attività di screening (dove l imaging serve per isolare dalla maggioranza dei casi negativi un piccolo sottoinsieme che necessità di approfondimento ed eventuale trattamento) e quella detta diagnostica (dove modalità di imaging diverse vengono utilizzate con una certa sequenza per fornire un informazione integrale che contribuisca a rinforzare il più possibile l ipotesi diagnostica), e che esistono due filoni principali di ricerca, uno che tenta di capire se la tomosintesi potrà un giorno sostituire completamente la mammografia, l altro che cerca di valutare i benefici dell aggiunta della tomosintesi alla mammografia. Al momento questa seconda linea ha ricevuto la spinta maggiore, ed entrambi i trial prospettici su popolazione di screening hanno trovato che aggiungendo sistematicamente alla mammografia anche la tomosintesi si hanno sia un aumento del numero di cancri trovati (detection rate) che una riduzione del tasso di richiami (recall rate). Spectral mammography Il nome della tecnica è legato alle scelte fatte da alcuni costruttori, ma più in generale le tecniche spettrali appartengono all insieme delle tecniche di imaging sottrattive. E possibile, pur mantenendo la geometria di acquisizione della mammografia proiettiva, sottrarre due immagini ottenute in condizioni diverse per ottenere un immagine ibrida, ripulita del rumore anatomico, nella quale una eventuale lesione risulti più facilmente visibile. Naturalmente il basso contrasto intrinseco dei tessuti che compongono la mammella e la prospettiva di applicazione alla caratterizzazione di lesioni la cui presenza è nota, ha spinto verso l uso di un mezzo di contrasto per ottenere un ulteriore beneficio dalla tecnica sottrattiva. Pensando di usare un mezzo di contrasto, la tecnica concettualmente più semplice è la sottrazione temporale: (1) scout view senza mezzo di contrasto; (2) iniezione del mezzo di contrasto; (3) sequenza di proiezioni successive distribuite nel tempo; (4) sottrazione della scout view dalle immagini successive. La fattibilità della mammografia con mezzo di contrasto e sottrazione temporale è stata dimostrata su casistica selezionata e lesioni di grandi dimensioni, ma la sua applicabilità su larga scale è ostacolata da problemi di ordine geometrico. La sottrazione temporale potrebbe infatti essere una soluzione interessante se la geometria della mammella compressa prima e dopo l iniezione del mezzo di contrasto potesse rimanere esattamente la stessa; purtroppo, l acquisizione della serie temporale dopo l iniezione del mezzo di contrasto richiede necessariamente il riposizionamento della mammella, nonché la riduzione della forza di compressione rispetto a quella normalmente applicata per una mammografia, per permettere al mezzo di contrasto di raggiungere la lesione. Le inevitabili variazioni nel riposizionamento possono compromettere il risultato della sottrazione nel caso di lesioni relativamente piccole. A causa di queste limitazioni pratiche, i costruttori che hanno sviluppato questo tipo di applicazione della mammografia digitale, hanno scelto la sottrazione spettrale, detta a volte anche dual-energy. In questo caso la sottrazione non avviene rispetto alla variabile tempo ma rispetto allo spettro dei fotoni-x. Le tecniche di dualenergy sono usate anche per altre modalità di imaging, in CT, in radiologia, in densitometria ossea. La mammografia spettrale consiste nell acquisizione quasi-simultanea di due immagini una ottenuta con uno spettro a bassa energia, l altra con uno spettro ad alta energia, opportunamente filtrato per shiftare l energia media del fascio oltre il picco di assorbimento del mezzo di contrasto (typ. iodio, con picco di assorbimento a 33 kev). Entrambe le immagini vengono acquisite dopo l iniezione del mezzo di contrasto, in rapida sequenza, e mantendo

9 le condizioni geometriche invariate. Dal punto di vista dell operatore (tecnico di radiologia), non c è alcuna differenza percepibile tra acquisire una normale mammografia o una mammografia spettrale. Il radiologo valuta normalmente l immagine a bassa energia, del tutto simile ad una mammografia standard, e l immagine ibrida ottenuta dalla sottrazione, per interpretare la natura della lesione. Gli studi clinici finora pubblicati hanno mostrato dei vantaggi eclatanti della mammografia spettrale rispetto alla mammografia standard, e che l aggiunta dell informazione spettrale a quella mammografica è significativamente migliore dell informazione dell ecografia in aggiunta alla mammografia. Un altro studio recente di confronto tra mammografia spettrale e risonanza magnetica della mammella ha ribadito la fattibilità e semplicità di esecuzione dell esame, ed ha trovato che, rispetto alla risonanza, la mammografia spettrale ha sensibilità inferiore nel trovare cancri multifocali, ma maggiore specificità. La mammografia spettrale sembra quindi una tecnica semplice e promettente, in grado di poter competere in futuro, entro limiti ancora da stabilire, con la risonanza magnetica della mammella, che negli ultimi anni ha ricevuto un interesse considerevole, e per la quale le indicazioni cliniche sono state già stabilite (valutazione preoperatoria, terapia neoadiuvante, rottura protesi, pazienti ad alto rischio genetico, ecc.), ma i cui costi rimangono elevati e la disponibilità di apparecchiature limitata. Tecniche di dual-energy con un unica acquisizione possono essere impiegate con un rivelatore a conteggio di fotoni. Se la fluenza del fascio lo permette, è possibile settare due soglie energetiche, una per l immagine a bassa energia e una per quella ad alta energia. Si pensa di usare questa tecnica per riconoscere le cisti (che in genere contengono liquido) nelle mammelle dense, senza dover ricorrere all ecografia; tuttavia, non ci sono ancora risultati clinici statisticamente rilevanti. Aspetti dosimetrici Le stime dosimetriche associate all uso delle tecniche avanzate precedentemente, che costituiscono un evoluzione della mammografia digitale, dipendono in modo sostanziale dalle modalità di impiego clinico. Dal punto di vista metodologico, il parametro di stima della dose assorbita dalla mammella è la dose ghiandolare media (indicata con gli acronimi AGD o MGD), che si ottiene dalla moltiplicazione del kerma in aria in ingresso alla mammella per un certo numero di fattori che tengono conto dei fasci-x utilizzati, della geometria e delle caratteristiche della mammella stessa (spessore e composizione). I fattori moltiplicativi vengono calcolati con tecniche Monte Carlo e su pubblicazioni diverse si possono trovare alcune differenze, a seconda del modello utilizzato. Per quanto riguarda la tomosintesi, il confronto con la mammografia viene fatto per proiezione, ovvero, a parità di posizionamento della mammella (cranio-caudale, medio-laterale obliqua, ecc), si valuta la dose della sequenza di proiezioni di tomosintesi verso la dose della proiezione mammografica. Mentre gli studi iniziali con prototipi erano stati disegnati tenendo il margine di dose il più ampio possibile (in genere la dose per un acquisizione di tomosintesi era dello stesso ordine della dose di una mammografia standard in due proiezioni), le apparecchiature commerciali sono state sviluppate cercando di mantenere per quanto possibile il rapporto 1:1 della dose per tomosintesi rispetto a quella mammografica. Tuttavia, come precedentemente detto, se usare la tomosintesi al posto della mammografia o in aggiunta alla mammografia è ancora oggetto di discussione; se raddoppiare l intero esame o combinare parti dell uno o dell altro è pure un interrogativo aperto. E evidente che queste decisioni sono dominanti rispetto a qualunque considerazione tecnica associata a possibili fattori correttivi legati alla geometria di acquisizione della singola proiezione di tomosintesi. Per fare un esempio, se si decidesse che i benefici trovati nello screening aggiungendo alla mammografia la tomosintesi, significherebbe sul piano dosimetrico più che raddoppiare la dose alla popolazione. L accettabilità di una tale decisione dovrebbe essere valutata con studi costo-beneficio ed analisi dei rischi opportunamente disegnati. Possiamo dire che l atteggiamento conservativo finora tenuto nei confronti di queste nuove tecniche, va comunque nella direzione di un aumento della dose; si fanno più esami e quindi, anche con l ipotesi più ottimistica che sia la tomosintesi che la spectral mammography lavorino alla stessa dose per proiezione, la dose complessiva è inevitabilmente destinata ad aumentare.

10 E importante sottolineare come, sia in mammografia che con le nuove tecniche da essa derivate, l incertezza principale nella stima della AGD riguarda le caratteristiche di assorbimento della mammella. Mentre lo spessore della mammella compressa può essere misurato, anche se con un certo livello di approssimazione, la composizione della mammella può soltanto essere ipotizzata. La composizione o densità della mammella viene espressa come percentuale di componente ghiandolare, complementare alla componente adiposa, che insieme costituiscono il modello di assorbimento della mammella. Fino a tempi abbastanza recenti, era universalmente accettato che la composizione 50% ghiandolare 50% adiposa fosse quella più probabile e comune, ovvero che lo standard corrispondesse alla mammella 50/50. Tale convinzione era basata sulla distribuzione percepita delle zone bianche e nere ottenuta dalla valutazione visiva delle immagini mammografiche. Più recentemente, la mammografia digitale ha permesso di determinare con strumenti software, e in modo più accurato la composizione della mammella, mostrando come la composizione standard sia ben al di sotto del 50% di tessuto ghiandolare previsto dai modelli, con valori medi che vanno dal 15% al 20%. La misura quantitativa della densità della mammella è in questo momento uno degli argomenti di punta della mammografia digitale, dal momento che alcuni studi epidemiologici hanno dimostrato una correlazione tra la densità della mammella e il rischio di cancro. Senza dubbio la misura quantitativa della densità della mammella può migliorare le stime dosimetriche della mammografia digitale e delle tecniche avanzate ad essa associate. References: [1] J M Park et al., Breast tomosynthesis: present considerations and future applications, Radiographics (2007) 27, S231. [2] P Skaane et al., Comparison of digital mammography plus tomosynthesis in a population-based screening program, Radiology (2013) 1, 47. [3] S Ciatto et al., Integration of 3D mammography with tomosynthesis for population breast-cancer screening (STORM): a prospective comparison study, Lancet Oncol (2013) 14, 583. [4] C Dromain et al., Contrast-enhanced digital mammography, Eur J Radiol (2009) 69, 34. [5] C Dromain et al., Dual energy contrast-enhanced digital mammography: initial clinical results of a multireader, multicase study, Breast Cancer Research (2012) 14, R94. [6] M S Jochelson et al., Bilateral contrast-enhanced dual-energy digital mammography: feasibility and comparison with conventional digital mammography and MR imaging in women with known breast carcinoma, Radiology (2013) 266, 743. [7] I Sechopoulos et al., Computation of the glandular radiation dose in digital tomosynthesis of the breast, Med Phys (2007) 34, 221. [8] D R Dance et al., Estimation of mean glandular dose for breast tomosynthesis: factors for use in the UK, European and IAEA breast dosimetry protocol, Phys Med Biol (2011) 56, 453. [9] X Li et al., A parametrization method and application in breast tomosynthesis dosimetry, Med Phys (2013) 40:(9): doi: / [10] M J Yaffe et al., The myth of the breast, Med Phys (2009) 36, [11] O Alonzo-Proulx et al., Volumetric breast density characteristics as determined from digital mammograms, Phys Med Biol (2012) 57, [12] Boyd et al., Breast tissue composition and susceptibility to breast cancer, J Natl Cancer Inst (2010) 102, [13] V L Seewaldt, Destiny from density, Nature (2012) 490, 490.

11 Valutazione e ottimizzazione della dose al Paziente nelle procedure TC: stato dell'arte O. Rampado 1 (1) A.O. Città della Salute e della Scienza di Torino, Corso Bramante 88, Torino Introduzione E noto che la tomografia computerizzata è stato oggetto negli ultimi anni di un evoluzione tecnologica che ha rivoluzionato le sue potenzialità diagnostiche e il suo effettivo utilizzo. Parallelamente al notevole incremento del numero di esami effettuati ed alla possibilità di acquisire studi dinamici non realizzabili in precedenza è cresciuta l attenzione alle problematiche di radioprotezione del paziente, in particolare alla valutazione della dose come requisito fondamentale nell implementazione dei principi di giustificazione e di ottimizzazione. Dal punto di vista dosimetrico si è assistito ad una progressiva difficoltà nell adattare l indice dosimetrico di riferimento (CTDI, computed tomography dose index) alle nuove caratteristiche tecnologiche di acquisizione. Il CTDI è stato infatti ideato per i primi tomografi assiali, ma l evoluzione delle acquisizioni spirali e multibanco ha evidenziato alcune sue importanti limitazioni e inadeguatezze. Negli ultimi anni sono stati quindi proposti approcci alternativi per la dosimetria TC, che verranno di seguito citati. Relativamente all ottimizzazione, si è assistito da un lato ad una crescente consapevolezza degli operatori nella scelta dei parametri di acquisizione e dall altro alla realizzazione da parte delle case produttrici di numerosi strumenti dedicati alla riduzione della dose. Dopo aver infatti realizzato tomografi sempre più performanti in termini di rapidità di acquisizione (incremento del numero di strati, riduzione dei tempi di rotazione, utilizzo di più tubi o macchie focali) la ricerca si è concentrata sulla possibilità di ottenere immagini di qualità adeguata a basse dosi per il paziente. E sufficiente dare un occhiata alle pagine commerciali dei produttori per osservare che la dose è attualmente uno dei più importanti elementi di concorrenza. Anche gli attuali tubi radiogeni, i sistemi di collimazione e di rivelazione sono stati progettati e realizzati con l intento di migliorare il rapporto tra qualità di immagine e dose. L obiettivo dell ottimizzazione da parte degli operatori che utilizzano tomografi di ultima generazione si sposta quindi sulla capacità di utilizzare al meglio gli strumenti di riduzione della dose proposti, in particolare i sistemi di modulazione della corrente anodica e gli algoritmi iterativi. Evoluzione degli indici di dose di tomografia computerizzata L indice di dose CTDI è stato introdotto più di trent anni fa per fornire un indicazione della dose assorbita dai tessuti del paziente sottoposti a scansione, attraverso una valutazione semplice in condizioni standard e ripetibili. Si basa su di una misura effettuata con una singola scansione in assiale con lettino fermo, con un dosimetro in grado di integrare su di una lunghezza di 10 cm (CTDI 100 ) in modo da considerare sia i contributi del fascio primario che quelli della radiazione diffusa. La valutazione può essere fatta in aria (CTDI air ) o in fantoccio (CTDI w ). Per adattarlo alla scansione spirale è stato ideato il CTDI vol, che considera il parametro pitch (rapporto tra l avanzamento del lettino per rotazione e spessore dello strato irradiato) per arrivare ad una stima più verosimile della dose media assorbita dai tessuti scansionati. Il CTDI vol viene comunque calcolato a partire dal CTDI w. Per i tomografi attuali il CTDI soffre per le seguenti criticità: 1) le collimazioni per i tomografi multibanco attuali forniscono spessori di strati irradiati di diversi cm, per cui la lunghezza di integrazione di 10 cm implica una consistente sottostima del contributo di radiazione diffusa; 2) molti protocolli di acquisizione sono esclusivamente spirali e non offrono la possibilità di effettuare la misura in condizioni analoghe con scansione assiale; 3) per la modalità di acquisizione cone beam in cui si ha l intero volume acquisito in singola rotazione, è possibile che le dimensioni del volume irradiato siano addirittura superiori ai 10 cm pensati per la valutazione del CTDI e in ogni caso il contributo della radiazione diffusa deve essere considerato per queste modalità in modo diverso rispetto alla situazione della scansione assiale.

12 Queste importanti limitazioni dell indice dosimetrico hanno portato i vari organismi a pensare ad un approccio alternativo per la valutazione di un indice dosimetrico per la TC. In particolare il task group 111 dell AAPM ha pubblicato nel 2010 un report che presenta una metodologia universale di valutazione di dose in TC [1]. Vengono introdotte nuove grandezze, quali la dose cumulativa e la dose all equilibrio. Per la modalità spirale si considera l utilizzo di un dosimetro puntuale all interno di un fantoccio ed una misura effettuata nelle reali condizioni di acquisizione, per cui con il progressivo spostamento del lettino si avranno nel punto di misura prima i contributi di radiazione diffusa dalla parte di fantoccio a monte del dosimetro, poi l irradiazione al fascio primario e poi ancora i contributi successivi di radiazione diffusa. La grandezza così misurata è detta dose cumulativa. Il suo valore dipende oltre che dall intensità del fascio e dalla sua collimazione, anche dalla lunghezza del volume esaminato e del fantoccio considerato. Si dimostra che all aumentare dell estensione della scansione si raggiunge un valore di equilibrio, tale che i contributi di radiazione diffusa delle regioni ai margini del volume diventano sostanzialmente ininfluenti. Il valore di dose cumulativa così misurato viene detto dose all equilibrio e rappresenta una stima della dose assorbita al centro del volume esaminato. Nel caso di acquisizione cone beam, il valore di dose puntuale misurato al centro del volume per la singola rotazione è considerato un buon indicatore dosimetrico. In pratica in questo caso dose cumulativa e dose all equilibrio coincidono, non avendo la variabilità di estensione del volume esaminato che si ha per la scansione spirale. Per valutare invece un indice di dose estensivo che tenga conto dell estensione del volume esaminato, al posto del DLP viene proposta l energia impartita, come prodotto del volume considerato per la dose media planare nel punto di equilibrio, espresso in joule (Gy cm 3 ). L approccio AAPM ha sicuramente il vantaggio di definire condizioni di misura corrispondenti alle reali modalità di acquisizione e valori di dose rappresentativi, d altra parte presenta alcune criticità operative per l adozione di fantocci di dimensioni elevate. Nella pratica è verosimile la possibilità di adottare dei fattori correttivi standard che permettano di calcolare la dose all equilibrio sulla base delle misure effettuate con un singolo fantoccio tradizionale, e studi recenti confermano la consistenza di questo approccio [2]. Anche l IEC [3] ha considerato il problema e nella sua ultima norma relativa alla tomografia computerizzata ha posto un valore soglia sull estensione dello strato irradiato oltre il quale occorre ridefinire il CTDI. In pratica fino a 4 cm si dispone di utilizzare il CTDI tradizionale, mentre oltre i 4 cm si considera una conversione di un valore di CTDI misurato in condizioni di riferimento con spessori inferiori. Tipicamente considerando come spessore di riferimento 2 cm, le misure per spessori superiori saranno convertite considerando il rapporto dei CTDI in aria per i due spessori. In caso di dimensioni superiori ai 10 cm, le misure in aria possono essere effettuate integrando i dati ottenuti dalla camera con spostamenti successivi di 10 cm in modo da coprire tutta l estensione del fascio. Lo stesso approccio è stato adottato dall IAEA [4]. In sintesi allo stato attuale convivono diverse soluzioni al problema delle inadeguatezze del CTDI tradizionale. E verosimile che in termini di controlli di qualità e forse per la valutazione degli LDR ci si riferisca anche in futuro all approccio definito dall IEC, adottato anche dai costruttori per l indicazione da fornire contestualmente alla scansione e in generale più semplice in quanto più vicino alla metodica tradizionale. E altrettanto vero che per considerazioni sull ottimizzazione e sulla stima del rischio le valutazioni effettuate con il metodo AAPM potranno fornire dati più accurati e più rappresentativi delle reali condizioni di irradiazione del paziente. Verso valutazioni di dose più personali Gli indici dosimetrici precedentemente descritti si riferiscono sempre a fantocci standard e sono quindi solo in parte rappresentativi della dose effettivamente assorbita dal paziente. In particolare, nelle situazioni in cui le dimensioni differiscono considerevolmente dallo standard adottato, come nel caso dei pazienti pediatrici o di quelli obesi, le dosi assorbite possono differire da quelle degli indici anche di un fattore 2 o 3. Per questo motivo l AAPM ha sviluppato un metodo di calcolo per permettere una stima della dose assorbita più vicina alla realtà anche per i pazienti citati [5], con la definizione di una grandezza dosimetrica opportuna detta Size Specific Dose Estimate (SSDE). Secondo quanto riportato la stima della reale dose assorbita può essere realizzata a partire dall indicazione di CTDI a disposizione ed almeno uno degli spessori del distretto anatomico esaminato (antero posteriore e/o

13 laterale). Il documento non si propone tuttavia di fornire indicazioni relativamente alla dose agli organi o dose efficace, grandezza che non è da intendere come valutazione relativa al singolo e per la quale esistono software di calcolo e valori tabulati con recenti simulazioni Monte Carlo. A seguito degli incidenti di sovraesposizione verificatisi negli Stati Uniti, l FDA ha inoltre sottolineato l importanza di considerare il picco di dose alla cute (PSD, peak skin dose) anche per alcuni esami tomografici dinamici, come già invece avviene per le procedure interventistiche. Nelle acquisizioni di TC perfusionale o in fluoroscopia TC i valori raggiunti di dose alla cute possono infatti raggiungere le soglie per l insorgenza di effetti deterministici, e il valore di indice dosimetrico CTDI è in genere significativamente diverso dal valore attendibile di PSD. In queste situazioni può quindi essere utile una dosimetria in vivo o una valutazione su fantoccio in condizioni che simulino la procedura clinica operativa. Ottimizzazione in TC Fino ad una decina di anni fa, l ottimizzazione dei protocolli di acquisizione in TC ruotava principalmente intorno alla ponderazione dei diversi parametri di acquisizione, con considerazioni relative alla loro influenza prevalentemente sulla dose, sulla qualità di immagine, sul tempo di acquisizione come sintetizzato nella tabella seguente: Parametro Grandezza influenzate Considerazioni importanti kv Contrasto, rumore, dose Possibilità riduzione dose e mdc per kv <120 e pazienti magri o pediatrici (ottimizzando ma e bolus tracking), attenzione alla calibrazione dello scanner ma Dose, rumore Limiti imposti dal generatore Artefatti movimento, tempistica di Tempo rotazione Tempo totale di scansione, risoluzione, mdc, valori massimi ma compatibili rumore, dose con carico anodico Spessore strato Dose, rumore, effetto volume parziale Obiettivi di rumore diversi per Collimazione Pitch Tempo totale di scansione, minimo spessore ricostruibile, dose (overbeaming) Tempo totale di scansione, dose, rumore spessori diversi! Esigenza effettiva di spessori sottili, possibili artefatti cone beam, efficienza geometrica Pitch>1 possono determinare incremento spessore effettivo e incremento valori ma verso max Kernel Rumore (spettro), risoluzione spaziale Scelta non sempre ovvia, possibilità di valutazione in post processing Tabella 1: Parametri di definizione dei protocolli TC e considerazioni sulle conseguenze associate alle possibili scelte. In particolare si osserva che molti studi hanno verificato la possibilità di ridurre la dose al paziente o la quantità di mezzo di contrasto con valori di kv minori di 120, con selezione basata sull indice di massa corporea o sullo spessore laterale. Allo stato attuale si può invece considerare che una notevole riduzione della dose può essere ottenuta con due sistemi implementati sui tomografi più recenti, costituiti dalla modulazione della corrente anodica e dall utilizzo di algoritmi di ricostruzione iterativi.

14 I sistemi di modulazione della corrente sono costituiti da dispositivi basati in parte su algoritmi di calcolo e in parte su sistemi retroazionati finalizzati a regolare la corrente dei tubi radiogeni nel corso delle scansioni, al fine di ottenere una qualità di immagine costante indipendentemente dalle dimensioni del paziente e dalla conformazione anatomica del distretto esaminato, riducendo la dose assorbita al minimo indispensabile. Le variazioni di corrente possono essere basate sulla differenza di attenuazione del fascio esistente lungo l asse cranio caudale, nel piano trasversale o in entrambe le direzioni. Le case costruttrici hanno proposto soluzioni diverse al problema, a partire dalla grandezza utilizzata per definire la qualità di immagine desiderata, per la quale si possono distinguere due approcci diversi: in un caso si ha l indicazione di un livello di rumore auspicato per le immagini da acquisire e nell altro si ha l impostazione di un valore di prodotto dose tempo (mas) effettivo che è quello che si indicherebbe per un paziente di dimensioni standard. La presenza della modulazione automatica altera tutte le relazioni note tra la dose ed altri parametri di esposizione che si avrebbero con corrente anodica costante, per cui è importante considerare il comportamento del sistema quando vengano modificati altri parametri di scansione quali ad esempio i kv, il pitch factor o la combinazione dei detettori del rivelatore multibanco. Queste informazioni sono essenziali per l adozione di strategie di ottimizzazione che tengano conto di tutte le possibili variabili. Per le acquisizioni cardiache esistono sistemi di modulazione dedicati che variano la corrente in funzione del ciclo cardiaco con dispositivi di gating. Importante sottolineare che un utilizzo improprio della modulazione può portare anche ad un aumento della dose al paziente, come si è osservato per esempio nell incidente avvenuto in una clinica americana con sovraesposizioni nel corso di esami cerebrali perfusionali, con conseguente alopecia dei pazienti esaminati. L ultimo fronte della riduzione della dose è costituito dall adozione degli algoritmi iterativi, che consentono di ridurre il rumore nelle immagini ottenute o in alternativa di ridurre la dose a parità di rumore rispetto alla tecnica di ricostruzione classica con retroproiezione. Tutte le case mettono oggi a disposizione questi algoritmi, con diversi livelli di prestazioni in termini di qualità di immagine e tempi di elaborazione. Un aspetto critico dell impiego degli algoritmi iterativi è costituito dall alterazione del pattern di rumore ottenuto nelle immagini che utilizzano questi metodi. Le valutazioni quantitative effettuate evidenziano una diversa distribuzione del Noise Power Spectrum con uno spostamento verso le frequenze più basse. Sull immagine clinica questo si traduce in una lieve alterazione dei bordi delle strutture a basso contrasto, come per es. le lesioni epatiche, che conferiscono all immagine una connotazione definita in termini colloquiali con gli operatori radiologi con vari aggettivi come per es. plasticosa o pixellata. Per superare questo elemento di criticità i vari costruttori offrono la possibilità di mediare i due metodi di ricostruzione, realizzando immagini il cui valore dei singoli voxel è ottenuto attraverso una combinazione lineare dei valori ottenuti con retroproiezione e con algoritmo iterativo. Il peso relativo attribuito ai due metodi varierà da un centro all altro in base anche alle preferenze dei singoli radiologi. Dal punto di vista operativo il protocollo di acquisizione dovrà contenere quindi un informazione aggiuntiva relativa proprio all influenza della componente ottenuta con algoritmo iterativo. Anche se questo fattore può essere variato in fase di post ricostruzione, la sua definizione a priori è importante per definire correttamente il livello di rumore desiderato e di conseguenza la dose al paziente risultante. Un possibile approccio per una corretta implementazione può essere definito attraverso i seguenti passi: 1) è utile una caratterizzazione con misure in fantoccio (geometrico o antropomorfo) per verificare l andamento del rumore in funzione dei parametri selezionabili, con l analisi degli spettri di rumore; 2) sperimentare per date patologie livelli crescenti di peso dell immagine con algoritmo iterativo e selezionare quello soddisfacente (effettuabile con post ricostruzioni);

15 3) ridurre gradualmente la dose tendendo ai livelli di rumore precedentemente utilizzati con retroproiezione filtrata. Tra i possibili metodi di riduzione della dose è da citare anche l impiego di schermature in particolare quelle costituite da protezioni al bismuto posizionabili su organi critici (seno, tiroide, cristallino) anche all interno del volume scansionato. Gli studi effettuati hanno dimostrato la possibilità di risparmi di dose dell ordine del 50% per tiroide e cristallino e del 30-40% per il seno. A fronte di alcuni vantaggi associati all adozione di questi dispositivi (utilizzo diretto da parte degli operatori, percezione di protezione da parte del paziente, risparmio di dose per gli organi critici con un discreto mantenimento della qualità per le altre strutture) sono da evidenziare anche alcune criticità, quali ad es. l influenza relativa di alcuni artefatti e l incremento del rumore, le precauzioni igieniche da adottare e le attenzioni da porre in presenza di modulazione della corrente anodica. Sulla base di queste considerazioni l AAPM sconsiglia l utilizzo di queste schermature e suggerisce metodi alternativi di riduzione della dose. In generale nelle singole realtà e per protocolli ben definiti si può valutare il loro utilizzo e beneficio, ponendo molta attenzione alle interferenze con gli altri sistemi di ottimizzazione citati e solo a seguito di una corretta formazione degli operatori. In conclusione, il trend osservabile ci colloca nel mezzo di una rivoluzione del rischio radiologico associato agli esami TC. Già fin d ora sono state realizzate acquisizioni TC di torace e addome con dosi paragonabili ad esami proiettivi di radiologia tradizionale ed è verosimile che questa possibilità si concretizzi nella routine operativa con i tomografi di prossima generazione, grazie alla progressiva riduzione dei tempi di calcolo per gli algoritmi iterativi più avanzati. Rimangono valide per ora le considerazioni relative alla complessità di alcuni sistemi e alla differenziazione nella definizione dei protocolli tra ditte diverse, che comporta la necessità di un utilizzo consapevole di questi strumenti, imprescindibile da una corretta caratterizzazione e da un processo di formazione specifico. Bibliografia: [1] American Association of Physicists in Medicine, Comprehensive methodology for the evaluation of radiation dose in x- ray computed tomography, Report of AAPM Task Group 111 (AAPM, College Park, MD, 2010). [2] Xinhua Li, Da Zhang, and Bob Liua, Calculations of two new dose metrics proposed by AAPM Task Group 111 using the measurements with standard CT dosimetry phantoms Med Phys 40, (2013); [3] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION, Medical Electrical Equipment Part 2-44 Ed. 3.0, Amendment 1: Particular Requirements for the Basic Safety and Essential Performance of X-ray Equipment for Computed Tomography, Rep. IEC , Ed. 3.0, Amendment 1 [4] INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Status of Computed Tomography Dosimetry for Wide Cone Beam Scanners, IAEA Human Health Reports No. 5, IAEA, Vienna (2011). [5] American Association of Physicists in Medicine, Size Specific Dose Estimates (SSDE) in paediatric and adult body CT examinations, Report of AAPM Task Group 204 (AAPM, College Park, MD, 2011).

16 Diversi punti di vista: l ottimizzazione delle procedure interventistiche P. Isoardi 1, M. D Amico 2, P. Muratore 3. (1) A.O. Città della Salute e delle Scienza di Torino, S.C. Fisica Sanitaria (2) A.O. Città della Salute e delle Scienza di Torino, S.C. Cardiologia (3) A.O. Città della Salute e delle Scienza di Torino, S.C. Radiologia Vascolare L installazione di angiografi digitali con flat panel presso le sale di Radiologia Vascolare (novembre 2009) e di Emodinamica (dicembre 2011) della nostra Azienda Ospedaliera, dotati di report dosimetrico per ogni paziente, ha stimolato la formazione di una nuova coscienza di radioprotezione nei confronti dei pazienti e degli operatori. Le apparecchiature installate (PHILIPS FD 20 e FD 10) hanno permesso di ottimizzare i protocolli di acquisizione e le procedure operative, in funzione delle reali esigenze dei Medici Specialisti, con particolare attenzione alla riduzione media della dose al paziente. In particolare ci si è posti il duplice obiettivo di ottimizzare i protocolli di acquisizione, al fine di ridurre mediamente la dose al paziente e di conseguenza anche agli operatori, e di gestire in modo consapevole la distribuzione di dose al paziente, in modo da evitare, quanto più possibile, eventuali danni deterministici alla cute (tabella 1) secondo le indicazioni riportate in alcuni lavori di recente pubblicazione [1, 2]. Effetto Valore approssimativo dose cute soglia (Gy) Tempo di manifestazione Eritema transitorio ore Epilazione o alopecia temporanea 3 3 settimane Eritema bifasico settimane Epilazione permanente 7 3 settimane Necrosi cutanea ritardata 12 > 52 settimane Tabella 1. Effetti deterministici alla cute osservabili in seguito al superamento dei valori soglia indicati Materiale e metodi Nelle procedure interventistiche si può ottenere una riduzione della dose al paziente applicando le indicazioni generali di buona pratica radiologica quali l impiego di una corretta collimazione del campo di radiazione, un uso limitato allo stretto necessario dell ingrandimento dell immagine, massimizzando la distanza fuoco-paziente e minimizzando quella paziente-rivelatore, riducendo il più possibile il tempo di emissione raggi in scopia, ponendo attenzione alle sovrapposizioni dei campi di irradiazione nonché limitando le proiezioni laterali. Oltre a quanto indicato un ulteriore ottimizzazione può essere ottenuta variando il numero di immagini al secondo acquisite in scopia o grafia e/o selezionando in modo opportuno i filtri aggiuntivi in alluminio e rame in dotazione alle apparecchiature. Gli angiografi recentemente installati sono stati consegnati con configurazioni standard che previlegiano la qualità d immagine anziché la riduzione di dose al paziente. Successivamente sono però state richieste alla ditta fornitrice delle modifiche dei protocolli di acquisizione, in modo da adeguare le modalità di esposizione alle procedure eseguite, sia in scopia, sia in grafia. Essenziale è stata la collaborazione tra i Medici Specialisti, l equipe di Fisica Sanitaria, i tecnici di radiologia addetti all impiego delle macchine e il personale della Ditta fornitrice. In particolare in Radiologia Vascolare, si è posta l attenzione alla procedura di embolizzazione delle arterie uterine (UFE), in cui le pazienti molto spesso sono donne giovani con desiderio di gravidanza [3]; inoltre, grazie all esperienza maturata nel 2012 in campo cardiologico, sono stati recentemente introdotti i protocolli a bassa dose, per procedure vascolari.

17 Nelle tabelle 2 e 3 sono riportati i valori di dose ingresso paziente, alla distanza di 65 cm dal fuoco (dose per frame in grafia e rateo di dose in scopia), misurati utilizzando un fantoccio di PMMA da 20 cm di spessore e una camera a ionizzazione piatta ad aria libera (magna 1 cc con elettrometro PTW), per la modalità di acquisizione addome. Poichè l angiografo non permette la selezione del numero di frame al secondo se non programmato nell impostazione del protocollo prescelto, si è richiesto alla ditta fornitrice la possibilità di selezionare, all interno di un nuovo protocollo di acquisizione denominato UFE, il numero di frame al secondo da 1 a 3. Si è inoltre richiesta una modifica, solo in questo protocollo, della modalità di acquisizione in scopia secondo lo schema riportato in tabella 4. In tabella 5 sono riportati i ratei di dose misurati secondo quanto sopra descritto, per il protocollo addome a bassa dose di recente introduzione (febbraio 2013), mentre nelle tabelle 6 e 7 sono confrontate le modalità di acquisizione. ). Per ogni paziente trattata prima dell ottimizzazione e per le 20 pazienti trattate successivamente alla modifica del protocollo di acquisizione, sono state valutate la dose alle ovaie e la dose efficace con il programma di calcolo PCXMC 2.0 ipotizzando le ovaie sempre all interno del campo RX e utilizzando, come dato d ingresso, il valore di DAP fornito dall angiografo. La dose media alla cute è stata valutata con pellicole radiocromiche per ogni paziente (figure 1 e 2). SID = 100 cm Fps = 3 Applicazione FOV (cm) mgy/frame a 65 cm Addome Tabella 2. Vascolare grafia addome 3 fps Modalità scopia I - Low II - Normal III - High Filtro aggiuntivo pps FOV [cm] 0.9 mmcu + 1 mmal 0.4 mmcu + 1 mmal 0.1 mmcu + 1 mmal Tabella 3. Vascolare scopia addome Rateo di dose ingresso paz. [mgy/min a 65 cm]

18 Modalità scopia I - Low II - Normal Filtro aggiuntivo 0.9 mmcu + 1 mmal 0.9 mmcu + 1 mmal pps III - High 0.4 mmcu + 1 mmal 15 Tabella 4. Vascolare scopia UFE SID = 100 cm Fps = 3 Applicazione FOV (cm) mgy/frame a 65 cm Addome Bassa Dose Tabella 5. Vascolare grafia addome bassa dose 3 fps Modalità Addome Scopia I Grafia 15 pps 3 fps 0.9 mmcu + 4 mmal 3 mmal 6.4 mgy/min 6.0 mgy/s Modalità UFE Scopia I Grafia 7.5 pps 1 fps 0.9 mmcu + 4 mmal 3 mmal 3.3 mgy/min 2.0 mgy/s Tabella 6 e 7. Confronto tra il protocollo dedicato per l embolizzazione delle arterie uterine (UFE) e il normale protocollo addome Come già accennato in Emodinamica gli angiografi sono stati consegnati con protocolli standard e protocolli a dose ridotta, in funzione del peso del paziente, ma solo in modalità grafia. La configurazione iniziale dell angiografo permette di vedere molto bene le piccole strutture coronariche e ciò è utile da un punto di vista diagnostico e interventistico coronarico. In interventistica cardiologica non coronarica (procedure strutturali) le necessità di visualizzazione sono profondamente diverse. Le procedure strutturali non necessitano di elevata risoluzione spaziale o temporale poiché le dimensioni delle strutture anatomiche su cui si va a lavorare hanno dimensioni importanti. Un buon esempio sono le procedure in cui viene trattata la valvola aortica (es. TAVI) o la valvola mitrale (es. MitraClip) in cui il tempo totale di scopia non può essere ridotto ma la risoluzione temporale può essere limitata a poche immagini al secondo almeno per gran parte della procedura. Anche nelle procedure coronariche è possibile lavorare con una inferiore risoluzione temporale rispetto agli standard proposti (15 e 30 fps). Accettare di lavorare con una risoluzione inferiore permette, in particolare nell esecuzione di procedure di angioplastica complesse e di disostruzione coronarica, una significativa riduzione di dose al paziente. A tale proposito è stato richiesto alla ditta fornitrice di modificare le modalità di acquisizione in scopia, in modo da ridurre il numero di impulsi al secondo. La configurazione attuale dei programmi di acquisizione permette quindi di lavorare in due modalità da noi denominate High quality e Low Dose (tabelle 8, 9 e 10) che possono essere utilizzate anche sullo stesso paziente, in funzione delle reali esigenze diagnostiche, nel corso dell intervento. In

19 particolare la modalità Low dose è preimpostata nei casi di interventistica strutturale ed in coronarica sia negli esami diagnostici che in interventistica per i pazienti normotipo con indice di massa corporea (BMI) inferiore a 25. Modalità scopia I - Low II - Normal III - High Modalità scopia Scopia I Low 7.5 Scopia II Low 15 Scopia III Normal 15 Filtro pps FOV [cm] 0.4 mmcu + 1 mmal 0.1 mmcu + 1 mmal 0.1 mmcu + 1 mmal Rateo di dose ingresso paz. [mgy/min a 65 cm] Tabella 8. Emodinamica scopia High quality Filtro pps FOV [cm] 0.4 mmcu + 1 mmal 0.4 mmcu + 1 mmal 0.1 mmcu + 1 mmal Rateo di dose ingresso paz. [mgy/min a 65 cm] Tabella 9. Emodinamica scopia Low Dose mgy/frame a 65 Applicazione Filtro aggiuntivo pps FOV [cm] cm e High Quality Low Dose 0.1 mmcu + 1 mmal 7.5 e 15 Tabella 10. Emodinamica grafia

20 Fondamentale, per capire le criticità e ben selezionare i casi su cui lavorare, è stata la creazione di alcune banche dati contenenti le informazione relative alla/e procedura/e eseguite e ai parametri di esposizione ricavati dal report dosimetrico. In particolare sono stati inseriti in un foglio excel i dati del paziente, il tipo d esame o la procedura interventistica, alcuni parametri aggiuntivi (quali: il tipo di accesso, gli operatori, il volume di contrasto somministrato), la dose per area (totale e parziale in scopia e grafia), il tempo totale di scopia, il numero di immagini in grafia, il kerma in aria totale nel punto di riferimento interventistico e la percentuale di dose in aria per 10 aree selezionate. Per le procedure toraciche, infatti, il report dosimetrico dell angiografo, fornisce la distribuzione di dose in aria per 10 diverse zone, in termini di percentuale di 2 Gy in aria. Il modello di calcolo implementato consiste in una sfera del diametro di 30 cm posizionata all isocentro sviluppata in 10 aree distinte secondo gli angoli riportati in figura 3. Al fine di stimare la dose massima alla cute del paziente sono state impiegate le pellicole radiocromiche (Gafchromic XR-RV2 e XR-RV3) [4, 5] posizionate tra il lettino e il materassino, come illustrato in figura 1, su tutte le pazienti trattate con procedura UFE (figura 2) e per 50 procedure cardiologiche equamente ripartite nelle due sale di emodinamica. In particolare, in emodinamica, il valore di dose su un area apprezzabile (> 6 cm 2 ) della pellicola radiocromica è stato correlato alla percentuale massima di kerma in aria registrata dall angiografo. La curva di correlazione ottenuta unendo i dati di entrambe le sale cardiologiche è riportato in figura 4; il coefficiente di correlazione ottenuto, pari a 1.7, permette di stimare la dose alla cute per ogni paziente trattato in cardiologia. Nelle figure 5 e 6 sono inoltre riportate le curve di correlazione ottenute con i valori di dose misurati sulle pellicole e il valore cumulativo di kerma in aria e il prodotto dose per area; come ipotizzabile i valori dei coefficienti di correlazione si abbassano al diminuire della specificità del parametro dosimetrico considerato. Figura 1. Posizionamento pellicola radiocromica sul lettino dell angiografo Figura 2. Esempio di distribuzione di dose su pellicola radiocromica in procedura vascolare

21 Figura 3. Report dosimetrico: percentuale di 2 Gy in aria (ascissa: rotazione, ordinata: cranio-caudale) Dose GAF (mgy) y = 1.7 x R 2 = Dose max report dosimetrico ditta (mgy) Figura 4. Correlazione tra il valore di dose massimo fornito dal report e la dose cute ricavata dalla pellicola radiocromica Dose GAF (mgy) 6000 y = x 5000 R 2 = K aria,cum (mgy) Dose GAF (mgy) y = 17.9x R 2 = DAP totale (mgy x cm 2 ) Figure 5 e 6. Correlazioni tra il kerma in aria cumulativo (punto riferimento interventistico), la DAP totale e la dose cute ricavata dalla pellicola radiocromica

22 Discussione e conclusioni Come già indicato la modifica del protocollo di acquisizione in Radiologia Vascolare ha permesso di ottimizzare la procedura di embolizzazione delle arterie uterine con una notevole riduzione di dose alla paziente. In tabella 11 è riportato il confronto fra le valutazioni eseguite sulle pazienti sottoposte a trattamento prima della modifica del protocollo (pre-ottimizzazione: 18 pazienti) e dopo l ottimizzazione (post- ottimizzazione: 20 pazienti). Si può notare come le dosi medie siano ridotte del 50 % circa. Periodo <Dose ovaie> (mgy) <E> (msv) <Dose cute> (Gy) Pre-ottimizzazione Post-ottimizzazione Tabella 11. Embolizzazione delle arterie uterine: risultati misure in-vivo L analisi dei dati raccolti in emodinamica in diversi trimestri, ha permesso di confrontare i valori medi di dose e del tempo di esposizione con i livelli di riferimento proposti dall International Atomic Energy Agency (IAEA) [6] e con i più recenti livelli proposti da un programma di monitoraggio nazionale spagnolo [6] (tabelle 12, 13, 14 e 15). Il confronto con i livelli di riferimento conferma l ottimizzazione delle procedure ma anche un ampio margine di lavoro per ulteriori miglioramenti che possono essere apportati. Da notare infatti la riduzione di circa il 50% di DAP nel trimestre 2013, da parte dell Emodinamica 1, grazie alle nuove modalità di lavoro introdotte, con la riduzione del numero di immagini acquisite al secondo in grafia e scopia. Nel laboratorio di emodinamica 2 la riduzione media, della DAP, è di circa il 30%. La diversa riduzione di dose è legata al differente utilizzo, nel periodo in esame, dei protocolli disponibili: il laboratorio 2 ha utilizzato i protocolli a dose ridotta per i pazienti con idoneo BMI ma ha impiegato, con minor frequenza, l acquisizione a 7.5 frame per secondo. Precedura CA IAEA (2009) Difficoltà intermedia Spanish Society of cardiology (2011) Verifica 2012 (I Trimestre) Verifica 2013 (feb. apr.) Tempo scopia (min) DAP totale (Gy x cm 2 ) Tabella 12. Emodinamica I: coronarografia (CA) Precedura CA IAEA (2009) Difficoltà intermedia Spanish Society of cardiology (2011) Verifica 2012 (I Trimestre) Verifica 2013 (feb. apr.) Tempo scopia (min) DAP totale (Gy x cm 2 ) Tabella 13. Emodinamica II: coronarografia (CA)

23 Precedura CA + PTCA IAEA (2009) Difficoltà intermedia Spanish Society of cardiology (2011) Verifica 2012 (I Trimestre) Verifica 2013 (feb. apr.) Tempo scopia (min) DAP totale (Gy x cm 2 ) Tabella 14. Emodinamica I: angioplastica (PTCA) + CA Precedura CA + PTCA IAEA (2009) Difficoltà intermedia Spanish Society of cardiology (2011) Verifica 2012 (I Trimestre) Verifica 2013 (feb. apr.) Tempo scopia (min) DAP totale (Gy x cm 2 ) Tabella 15. Emodinamica II: angioplastica (PTCA) + CA Analizzando tutti i dati raccolti, per mezzo di semplici istogrammi in funzione della dose alla cute stimata utilizzando il fattore di correlazione ricavato per mezzo delle misure eseguite con pellicole radiocromiche, in entrambe le sale, per tre trimestri campione (anni 2012 e 2013), si sono ricavate una serie di importanti considerazioni relativamente all analisi di casi particolarmente critici dal punto di vista dosimetrico (figura 7). Frequenza Stima dose cute (Gy) Emodinamica 1- I trim Frequenza Stima dose cute (Gy) Emodinamica 1 - Feb - Apr Frequenza Stima dose cute (Gy) Emodinamica 2 - I trim Frequenza Stima dose cute (Gy) Emodinamica 2 - Feb. - Apr Figura7. Istogrammi della stima della dose alla cute dei pazienti trattati presso le Emodinamiche I e II in due differenti trimestri

24 Per definire le criticità si è utilizzato il valore di 3 Gy di dose cute, definito come Substantial Radiation Dose Level (SRDL) nelle pubblicazioni [1e 2]; il SDRL è indicato come livello di dose che può produrre un evento rilevabile clinicamente oltre il quale è consigliato il follow-up. Nelle tabelle 16 e 17, relative a due trimestri del 2012, si può notare come la dose massima stimata alla cute sia ampiamente superiore a 3 Gy e che il numero di casi con dose superiore a 3 Gy non sia trascurabile. L analisi a posteriori di molti di questi pazienti ha mostrato casi di procedure molto complesse e quindi con tempi di lavoro in scopia e numero di immagine acquisite in grafia importante. Proprio la revisione di tali casi ha permesso di incrementare l impiego, non senza sforzo da parte degli operatori, della grafia a 7.5 impulsi per secondo e di richiedere, alla ditta fornitrice, la modalità di acquisizione in scopia a 7.5 impusi al secondo. Si è inoltre deciso di introdurre la pratica della notifica, al primo operatore, del raggiungimento di un livello di dose importante (2 Gy di dose alla cute, da noi definiti warning) su una data area, come indicato nei lavori sopra citati [1 e 2]. La successiva raccolta dati eseguita nel trimestre febbraio aprile 2013 ha confermato l utilità delle modifiche apportate alle modalità di lavoro (tabella 18) mostrando come in emodinamica 1 la dose massima alla cute, per una singola procedura, si sia notevolmente ridotta (da 8 a 4 Gy circa). Ciò consente di avere, anche nel caso di procedure ripetute, un maggior margine di lavoro prima di raggiungere la criticità dei 10 Gy stimati alla cute del paziente [7]. Emodinamica 1 Dose cute max (Gy) > 3 Gy N Paz. % Gen-mar casi Mag-lug casi Emodinamica 2 Dose cute max (Gy) > 3 Gy N Paz. % Gen-mar casi Mag-lug casi Tabelle 16 e 17. Emodinamiche I e II: dose alla cute massima, numero di casi con dose superiore a 3 Gy (2012) Perido: feb. apr Dose cute max (Gy) > 3 Gy N Paz. % Emodinamica casi Emodinamica casi Tabella 18. Emodinamiche I e II: dose alla cute massima, numero di casi con dose superiore a 3 Gy (2013) La variazione di programmi di acquisizione e della gestione delle procedure necessita, per la corretta applicazione, di un programma di formazione specifica del personale interessato (Medici Specialisti e TSRM). A tale proposito è stato eseguito un corso di formazione volto al personale interessato con interventi dei medici responsabili dell esecuzione delle procedure e del personale della fisica sanitaria [8]. L approccio utilizzato nell ottimizzazione per l esecuzione delle procedure interventistiche è il risultato della collaborazione tra diverse figure professionali che permette di crescere nei vari campi della professione con un obiettivo comune: la riduzione della dose al paziente e all operatore. Tale esperienza è stata anche pubblicata recentemente da altri gruppi [9]. References: [1] M. S. Stecker et al., Guidelines for patient radiation dose management, Journal of Vascular and Interventional Radiology (2009), 20:S263-S273 [2] C. E. Chambers, K. A. Fetterly et al.,radiation safety program for the cardiac catheterisation laboratory, Catheterization and Cardiovascular Interventions (2011), Vol. 77,

25 [3] P. Muratore, P. Isoardi et al., Ottimizzazione dosimetrica negli interventi di embolizzazione delle arterie uterine, Riassunti 45 Congresso Nazionale SIRM Torino 1-5 giugno 2012, 340 [4] O. Rampado et al., Dose and energy dependance of resposnse of gafchromic XR-QA film for kilovoltage x-ray beams, Physics in Medicine and Biology (2006), Vol. 51: [5] O. Rampado et al., Dose area product evaluations with gafchromic XR-R films and a flat-bed scanner, Physics in Medicine and Biology (2006), Vol. 51: N403-N409 [6] Sanchez R., Vano E. et al., A national programme for patient and staff dose monitoring in interventional cardiology, Radiation Protection Dosimetry (2011), Vol. 147, pp [7] G. Sianos et al., Recanalisation of chronic total coronary occlusions: 2012 consensus document from the EuroCTO club, EuroIntervention 2012, 8-online publish-ahead-of-print (May 2012) [8] Progetto formativo Azienda Ospedaliera Città della Salute e della Scienza di Torino Aggiornamento in radioprotezione su apparecchiature agiografiche digitali, maggio/giugno 2013 [9] K. A. Fetterly, M. Verghese et al., Radiation dose reduction in the invasive cardiovascular laboratory. Implementing a culture and philosophy of radiation safety, Journal of the American College of Cardiology (JACC) (2012), Vol. 5 (N 6):

26 Physical characterization of a new CT iterative reconstruction method operating in sinogram space. C.Ghetti 1, F.Palleri 1, G.Serreli 1, O.Ortenzia 1, L.Ruffini 2 1 Servizio di Fisica Sanitaria, Azienda Ospedaliero-Universitaria, Parma, Italy 2 Dipartimento di Diagnostica per Immagini, Azienda Ospedaliero-Universitaria, Parma, Italy The use of iterative reconstruction algorithms in Computed Tomography (CT) has become a crucial issue for dose reduction in CT examinations. The main advantage of iterative algorithms opposed to Filtered Back Projection (FBP) is the incorporation of physical models, which allows for CT studies at reduced doses with preserved image quality and low levels of image noise [1-9]. The most important iterative reconstruction methods and the solutions introduced by CT manufacturers have been recently reviewed [10]. The latest reconstruction algorithm introduced by Siemens is Sinogram Affirmed Iterative Reconstruction (SAFIRE). It is FDA approved and it is considered innovative compared to previous algorithm of the family, Iterative Reconstruction In Image Space (IRIS) [11], as it works not only in image space but also in raw data domain. First, an anisotropic noise model is applied to images reconstructed with FBP in order to reduce the variance of the signal. After each iteration data are re-projected in sinogram space to validate (or affirm) the images with measurement data, the detected deviations are corrected, yielding an updated image [12]. Previous clinical studies exploring SAFIRE reconstruction have measured parameters as Contrast-to-Noise Ratio (CNR) and Signal-to-Noise Ratio (SNR) and provided a subjective assessment of image quality. Most of these studies reports an image noise reduction, without loss of diagnostic information, and consistent dose reduction [12-14]. Neverthless, an accurate quantitative characterization of SAFIRE reconstruction is not available in literature. The aim of this study is thus to evaluate the SAFIRE algorithm using image quality parameters measured on phantoms in order to describe the effect of iterative reconstruction with objective metrics. Noise, noise power spectrum (NPS), CNR, kernel impact on noise reduction, linearity and accuracy of CT numbers and both transverse and coronal spatial resolution have been investigated using dedicated phantoms and results have been compared to traditional FBP. Spatial resolution is preserved by SAFIRE both in transverse and coronal planes, even at low dose levels. Accuracy and linearity in CT number are not affected by iterative reconstruction. SAFIRE is able to decrease image noise with a reduction up to 60%. This effect is independent from the kernel but strongly related to the strength of SAFIRE applied. As a direct consequence, low contrast detectability (in term of CNR) is improved by SAFIRE, suggesting that a consistent dose reduction can be performed in clinical protocols using this iterative reconstruction method. Another aspect examined is image texture in term of NPS: with SAFIRE strength of 4 and 5 the peak of the NPS curve is shifted towards low frequencies. This effect is coupled with a blotchy image quality impression. The fact that the user has the possibility to change different strength in SAFIRE application is especially important. In this way a good compromise can be reached between dose reduction and a familiar image appearance. Full paper published in Journal of Applied Clinical Medical Physics, July 2013.

27 References: [1] Marin D, Nelson RC, Schindera ST, Richard S, Youngblood RS, Yoshizumi TT, Samei E. Low-tube-voltage, high-tube-current multidetector abdominal CT: improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm-initial clinical experience. Radiology Jan;254(1): [2] Silva A, Lawder H, Hara A, Kujak J, Pavlicek W. Innovations in CT Dose Reduction Strategy: Application of the Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Algorithm, AJR 2010;194: [3] Hara AK, Paden RG, Silva AC, Kujak JL, Lawder HJ, Pavlicek W. Iterative reconstruction technique for reducing body radiation dose at CT: feasibility study. AJR Am J Roentgenol Sep;193(3): [4] Sagara Y, Hara A, Pavlicek W, Silva A, Paden R, Wu Q. Abdominal CT: Comparison of Low-Dose CT With Adaptive Statistical Iterative Reconstruction and Routine-Dose CT With Filtered Back Projection in 53 PatientsAJR 2010; 195: [5] Leipsic J, LaBounty TM, Heilbron B, Min JK, Mancini GBJ, Lin FY, Taylor C, Allison D, Earls JP. Adaptive Statistical Iterative Reconstruction:Assessment of Image Noise and Image Quality in Coronary CT Angiography. AJR 2010;195: [6] Leipsic J, LaBounty TM, Heilbron B, Min JK, Mancini GBJ, Lin FY, Taylor C, Allison D, Earls JP. Estimated Radiation Dose Reduction Using Adaptive Statistical Iterative Reconstruction in Coronary CT Angiography: The ERASIR Study. AJR 2010;195: [7] Pontana F, Pagniez J, Flohr T, Faivre JB, Duhamel A, Remy J, Remy-Jardin M. Chest computed tomography using iterative reconstruction vs filtered back projection (Part 1): evaluation of image noise reduction in 32 patients. Eur.Radiol 2011; 21: [8] Bittencourt MS, Schmidt B, Seltman M, Muschiol G, Ropers D, Daniel W, Achenbach S, Iterative Reconstruction in image space (IRIS) in cardiac computed tomography:initial experience. Int J Cardiovasc Imaging 2010;7: [9] Funama Y, Taguchi K, Utsunomiya D, Oda S, Yanaga Y, Yamashita Y, Awai K. Combination of a Low-Tube- Voltage Technique with Ibrid Iterative Reconstruction (idose) Algorithm at Coronary Computed Tomographic Angiography. Comput Assist Tomogr : [10] Beister M, Kolditz D, Kalender W. Iterative reconstructions methods in X-ray CT. Phys. Med. 2012; 28: [11] Ghetti C, Ortenzia O, Serreli G. CT iterative reconstruction in image space: a phantom study,phys Med Apr;28(2): [12] Baumueller S, Winklehner A, Karlo C, Goetti R, Flohr T, Russi EW, Frauenfelder T, Alkadhi H. Low-dose CT of the lung: potential value of iterative reconstructions. Eur Radiol Jun 15. [13] Ebersberger U, Tricarico F, Schoepf UJ, Blanke P, Spears JR, Rowe GW, Halligan WT, Henzler T, Bamberg F, Leber AW, Hoffmann E, Apfaltrer P. CT evaluation of coronary artery stents with iterative image reconstruction: improvements in image quality and potential for radiation dose reduction. Eur Radiol Jul 10. [14] Baker ME, Dong F, Primak A, Obuchowski NA, Einstein D, Gandhi N, Herts BR, Purysko A, Remer E, Vachani N. Contrast-to-Noise Ratio and Low-Contrast Object Resolution on Full- and Low-Dose MDCT: SAFIRE Versus Filtered Back Projection in a Low-Contrast Object Phantom and in the Liver. AJR Am J Roentgenol Jul;199(1):8-18.

28 Sistemi di modulazione in TC: Riduzione della dose Dose reduction in CT tube current modulation systems G.Lucconi 1, G. Feliciani 1, N.Scrittori 2, L. Pierotti 3 (1) Post-graduate School in Medical Physics, University of Bologna, Italy (2) Medical Physics Department, S.Maria delle Croci Hospital, Ravenna, Italy (3) Medical Physics Department, S.Orsola-Malpighi University Hospital, Bologna, Italy Purpose: In this study we investigated dose reduction in CT with tube current modulation systems. Materials and methods: Scans were performed with 8 scanners: 2 GE Lightspeed VCT 64 and 1 GE Lightspeed 16 (AutomA 3D longitudinal and angular AEC), 1 Siemens Sensation 16 (CARE Dose 4D combined AEC), 3 Philips Brilliance 6, 16 and 64 and 1 Philips ict 128 (separate ZDOM for longitudinal AEC and DDOM for angular AEC). The SPR was acquired at different kv and ma. A chest and an abdomen anthropomorphic phantoms were used to simulate a standard patient positioned feet first and head first, centred and ±5cm off axis; helical protocols with and without modulation were employed. A 10X6-3CT pencil beam chamber was used to measure dose profile in air during scans with angular modulation. Dose variations were evaluated in terms of CTDI and effective and organ doses obtained with IMPACT CT patient dose calculator, version An excel macro was developed to include modulation by considering ma values for each slice; in the over-ranging region ma were assumed equal to the first and last values of the scan. Results: Dose profiles measured during angular modulation agree with ma planned before the scan and show higher values in lateral projections, corresponding to the ma recorded in protocols with longitudinal modulation only. Differences were observed varying the initial tube position. A ±5cm off axis scan leads to a dose variation up to 30%, with differences between scanners. SPR parameters need to be optimized to meet scan conditions as dose is increased up to 20% by lowering the kv or choosing a small ma value. Effective doses calculated with ma values of each slice show differences < 6% with doses obtained with average ma, that can therefore be used for rough estimates. Larger variations up to 60% are however detected in organ doses. In agreement with the literature, our results show how longitudinal AEC is much more effective in dose reduction (up to -40%) compared to angular AEC (-20% for chest and -15% for abdomen region). The average effective dose obtained in this study is (7.7 ± 1.6) msv for abdomen scans (range msv) and (8.3 ± 1.4) msv for chest scans (range msv). Conclusion: AEC techniques can reduce patient dose without excessively increasing image noise; longitudinal and combined systems seem more effective. Reference image quality parameters are yet crucial to allow this reduction, along with patient positioning and pre-scanning parameters.

29 Sistemi di modulazione della dose in MSCT: valutazione della qualità delle immagini per l ottimizzazione dei protocolli clinici Automatic tube current modulation in MSCT: image quality assessment for clinical protocol optimization L. Pierotti 1, G. Feliciani 2, G.Lucconi 2, N.Scrittori 3 (1) Medical Physics Department, S.Orsola-Malpighi University Hospital, Bologna, Italy (2) Post-graduate School in Medical Physics, University of Bologna, Italy (3) Medical Physics Department, S.Maria delle Croci Hospital, Ravenna, Italy Purpose: In this study we investigated AEC systems from 3 manufacturers having different indicators of image quality. Materials and methods: Images were acquired with 8 scanners: 2 GE Lightspeed VCT 64 and 1 GE Lightspeed 16 (AutomA 3D longitudinal and angular AEC), 1 Siemens Sensation 16 (CARE Dose 4D combined AEC), 3 Philips Brilliance 6, 16 and 64, ict 128 (separate ZDOM for longitudinal AEC and DDOM for angular AEC). The CT acquisitions were performed at different kv and ma to investigate the effect on the modulation; standard reconstruction algorithm was employed. A chest and an abdomen anthropomorphic phantoms were used to simulate a standard patient positioned as in routine clinical examination and ±5cm off axis; standard helical protocols with and without modulation were employed. Different values of the indicator of image quality were tested. ma profiles along the scan length were obtained using ImageJ; mas were normalized to a factor taking into account the different geometry and filtration of the scanners. Noise was evaluated with ROI placed in uniform areas available throughout the phantom; increased noise uniformity was assessed through the coefficient of variation (C v ). Results: A variation of noise index (for GE scanners) or reference mas (for others) resulted in a shift of the profile; the same happened when scout kv or ma were changed. Combined and longitudinal AEC systems show similar normalized mas profiles, with higher values in the shoulder and the pelvis regions; differences up to 40% were observed between scanners. Different profiles were detected when the scan direction was reversed in Siemens scanner. Philips DDOM angular modulation shows almost flat profiles; coherently the tube current range is wider when only longitudinal modulation was employed in scanner with combined AEC. Large variations in the mas values are found at the beginning and at the end of the scans. The image noise increased for up to 10 CT numbers when the AEC system was used compared with AEC off; different trends were observed for longitudinal and angular AEC. C v shows a small increased in noise uniformity only for longitudinal AEC systems. Conclusion: Despite the different nature of AEC systems, the outcomes of combined and longitudinal current modulation are similar. The image noise is increased to an acceptable level and its uniformity along the scanning direction is slightly improved. References: [1] Adam C. Turner, The feasibility of a scanner-independent technique to estimate organ dose from MDCT scans: Using CTDIvol to account for differences between scanners, Med. Phys. (2010) 37(4), [2] L. Berta, Optimisation of an MDCT abdominal protocol: Image quality assessment of standard vs. iterative reconstructions, Phys.Med. (2013), 1-9 [3] K L Boedeker, Application of the noise power spectrum in modern diagnostic MDCT: part II. Noise power spectra and signal to noise, Phys.Med.Biol. (2007) 52,

30 L impiego dei nuovi sistemi di mappaggio elettroanatomico riduce la dose al paziente nelle procedure di ablazione a radiofrequenza? Do the novel electroanatomic mapping systems reduce patient radiation dose in radiofrequency ablation procedures? A. Radice 1,2, C. Pasquali 2, G. Rovaris 3, A. Vincenti 3, N. Paruccini 2, A. Crespi 2 (1) Università degli Studi di Milano Scuola di Specializzazione in Fisica Medica, Milano (2) Azienda Ospedaliera San Gerardo S.C. Fisica Sanitaria, Monza (MB) (3) Azienda Ospedaliera San Gerardo S.C. Cardiologia, Monza (MB) Purpose: in electrophysiology treatment by radiofrequency ablation (RFA) patients can be exposed to very high radiation doses and the risk of tissue reaction due to the long fluoroscopy time required for these procedures may be significant. The recent introduction of non-fluoroscopic three-dimensional navigation systems has brought substantial improvements in cardiac electrophysiological mapping and in dose reduction. The aim of this study was to evaluate the impact of Carto 3 navigation system (Bionsence Webster, CA, USA) on patient exposure during RFA procedures. Methods and materials: Data from 116 RFA procedures were analysed. Total kerma-area product including both fluoroscopic and fluorographic contributions (P KA ), total air-kerma at patient reference point (K a,i ), fluoroscopy time and the number of acquired images were supplied by the angiographic system (Philips Allura Xper FD10). The peak skin dose (D skin,local ) was measured using Gafchromic XR-RV3 films in 25 procedures. Patients were divided into two groups, with (group A) or without (group B) Carto system. Results: A local P KA trigger level of 122 Gycm 2 was related to a D skin,local of 2 Gy, the approximate threshold for transient erythema. Median fluoroscopy time and D skin,local values were 10.6 minutes and 0.48 Gy in group A and 8.5 minutes and 0.15 Gy in group B for atrial flutter ablation. Furthermore, median fluoroscopy time and D skin,local values were 11.6 minutes and 0.18 Gy in group A and 6.9 minutes and 0.17 Gy in group B for ventricular tachycardia ablation. Maximum value of fluoroscopy time (59 minutes) and D skin,local (4.8 Gy) were obtained in RFA for Wolff Parkinson White syndrome. Conclusion: Routine use of Carto 3 navigation system results in a reduction in fluoroscopy time and patient radiation exposure only if properly used.

31 Studio dei parametri di acquisizione per l ottimizzazione delle esposizioni su un sistema CT dotato di algoritmo di ricostruzione iterativo delle immagini. Study of acquisition parameters for the optimization of exposures on a CT system equipped with iterative image reconstruction algorithm. F. Bonutti (1), J. A. Soto Salazar (2) G. Brondani (3), I.Baldo (3), M.Duratti (1), I.Ester (3), R. Padovani (1), L. Pierotti (4), F.Spessot (3), F.Tarantini (3) (1) Medical Physics Department, University Hospital of Udine (2) 1st Level Master degree in Clinical Imaging Systems Administrator, University of Milano-Bicocca (3) Emergency Radiology Department, University Hospital of Udine (4) Medical Physics Department, Policlinico S.Orsola Malpighi of Bologna Purpose: to analyze the image noise and CTDIvol dependence on different sets of acquisition parameters in order to optimize the patient exposures in CT. Methods and materials : on a 64-slice CT scanner (mod. HD750 Discovery, GE) equipped with the iterative image reconstruction algorithm (ASIR, Adaptive Statistical Iterative Reconstruction, GE) several acquisitions were performed on the Rando anthropomorphic phantom, applying the Chest-Abdomen-Pelvis protocol used in the clinical routine. The scan length was kept constant to 62 cm from the thigh s root to the manubrium of sternum. In order to verify if the current modulation, and indirectly the image noise and patient dose, depends on the topogram exposure parameters, the latter was performed in four different x-ray tube orientation sequences :1)AP-LAT, 2)LAT-AP, 3)AP-LAT and 4)PA-LAT, varying the tube current (10 ma, 50 ma) at 100 kv. CT scans were performed by varying also the pitch, the mas range, and the application of ASIR (0%-50%), while maintaining constant Noise Index (NI). For each scan we recorded the CTDIvol, the DLP values displayed on the CT console and the table of current modulation. Image noise was evaluated by measuring the standard deviation on three different transversal sections cranial, medial, caudal. Results : for all the analyzed configurations, CTDIvol is significantly lower for LAT-AP respect to the others topograms sequences (up to -17% for 10 ma topogram current and up to -12 % for 50 ma topogram current). Keeping constant the topogram sequence, using 50 ma instead 10 ma implies is a low CTDIvol reduction of 2% (AP-LAT), 3%(LAT-AP), 1(PA-LAT), 7%(PA-LAT). Keeping CTDIvol constant, the use of ASIR at 50%, implies a noise reduction of 32% at cranial, medial and caudal level. Conclusions : LAT-AP topogram sequence implies, compared to the others, a significant patient dose reduction. Acquisition parameters on modern MDCT scanners affect in a complex way the image quality and the patient dose. For our system (HD750 Discovery, GE) this systematic study allowed to define a graphical representation of the different sets of scanning exposures parameters, represented as points on the dose-noise plane, helping in the optimization process.

32 Determination of in vivo local skin dose using a system based on p-type MOSFET detectors in patients undergoing radiological interventional procedures M.D. Falco 1,2, P. Bagalà 1, M. Stefanini 1, R. Fiori 1, R. Gandini 1, S. Masala 1, D. Morosetti 1, E. Calabria 1, A. Tonnetti 2, G. Verona-Rinati 2, R. Santoni 1 and G. Simonetti 1 (1) Department of Diagnostic Imaging, Molecular Imaging, Interventional Radiology and Radiotherapy, Tor Vergata University General Hospital, Viale Oxford 81, Rome, Italy (2) INFN Department of Industrial Engineering, University of Rome "Tor Vergata", Via del Politecnico 1, Rome, Italy In the past 20 years, the clinical practice of radiological interventional procedures (RIPs) that use image guidance has been greatly enhanced. However, RIPs can be associated to high doses to patients, which are due to long fluoroscopy times and high number of frames, and which, in some cases, could be the cause of deterministic or stochastic effects. The purpose of this work is to present a methodology to estimate the maximum local skin doses using the cable-free OneDose TM system based on p-type MOSFET detectors for 4 RIPs: percutaneous vertebroplasty (PVP), percutaneous disc decompression by means of coblation (PDD), medial branch neurolysis by using radiofrequency (RFA) and endovascular treatment for the critical limb ischemia (CLI). In order to assess the validity of the used methodology we compared, when possible, our results with data reported in literature. The X- ray equipment used was a Philips Integris Allura Xper FD20 imaging system provided with a Dose per Area meter. Before using the system on patients, some calibration factors have been determined following the procedures reported in our previous work.[1] Dose measurements were carried out on 40 patients, 10 for each procedure. For all procedures, a set of data such as DAP value, tube rotation angle and tilt with respect the tube axis, current and tube voltage for each rotation angle, fluoroscopy times, number of cinefluorography images and type of procedure were recorded. For the PVP and PDD procedures four MOSFETs have been used for each vertebral level: two placed on the table underneath the patient for the AP projection; the others in correspondence of the LL position of the gantry. For the RFA procedure, two MOSFETs were placed on the table under the patient with their active area facing the tube at the center of the field, corresponding to the oblique projection of the gantry. For the CLI procedure, eight MOSFETs were used, all positioned in the beam Field of View, two dosimeters were placed on the proximal third of the femur, two on the distal third of the femur close to the knee, two on the proximal third of the tibia and the last two on the lower part of the ankle. Each dosimeter was attached to a different point on the patient skin where the exposure was expected to be at the highest level, in order to register the maximum value. The local skin dose was obtained by multiplying the MOSFET reading for the calibration factor (F c ) and corrective factors C kv and C FD. The F c value was found to be A linear dose dependence was found for the FOV; the fit function that best described energy dependence was a third order polynomial (Fig.1). The maximum local skin dose ranged from 1.3 to 14.2 cgy for CLI (dose to the ankle) and PVP procedures (LL projection), respectively (Table 1). The F c value is in agreement with the one obtained in a previous work (0.23), within their respective errors,[1] using the same methodology and detectors, while it is considerably different from the average correction factors found by other authors (0.28 and 0.32, respectively).[2,3] The different set-up, investigated C-arc and parameters used for the calibration, may have influenced their response, as discussed in [1]. However, some differences with the results reported by [1], were also found in the behaviour of the C kv meaning that the calibration procedure is strongly dependent on the X-ray system used. The comparison between the results of our work to those of other studies, is difficult due to the few and non-homogeneous data reported in the literature and the uncertainty on the doses measured that can be as high as 30%. Generally, for PVP procedure we register a higher DAP but a corresponding MSD up to eight times lower than the values reported in literature. These differences can be probably due to a different x-ray field size used during the procedure (not known for data collected in literature), or to the number of

33 vertebrae treated (as example the reference [4] treats on average 8 vertebrae). Also the increase in the number of cinefluorography images can contribute to raise the absorbed skin dose.[5] Concerning CLI procedure, it is deeply dependent on the patient and clinical complexity. In our institution, this procedure is at the same time both diagnostic (for below-the-knee procedures) and therapeutic, requiring more fluoroscopy time and a larger number of cinefluorography images. We register both a higher DAP and a lower MSD than the corresponding values reported in literature [6] which uses only 2.2 minutes of fluoroscopy time; he concentrates radiations mainly in the pelvic region, requiring probably more mas than our treatment which mostly focuses on the knee and ankle. In conclusion, the OneDose TM system was found suitable for in vivo dose measurements in radiological interventional procedures and the registered doses were far below the threshold for deterministic effects (2 Gy for early transient erytema), making, therefore, the procedures safe for the patients. References: [1]M.D. Falco et al, Characterization of a cable-free system based on p-type MOSFET detectors for in vivo entrance skin dose measurements in interventional radiology. Med Phys (2012) 39(8): [2]K. Chida et al, Evaluating the performance of a MOSFET dosimeter at diagnostic x-ray energies for interventional radiology. Radiol.Phys. Technol. (2009) 2:58 61 [3]G. X. Ding and C. W. Coffey, Dosimetric evaluation of the OneDose TM MOSFET for measuring kilovoltage imaging dose from image-guided radiotherapy procedures. Med. Phys. (2010) 37(9), [4]N.T. Fitousi et al, Patient and Staff Dosimetry in Vertebroplasty. Spine (2006) 31(23):E884 E889 [5]D.L. Miller et al, Radiation Doses in Interventional Radiology Procedures: The RAD-IR Study Part II: Skin Dose. J Vasc Interv Radiol (2003) 14: [6]D. Bor et al., Comparison of effective doses obtained from dose area product and air kerma measurements in interventional radiology. BJR (2004) 77: Procedure MSD (cgy) DAP (Gy cm²) PVP 14.2 ± 1.7 ( ) ( ) PDD RFA 3.4 ± 0.4 (2-4.8) 2.6 ± 0.3 (1-5.5) 13.2 ( ) 21.0 ( ) C kv 0.4 CLI 1.34 ± 0.21 ( ) 76.1 ( ) kv Table 1: MSD and DAP values for radiological interventional procedures Fig.1: Energy correction factors CkV versus kv

34 Un programma Regionale per i controlli di qualità nello screening mammografico A Regional program for quality controls in mammography screening G. Gennaro 1, M. Giacobbo 1, F. Pietrobon 2, P. Francescon 3, G. Contento 4, V. Santangelo 5, L. Gallo 6, E. Bolla 6, P.L. Indovina 7, G. Princigalli 7, L. Stea 8, S. Cimolai 9, M Piovesan 9, S. Reccanello 8,9, M. Marinaro 9,10, L. Mantovani 11, L. Riccardi 12, O. Nibale 13, E. Bellan 14, A. Tanferi 15, V. Tonetto 16 (1) Istituto Oncologico Veneto (IRCCS), Padova, (2) ULSS1/Belluno and ULSS2/Feltre, (3) ULSS3/Bassano and ULSS4/Alto-Vicentino, (4) ULSS5/Ovest-Vicentino, (5) ULSS6/Vicenza, (6) ULSS8/Asolo, (7) ULSS9/Treviso, ULSS13/Mirano, and ULSS14/Chioggia, (8) ULSS10/Veneto- Orientale, (9) ULSS 12/Veneziana and ULSS19/Adria, (9) ULSS 12/Veneziana, (10) ULSS 14/Adria, (11) ULSS15/Alta-Padovana, (12) ULSS16/Padova, (13) ULSS17/Este, (14) ULSS18/Rovigo, (15) ULSS20/Verona, (16) ULSS21/Legnago Purpose: Harmonization of quality controls (QCs) is desirable for any imaging modality, but even more for mammography screening, widely applied to healthy population. The purpose of this work is to present the QC protocol agreed within a Regional Project and applied to the digital mammography equipment used in screening by each Medical Physics Expert (MPE) in charge for each system. The results of the first annual round of QC tests will be illustrated. Methods and materials: The Project was structured in two parts, one addressed to the MPEs in charge by law for acceptance, commissioning, and annual quality controls of mammography systems used in screening activities, the second one (not presented here) involved a subset of screening sites, providing them the same type of phantoms and automatic software for reproducibility weekly tests. The QC protocol of annual tests was proposed, agreed, and shared among the physicists involved in the screening activity. A detailed manual, with well described procedures and spreadsheets for data collection and analysis was distributed, and the MPEs were asked to apply test procedures and collect data according to the manual instructions, using their own instruments. QC tests included all the components of the imaging chain: x-ray source, automatic exposure control, image detector, and monitors. Results will be given for a few indices related to the Project efficacy and for the main physical parameters. Results: The QC Regional protocol was applied to 39 digital systems (10 CRs, 29 DRs) out of the total 43, showing a good degree of participation in the Project. Most of tests (95.3%) on the acquisition systems were successfully performed, 1.9% gave a failure, 2.8% were not performed. Monitor tests were done only for 12 out of 39 systems (30.7%) for multiple reasons. Grouping results by test and by manufacturer allowed to obtain typical values for each individual physical parameters, to be used as benchmark for following tests or in case new mammography systems of the same types will be added. Most of the limiting values proposed in the protocol were found to be effective, only a couple of them were proven to be too tolerant and will be adjusted accordingly. Results also suggested the need for a small change to one test procedure. Conclusion: The first results within this Regional Project have demonstrated that harmonization of QCs is possible with limited effort by everybody but several benefits.

35 Ottimizzazione delle dosi in radiologia interventistica per procedure di coronarografia (CA) e angioplastica coronarica (PTCA) Dose optimization in fluoroscopically guided interventional radiology procedures for coronary angiography (CA) and percutaneous transluminal coronary angioplasty (PTCA) M. Parisotto 1,2, P. E. Colombo 2, P. Colombo 2, S. De Crescenzo 2, P. Di Lorenzo 2, S. Klugmann 2, A. Torresin 2 (1) Università degli Studi di Milano, (2) A.O. Niguarda Ca Granda, Milano Purpose: In interventional cardiology the level of fluoroscopy use creates potential for injuries to patients and staff. Recently, there is increasing concern about skin radiation dose levels in cardiology [1]. The purpose of this work is to verify the effectiveness of a training program for reducing dose to patient and workers. Methods and materials: Coronary angiography (CA) and percutaneous transluminal coronary angioplasty (PTCA) are performed with a GE Medical System Innova 2100 angiography equipped with a DAP meter Diamentor KDK (PTW- Freiburg) which measures the DAP and the overall time of x-ray. On September 2012, the medical and technical staff attended a training course for dose optimization in fluoroscopy guided procedures, concerning fluoroscopy levels, frame rates and geometrical parameters. We investigated the values of DAP and total time for both PTCA and CA in a period of time of six months, split into three months before the training course and three months after. The DAP rate (DAP averaged over the fluoroscopy time) was also investigated. The mean values of the fluoroscopy time and DAP have been taken as reference values and compared with literature for both procedures. Results: In the first three months, DAP resulted in about 198 Gycm2 for PTCA and 47 Gycm2 for CA. The value for PTCA is considerably higher than the levels declared in literature for this procedure [2, 3, 4]. The total time for CA was indeed substantially lower in the same period of investigation. After the training session was attended, the DAP decreased to 102 Gycm2 and 28 Gycm2 for PTCA and CA, respectively. The total time of x-ray erogation remained substantially the same, leading to a decrease of the DAP rate for both procedures. A further reading of individual dosimeters worn by the staff suggested the reduction of the dose imparted to patients. Conclusion: making the staff involved in fluoroscopically guided procedures aware of the possibilities of optimization during interventions, had a positive impact on the dose delivered to patients and workers. The values of DAP and DAP rates for each procedures can be periodically checked using reference values obtained for monitoring the observance of the dose optimization. References: [1] ICRP, Radiological protection in cardiology. ICRP Publication 120. Ann. ICRP 42(1) [2] Radiat Prot Dosimetry (2008), Vol. 129, No. 1-3, pp [3] Radiat Prot Dosimetry (2012), Vol. 150, No. 3, pp [4] BJR, 73 (2000), pp

36 Stima della dose ed accuratezza diagnostica in esami di tomosintesi del torace per lo screening del tumore polmonare. Digital tomosynthesis of the chest for lung nodule detection in screening programs: dose estimation and diagnostic accuracy Stéphane Chauvie 1, Emanuele Roberto 1, Eleonora Lanzi 1, Moreno Bottasso 1, Roberto Priotto 2, Luca Bertolaccini 3 MD, Alberto Terzi 3, Maurizio Grosso 2 (1) Medical Physics Unit, (2,3) Radiology Department and Thoracic Surgery Unit, Santa Croce e Carle Hospital, Cuneo Purpose: The aim of this work is to correlate the diagnostic accuracy and the effective dose of digital tomosynthesis (DTS) with respect to standard X-ray and CT in the detection of lung nodules in the context of a lung cancer screening program. Methods: In the IRB approved SOS study subjects at high risk of lung cancer received a baseline and late (one-year later) DTS together with a chest X-ray. If a non-calcified nodule with a diameter larger than 5 mm is detected at the baseline DTS exam the subject receives a fully diagnostic CT exam plus other CE-CT and PET scans for clinical characterization of the nodule. To compare the DTS and chest X-ray we performed measures of image quality and dose comparing their diagnostic accuracy using CT as gold standard. Results: In the first year of the study 1351 subjects have been enrolled. 99 subjects presented non-calcified nodules with diameters larger than 5 mm. X-ray, DTS and CT effective dose per patients were respectively of 0.009, and 4.90 msv. DTS and CT were optimized to obtain this results respect to manufacturers specifications. X-rays and DTS showed a detection rate of 22.2% and 73.8% respectively with respect to CT. Difference in the percentage of nodules visualized between X-rays, DTS and CT were statistically significant (p<0.01) for nodules of all sizes. Conclusions: DTS is an interesting alternative to low dose CT in screening program for population at risk with a detection rate comparable to that of CT for lung nodules larger than 5 mm and same of that of CT for nodules larger than 1 cm. Conversely the exposure for the patient is much lower.

37 Dose al paziente nelle procedure interventistiche in Italia. Patient Dose in Interventional Procedures in Italy. A.Trianni 1, R.Padovani 1, S.Grande 2, A.Palma 2, P.Bregant 3, V.Caputo 4, E.Carioggia 5, S.Cornacchia 6, L.D Ercole 7, S.Farnedi 8, L.Mascaro 9, A.Nitrosi 10, L. Strigari 11, A.Taddeucci 12 (1) AOU S. Maria della Misericordia, Udine; (2) Istituto Superiore di Sanità, Roma; (3) AOU Ospedali Riuniti, Trieste; (4) A.R.N.A.S., Palermo; (5) IRCCS Istituto Tumori Giovanni Paolo II BARI; (6) ASL BAT, Bari, Andria Trani; (7) IRCCS S. Matteo, Pavia; (8) AUSL, Ravenna; (9) Spedali Civili, Brescia; (10) Arcispedale S. Maria Nuova, Reggio Emilia; (11) Istituto Nazionale Tumori Regina Elena, Roma; (12) Azienda Ospedaliero- Universitaria Careggi, Firenze Purpose: In the framework of the MoH funded project "Problematiche connesse alle esposizioni da radiazioni ionizzanti di operatori e pazienti in Radiologia Interventistica", patient doses for common fluoroscopy-guided procedures in interventional cardiology (IC) and radiology (IR) were collected to investigate the level of radiation protection of patients in Italy. Methods and materials: The IC and IR procedures selected for their potential for skin injuries and their frequency were cardiac procedures including coronary angiography (CA), percutaneous transluminal coronary angioplasty (PTCA), radiofrequency cardiac catheter ablation (RFA) and pacemaker implants (PM); neurovascular angiograms, cerebral embolizations (NE) and carotid angioplasty; abdominal procedures including transjugular intrahepatic portosystemic shunt (TIPS) and hepatic embolization (CHEMB). In total, about 2500 patient data were collected in 11 Italian hospitals with a Medical Physics Dpt (MPD). The preliminary analysis was performed for Kerma-Area Product (KAP) and Cumulative Air-Kerma (CK) at the Interventional Reference Point (IRP). Results: Variation of mean doses for procedures performed in different centres was really high (more than 400% for most of the procedures analyzed), ranging from 20 to 70 Gycm 2 for CA, from 60 to 190 for PTCA, from 20 to 74 for RFA, from 4 to 14 for PM, from 30 to 140 for cerebral angiography, from 90 to 240 for NE; from 40 to 180 for carotid angioplasty and from 100 to 900 for CHEMB. The KAP median values for the whole sample were: 32.0 Gycm 2 for CA, 87.5 for PTCA, 14.3 for RFA, 9 for PM implantation, 70.1 for cerebral angiography, for NE; 52.9 for carotid angioplasty and for CHEMB. The CK at IRP was found to be over 3 Gy in less than 1% of all procedures (e.g.: 66 cardiac procedures, 30 abdominal procedures and 16 NE), exceeding 7 Gy only in few CHEMB. Conclusion: The large variability of patient dose among centres indicates that a number of parameters as equipment performances, KAP meter calibration, operator experience and procedure protocol play a crucial role in the containment of patient dose in IC and IR. On the other side, the small number of procedures at really high dose suggests an acceptable level of optimization in centres where a MPD exists. This national IR survey (the largest in Italy) will provide the first set of reference levels for the most common and high dose procedures.

38 Cumulative radiation dose and radiation risks from medical imaging in patients submitted to endovascular aortic aneurysm repair. D. Lizio 1, M. Brambilla 1, P. Cerini 2, L. Vigna 1, A. Carriero 2, R. Fossaceca 2. (1) Medical Physics Department, University Hospital Maggiore della Carità, Novara, Italy. (2) Radiology Department, University Hospital Maggiore della Carità, Novara, Italy. Introduction: Endovascular aortic aneurysm repair (EVAR) is an established less invasive option for the repair of abdominal aortic aneurysm [1]. The use of fluoroscopy is required during EVAR procedures. After EVAR, patients require ongoing follow-up to ensure that the aneurysm remains excluded. Follow-up regimes based on multislice computed tomography (CT) originated in early registry [2] and randomized clinical trial. The increasing concerns regarding cumulative radiation dose, contrast induced nephropathy, costs and increased demand for CT angiography lead many groups to reconsider the necessity of CT angiography for all EVAR patients [3], the time scheduling of the CT examinations [4], to assess alternatives to CT surveillance such as Duplex ultrasound [5] or contrast enhanced Duplex ultrasound [6] or to explore the feasibility of the reduction of the effective dose associated with each CT scan [7]. The aims of this retrospective, observational study were to quantify the cumulative effective dose (CED) of ionizing radiation in EVAR patients on an individual basis, to calculate the cumulated radiation dose to relevant organs, to assess radiation risks on an individual basis and to evaluate the clinical usefulness of CT follow-up after EVAR. Methods and Materials: We conducted a retrospective study of 147 patients who underwent EVAR procedures in a single university-based vascular surgery center between 15 July 2007 and 30 March Only 71 patients with a follow-up duration 1 year were included in the study. For CT procedures the number of series, the length of coverage per each of the series, the anterior posterior and lateral dimension of the body part being scanned, the kv, pitch, average mas, CTDI vol and DLP were obtained in each patient and in each anatomical region by examining individual examinations and their corresponding dose report in the Picture Archiving and Communication System (PACS) of the Hospital Radiology Department. For conventional diagnostic radiology procedures (plain chest and abdominal/pelvic x-ray), we relied on dose estimates summarized in a recent review [8]. For EVAR procedures radiation doses were measured by the dose area product (DAP) in Gy cm 2 using inbuilt ionization chambers. The installed DAP meters were calibrated by means of an independent DAP-meter (Kerma X- plus Scanditronix-Wellhofer ) with traceable calibration. The effective dose and the organ doses were derived from the DAP data by the PCXMC 1.5 software (STUK (Radiation and Nuclear Safety Authority), Helsinki, Finland). The effective doses and organ doses for CT were estimated using the individual dose reports archived on the PACS and the computational software ImPACT CT PATIENT DOSE CALCULATOR v1.02 (ImPACT, London, UK) which is based on Monte Carlo simulations that uses tissue weighing coefficients as specified by ICRP 103[9]. Procedural frequencies and CED of radiation were calculated for the study population over the study period. CED is expressed for each patient as a summation over the study period (total CED [msv]) and as annual CED [msv per patient year]. The cancer risk resulting from the exposure to ionizing radiation was estimated using the BEIR VII model [10] and the PCXMC 1.5 software. Results: The 71 patients (68 males) were followed for a median of 1.84 years (mean 2.1 years; range years). A total of 149 patient-years was available for follow-up. The mean ± SD age at study entry was 74.4 ± 8.1 years. The average radiation exposure was not significantly correlated with patient s age at study entry (r=0.17; p=0.15). Average annual CED was not significantly different either for sex or for the remaining co-morbid conditions. The median total CED and annual CED were 245 msv and 109 msv per patient-year. The total number of radiological procedures related to EVAR procedure and follow-up in the study period for all patients were 504 and the median (IQR) number of radiological procedures was 3.0 ( ) per patient-year.

39 Figura 1. Cumulative organ doses The median cumulative organ doses (figure 1) were 205, 210, 230, 271 and 286 msv for bone marrow, lung, liver, stomach and colon. The average risk of exposure-induced death (figure 2) was 0.8 % (i.e. odds 1 in 130). The analysis of CT revealed that all the findings related to EVAR outcome and leading to a change in the patient management were visible during the arterial phase of the CT angiography. Figure 2. Radiation risk Discussion and Conclusion: Previous estimates of radiation exposure to patients undergoing EVAR were based on the original protocols of the EVAR trials with a prevision of a preoperative CT, then during postoperative followup at 4-6 weeks, 3-6 months and 12 months and annually thereafter. Differences in the CED estimates can be mainly attributed to the assumptions regarding the CT dose per scan. The present study demonstrated that the yearly radiation exposure is higher than previously estimated with a median annual CED of 104 msv, with 89% of the study population falling in the very high ( 50 msv per year) radiation dose groups and 59% of patient with a total CED >200 msv accrued in less than two years. This is mainly because of the severe underestimation in the previous studies of the contribution of CT exposure: the CT-related CED was estimated based on local acquisition protocols and a fixed effective dose per CT scan which ranged from 5.4 msv to 22 msv, compared with a corresponding average mean of 58 msv per CT examination in our study. It must also be acknowledged that the dose received form a CT scan is dependent on both patient size and scanner radiation output. The radiation risk was thus estimated starting from cumulated doses to organs on an patient specific basis. Although prospective estimates of cancers and cancer deaths induced by medical radiation in a population of

40 patients exposed to low dose (<100 msv) should be considered speculative because of various random and systematic uncertainties embedded in them, it must also be recognized that for EVAR patients we are fully in the range in which there is direct evidence of a statistically significant increase in the risk of cancer, and the corresponding related risks can thus be directly assessed from epidemiologic data, without the need to extrapolate measured risk at lower doses. However, EVAR procedures are performed to mitigate the risk of near-term and even life-threatening events, whereas the potential malignancy risk from radiation exposures is a long-term stochastic concern that can occur decades from exposure. Due to the elevated mean age of EVAR patients, the associated risk may not be of clinical relevance. This fact does not justify complacency about radiation but, given the alternatives, careful selection of radiologic examinations and focusing on dose reduction techniques can greatly reduce the risk to benefit ratio. A mean to reduce radiation exposure due to CT is the reduction in the number of CT scans requested. The results of the analysis lead on the clinical usefulness of CT scan during EVAR follow-up should be interpreted in this context. The results of this study should be interpreted in the context of some limitations. First and most important it was conducted in a single centre while the pattern of use of radiation related procedures and the resulting patient exposure is highly variable depending on both available technologies and clinical practices. Second, the inclusion in the sample population of patients already diagnosed with cancer could be criticized since these subjects may inflate the CED due to therapeutic imaging/monitoring. However cancer did not result a predictor of an increased radiation exposure. This finding can be partly explained by the consideration that EVAR patients are already exposed to a considerable amount of imaging procedures due to the need of follow-up of the implanted prosthesis and their likelihood of being imaged is not further increased when diagnosis of cancer is made. References: 1 EVAR trial participants. Endovascular aneurysm repair versus open repair in patients with abdominal aortic aneurysm (EVAR trial 1): randomised trial. Lancet 2005;365: Eurostar. Stent-graft techniques for abdominal aortic aneurysm repair. European collaborators group. Case record form Verhoeven EL, Oikonomou K, Ventin FC, Lerut P, Fernandes E Fernandes R, Mendes Pedro L. Is it time to eliminate CT after EVAR as routine follow-up? J Cardiovasc Surg 2011; 52: Dias NV, Riva L, Ivancev K, Resch T, Sonesson B, Malina M. Is there a benefit from frequent CT follow-up after EVAR? Eur J Vasc Endovasc Surg 2009;37: Manning BJ, O'Neill SM, Haider SN, Colgan MP, Madhavan P, Moore DJ. Duplex ultrasound in aneurysm surveillance following endovascular aneurysm repair: a comparison with computed tomography aortography J Vasc Surg 2009 Jan;49: Ten Bosch JA, Rouwet EV, Peters CT, Jansen L, Verhagen HJ, Prins MH, Teijink JA. Contrast-enhanced ultrasound versus computed tomographic angiography for surveillance of endovascular abdominal aortic aneurysm repair. J Vasc Interv Radiol. 2010;21: Iezzi R, Cotroneo AR, Giammarino A, Spigonardo F, Storto ML. Low-dose multidetector-row CT-angiography of abdominal aortic aneurysm after endovascular repair. Eur J Radiol.. [Epub ahead of print] 8 Mettler FA, Huda W, Yoshizumi TT, et al. Effective Doses in Radiology and Diagnostic Nuclear Medicine: A Catalog. Radiology 2008; 248: The 2007 recommendations of the International Commission on Radiological Protection: ICRP publication 103. Ann ICRP 2007; 37: Board of Radiation Effects Research Division on Earth and Life Sciences National Research Council of the National Academies. Health Risks From Exposure to Low Levels of Ionizing Radiation: BEIR VII Phase 2. Washington, DC: National Academies Press; 2006.

41 ESPOSIZIONE ALLE RADIAZIONI DA TC MULTISTRATO NEL BAMBINO: RISULTATI DELLA PRIMA INDAGINE NAZIONALE ITALIANA RADIATION DOSES FROM MULTIDETECTOR CT STUDIES IN CHILDREN: RESULTS FROM THE FIRST ITALIAN NATIONWIDE SURVEY D.Origgi 1, C.Granata 2, F.Palorini 1, D.Matranga 3, S.Salerno 3 (1) Istituto Europeo di Oncologia, Milano (2) Istituto Giannina Gaslini, Genova (3) Università degli Studi di Palermo Purpose: The progressive diffusion of Multislice CT (MSCT) has also strengthened the role of CT in paediatric imaging, despite the greater exposure risk compared to adults. This is the first nationwide survey on paediatric dose exposure due to MSCT practice in Italy, and is intended for guiding a national DRL proposal and CT protocol optimization during childhood. Methods and materials: The study was supported by SIRM in collaboration with AIFM. All Italian radiology departments executing MSCT (>16 slices) studies in children were asked to collect data from typical scanning investigations (trauma, infection, staging) in three anatomical regions (head, thorax, abdomen) performed between January and June For each examination, the participating centers recorded the delivered dose in terms of CTDI vol and DLP, that had previously been verified with standard quality assurance tests. The main scanning parameters (tube voltage, current and tube rotation time) were also collected. Descriptive statistics of dose and acquisition parameters including the 75th percentile were derived for each anatomical region and three different age groups (1-5, 6-10 and years). Multivariate analysis was used to investigate how the CTDI vol correlated with the other parameters. Results: The results include a total of 993 single patient examinations collected from 25 radiology departments, 6 of them dedicated to paediatrics. The 75th percentiles of CTDI vol and DLP distributions by three age groups (1-5, 6-10 and years) are respectively: 30.6, 56.4, 58.2 mgy and 504, 852, 985 mgy*cm for the head protocol; 2.5, 3.8, 6.6 mgy and 49, 108, 195 mgy*cm for thorax ; 5.7, 7, 14 mgy and 151, 227, 602 mgy*cm for abdomen. The observed dose indices were quite dispersed mainly for CT studies of the chest, independent of age group. Multiple sequences were acquired in 5.5% of the head, 25.4% of the thorax, and 48% of the abdomen examinations. CTDI vol was positively correlated with patient age. Conclusion: As expected all values are below the Italian DRLs in adults and doses are decreased with decreasing age. However dedicated DRLs are necessary for paediatrics in order to have realistic references to further optimize exposure to different ages and body sizes.

42 Risultati finali della prima indagine nazionale SIRM sulla dose al paziente adulto in esami con Multislice CT Final results from the first Italian SIRM survey on adult radiation doses from Multislice CT exams F. Palorini 1, D. Origgi 1, C. Granata 2, D. Matranga 3, S. Salerno 3 (1) Istituto Europeo di Oncologia, Milano. (2) Istituto Giannina Gaslini, Genova. (3) Università degli Studi di Palermo. Purpose: The introduction of Multislice Computed Tomography (MSCT) has dramatically improved the practice of CT imaging, which has become the most important medical source of population radiation exposure. Despite this progress, the present Italian diagnostic reference levels (DRL), used as guidance for dose optimization, still refer to old European Guidelines of 1999 on single slice CT. This study provides the first nation-wide evaluation of exposure levels from adult MSCT examinations, in view to update the Italian DRLs. Methods and materials: This retrospective multicentre study included 5668 patients from 65 radiology departments (70 MSCT scanners) who had undergone one of six common CT protocols: head, chest, abdomen, chest-abdomen-pelvis (CAP), spine and cardiac. Data included patient characteristics, scanning parameters, volumetric CT dose index (CTDI vol ) and dose length product (DLP) for each scanning sequence. The 75 th percentiles of dose index distributions were calculated for comparison with the present Italian DRLs: 60 and 1060 for head, 30 and 650 for chest, 35 and 800 for abdomen, for weighted CTDI (mgy) and DLP (mgy*cm) respectively. Finally, a multi-regression analysis was used to outline the main factors affecting exposure. Results: The 75 th percentiles of CTDI vol (mgy) and sequence DLP (mgy*cm) for whole head were 69 mgy, 1312 mgy*cm; for chest 15 mgy and 569 mgy*cm; spine 42 mgy and 888 mgy*cm; cardiac 61 mgy and 1208 mgy*cm. In abdomen and CAP protocols multi-sequence exams dominate (71% and 73% respectively) and can be composed by sequences of different length. In those protocols the total DLP, referring to a complete examination, were 2157 and 2115 mgy*cm in abdomen and CAP respectively. For the single abdomen and abdomen-pelvis sequences, instead, we found a CTDI vol of 18 mgy, and a sequence DLP of 555 and 920 mgy*cm; for CAP sequences 17 mgy and 1200 mgy*cm. CTDI vol positively correlated with body mass index. Conclusion: Our results highly differ from the present Italian DRLs, especially in body protocols were much lower CTDI vol were found. Furthermore, although adaptation to patient size was confirmed by our results, the increased use of multi-sequence studies is leading to high patient doses being reached. DRLs should be updated in order to correctly describe the present practice and to prevent a lowering of the attention level. A nation-wide program for optimization and dose limitation of clinical protocols is recommended.

43 Radiodiagnostic procedures in paediatric age: a study of diagnostic pathways and organizing models for the optimization of Computed Tomography (CT) exams and the limitation of unjustified radiation exposures. Procedure Radiodiagnostiche in Età Pediatrica: Studio di percorsi diagnostici e di modelli organizzativi per l ottimizzazione dell utilizzo della Tomografia Computerizzata (TC) e la limitazione delle esposizioni ingiustificate alle radiazioni. F. Triulzi 2, A. Righini 4, P. Colombo 1, D. Corbella 3, G. Grasso 6, M.V. Introini 4-5, M. Maddalo 1-4-7, A. Pola 5, D. Tinelli 4, A. Torresin 1, L. Trombetta 1-4-7, L.O. Vismara 4 (1) A.O. Niguarda Ca Granda, Milano (2) Fondazione IRCCS Ca Granda Ospedale Maggiore Policlinico, Milano (3) ASL Mi 2, Melegnano (4) Ospedale dei Bambini Vittore Buzzi-ICP, Milano (5) Politecnico di Milano (6) Ospedale San Paolo, Milano (7) Università degli Studi di Milano Purpose: Several National and International surveys showed a limited knowledge and perception of physicians and paediatricians towards the risk associated to radiodiagnostic exams, in particular to Computed Tomography (CT). Moreover, several studies highlighted the need of adequate instruments and procedures devoted to the systematic monitoring and control of such activities. In 2010 the Lombardy Regional Government (Italy) approved and funded the PREP project (Procedure Radiodiagnostiche in Età Pediatriche), which aim is to analyze the impact of patient exposure in radiodiagnostic exams, with particular attention to paediatric patients. Methods and materials: PREP project consists of three different Work Packages (WPs): WP1) Professional Training of clinicians, dentists and paediatricians in issues related to the radiological risk and the importance of its communication through the development of a dedicated e-learning (e-l) course; WP2) Analysis of the diagnostic procedures (diagnostic imaging) performed in Lombardy between 2004 and 2011 on the paediatric population (1 million resident in the age group 0-17); WP3) Feasibility study of multicentre system for a systematic data collection and an up to date CT exams monitoring of paediatric procedures. Results: In the framework of WP1 a web-based e-l platform was designed and set up. It includes different courses for clinicians and paediatricians. These courses guide the medical staff through the appropriateness criteria of paediatric radiology and give a valid instrument to support the prescription of radiodiagnostic exams. The WP2 assessed the global trend of each type of examination for different age groups (normalized to the corresponding resident population). As a second step, the time evolution of the number of CT outpatient examinations for different organ sites and different patient age at exposure was analyzed. The trend of the total number of CTs in the observed period resulted to increase of about 6%, but with respect to a specific examination type the behaviour varies significantly. WP3 is still studying the development of a multicenter and real-time monitoring system (DoseMonitor, PacsHealth) with the capability to store and display CT modality output able to define the input for patient organ doses calculation. Conclusion: The PREP project constitutes a valid contribution to all those efforts devoted to increase the appropriateness and the justification in radiodiagnostics, especially paediatrics.

44 Overall effective dose to population by the major medical x-ray examinations categories: a study in Aosta Valley over the period A. Peruzzo Cornetto 1, S. Aimonetto 1, M. Zeverino 1, C. Arrichiello 1, M. Pasquino 2, Teodoro Meloni 1, Santi Tofani 1,2 (1) Regional Hospital U.Parini, Aosta (2) Ivrea Hospital, Ivrea (TO) Purpose: The x-ray diagnostic medical procedures are the first man-made source of radiation exposure for the population. Despite several papers concerning the patient effective dose associated with radiological procedures have been published only few studies have investigated the collective effective dose to population. Aosta Valley represents the smallest and least densely populated north-western Italian Region, with a population of inhabitants and a unique public health structure, consisting of a major hospital, a secondary hospital and eight health centres. For its demographic and socioeconomic characteristics, this Region can be considered representative of the health-care level I countries (with at least one physician per 1000 population). We have recently published different studies [1-4] on the effective dose delivered by the major medical x-ray examination categories to the Aosta Valley population. The aim of the present study is to provide a contextual analysis of these published data allowing for an overall evaluation of collective dose. Methods and Materials: Studies were conducted at the Regional Hospital of Aosta considering 12 digitalconventional radiology units, 2 computed tomography systems, 2 angiography systems and 2 gamma camera systems. Computed Tomography (CT), Conventional Radiology (CR), Interventional Radiology (IR), Nuclear Medicine (NM) and Interventional Cardiology (IC) were retrospectively analyzed over the period (forty-six) different CT protocols were evaluated in terms of the mean effective dose delivered to the standard adult man by means of the software ImPACT CT (ver. 0.99x). The protocol was reproduced on a RANDO Phantom (175 cm tall and 75.3 kg - male, The Phantom Laboratory, Salem, NY) in order to establish the average value of ma to be used in the software. The effective doses were evaluated with the both tissue weighting factors given in reports 60 and 103 of the International Commission on Radiological Protection (ICRP). Most of all of the diagnostic conventional x-ray examinations performed for patients in adult age and children were investigated by the use of exposure data collected from the digital units operating at the radiological department. 23 (twenty-three) diagnostic and therapeutic interventional radiology procedures have been investigated subdivided according to the anatomical regions imaged. We attempt to create a generally valid model for each IR procedure, in terms of setting and of exposure parameters, on the basis of both radiologists suggestions and observational surveys. The patient effective doses were evaluated by the use of the Monte-Carlo-based software PCXMC (ver.2.0) for CR procedures as well as for IR procedures. The administered activities (MBq) for 23 NM procedures allowed to estimate the per-procedure effective dose by the use of the latest activity-to-dose conversion factors (msv MBq -1 ) present in the 106, 80 and 53 ICRP reports. Patient effective doses for 5 typologies of IC procedures, properly modelled in terms of main projections, were evaluated by the use of the Dose-Area-Product (DAP) to-dose conversion coefficients (msv Gy -1 cm 2 ) published by the National Radiation Protection Board. Moreover, data provided by the Radiological Information System and demographic regional information allowed to evaluate the collective and per-capita effective dose stratified by gender and different age levels. Results: These studies allowed for the evaluation of the mean, the median and the variability of specific dosimetric parameters or administered activity for the x-ray examinations categories investigated, that showed a broad range of variability consistent with published data. While conventional radiology was the major frequency-contributor, covering on avergage about 80% of the total number of examinations, CT procedures contributed to about 55% of the collective effective dose during the study period. Per-capita effective dose from diagnostic NM procedures showed a significant reduction (about 20%) from 2005 to 2009, reflecting the analogous decrease of the total number of NM exams. During the study period, the highest per-capita dose was shown in patients older than 60 years of age for both IR and IC high-dose procedures. IC practice contributed a little in terms of frequency (about 1% of the total) but sensibly in terms of effective dose to population, delivering about 11% of the total dose. Farther, IC showed the most relevant increase in the number

45 of procedures (+152% vs. +137%, +78%, +37.4% for IR, CT and CR, respectively). Overall annual per-capita dose increased from 1.4 to 2.0 mainly as a consequence of the increase in frequency of the interventional procedures, whose contribution to the per capita dose has increased from 0.23 in 2005 to 0.69 msv Doses by IC has increased particularly from 2008 onwards mainly because of the introduction of coronary angioplasty procedures in our institution. The percentage contribution in frequency and dose for the medical x-rays examination categories investigated are reported in Figure 1A and 1B. Conclusions: The results provide an overview of almost all the different medical radiological examinations performed in our region. Indeed, it was possible to compare the contribute in frequency and dose for the major medical x-rays examination categories and to evaluate the total dose to population. The age-related dose distributions arising from the study allowed us to take adequate programs of quality assurance and optimization for specific diagnostic procedures in order to optimize the local exposures. Despite the limitations related to the single-local-scenario investigated, the estimated annual per capita dose (i.e., 2 msv for the year 2009) showed a good agreement with literature data in terms of the per capita dose to the world population from medical radiological examination in health-care level I countries. References: [1] P. Catuzzo, Population exposure to ionizing radiation from CT examinations in Aosta Valley between 2001 and Br J Radiol. (2010);83(996): [2] F. Zenone, Effective dose delivered by conventional radiology to Aosta Valley Population between 2002 and Br J Radiol. (2012);85(1015):e [3] A. Peruzzo Cornetto, Interventional radiology at a single Institution over 9 years: a comprehensive evaluation of procedures and an estimation of the collective effective dose. J Vasc Interv Radiol. (2012) 23(12): [4] S. Aimonetto, Exposures from nuclear medicine diagnostic procedures: the dose impact on the Aosta Valley population. Radiat Protect Dosim. (2013), in press

46 Figure 1: Percentage contributes to frequency (A) and collective dose (B) of the major medical x-rays examination categories (Aosta Valley, 2009). A 1.7% 2.4% 0.9% 14.0% Conventional Radiology Computed Tomography Interventional Radiology Nuclear Medicine Interventional Cardiology 81.0% B 11.3% 7.7% 5.3% 23.1% 52.6% Conventional Radiology Computed Tomography Interventional Radiology Nuclear Medicine Interventional Cardiology

47 Differenze negli indici di dose con e senza algoritmo di ricostruzione iterativo in TC e resoconto sull innovativo sistema Dose-Check. CT dose indexes differences with and without iterative image reconstruction algorithm and a overview of the innovative Dose-Check system. F. Bonutti 2, J. A. Soto Salazar 1, G. Brondani 3, S. Codutti 3, D. Iuri 3, S. Meduri 3, F. Spessot 3, R. Vrech 3 and R. Padovani 2. (1) 1st Level Master degree in Clinical Imaging Systems Administrator, University of Milano- Bicocca - Italy (2) Medical Physics Department, University of Trieste - Italy (3) Emergency Radiology Department, University Hospital of Udine - Italy Purpose To assess the impact of iterative image reconstruction algorithm (IR) on patient doses in CT and to illustrate the Dose-Check system, examining advantages and disadvantages. We studied the impact of IR on CT dose indexes in clinical routine and we performed a detailed survey on the Dose-Check operating system, checking the accuracy of the dose indexes expected and delivered and simulating the overcoming of notification values (NV) during a hypothetical activation of the Dose-Check. Methods and materials We analyzed CTDIw, CTDIvol and DLP dose indexes on a sample of 989 scans, performed on two 64 slices CTscanners and regarding the main CT procedures in the clinical practice at the University Hospital Santa Maria della Misericordia of Udine, Italy. For each scan we recorded the main scanning and reconstruction parameters and then we compared the dose indexes from both scanners along with a statistic about the number of scans for each exam. Results Dosimetric differences regarding the same scanner with and without IR In terms of CTDIw, dose reduction due to mere implementation of IR on the same scanner was significant (p<0.05 in all cases) for the following procedures: torax-abdomen -19%, abdomen -17%, chest -17%. Also in terms of DLP the difference was significant (p<0.05 in all cases): torax-abdomen -23%, abdomen -19%, chest -22%. Gap between expected and delivered dose indexes Keeping the same procedure, this gap is minimal: the maximum value of percentage difference is -1,20% for CTDIvol and -1,50% for DLP. Simulation of dose notifications of Dose-Check Brain: 1 scan out of 50 exceeded the NV recommended by the AAPM (CTDIvol=80mGy) Chest: no scan out of 69 exceeded the NV recommended (CTDIvol=50mGy) Cardiac-CT: no scan out of 26 exceeded the NV recommended (CTDIvol=50mGy for the prospective study, CTDIvol=150mGy for the retrospective study)

48 Conclusions The implementation of the IR has resulted in a significant reduction of the dose indexes in the procedures analyzed, without compromise the image quality. Furthermore, the gap between expected and delivered dose indexes resulted to be minimal: for both the scanners analyzed, it does not matter in what terms (CTDIvol or DLP) the notification and alert values of the Dose-Check are set. Finally, simulating the activation of the Dose-Check in our context, would not cause any significant negative effect on the routinely workflow.

49 Radiation-related cancer risks from CT colonography screening L. Moro 1, F. Parisoli 1,2, R. Tancredi 3 (1) Salvatore Maugeri Foundation, Pavia, (2) School of Specialization in Medical Physics, University of Milan, (3) Medical Oncology Unit, Salvatore Maugeri Foundation, Pavia Introduction The decision to expose large numbers of asymptomatic individuals to repeated radiation raises legitimate concerns, although several types of computed tomography (CT) scans, including CT colonography (CTC), have been proposed as new screening tools. The aim of the current study was to estimate the lifetime attributable risk (LAR) of radiation-related cancer from a single CTC screen. Methods and materials Data from 40 patients, 25 women (average age 58.3 year, range year) and 15 men (average age 57.9 year, range year), were collected during routine clinical activity. A unique protocol was used for prone and supine acquisition on a 16-slice GE LightSpeed Pro 16 scanner. Scanning parameters were 120 kv, 0.5 s, pitch Tube current was set manually equal to 50 or 100 ma, according to the anatomy of the patient. Average CTDI VOL, DLP and scan length values for prone and supine acquisition were used to calculate organ dose of a standard patient using ImPACT CT Patient Dosimetry Calculator ver with the ICRP 103 organ weighting scheme. Radiation-induced solid cancer lifetime risk was determined multiplying organ doses to corresponding age- and sex-specific risk factors (Table 12-D-1 of the BEIR VII report). Results Average scan length was 436 mm for prone and 425 mm for supine position. Average CTDI VOL and DLP were 1.9 mgy and 162 mgy cm for women and 180 mgy cm for men in the 50 ma protocol; 3.8 mgy and 332 mgy cm for women and 344 mgy cm for men using the 100 ma protocol. The estimated mean effective dose per CTC screen was 2.1 msv and 4.2 msv using, respectively, the 50 and the 100 ma protocol. The highest LAR values were recorded for colon and bladder cancer incidence with the highest tube current (100 ma). In Table 1 are shown the LAR of radiation-related cancer incidence (per 100,000 screened) following a single CT colonography screen (supine + prone acquisition with 100 ma) at different ages, according to cancer type. Females Males Age Stomach Colon Liver Lung Bladder Prostate Uterus Ovary Table 1 - LAR of radiation-related cancer incidence (per 100,000 screened) following a single CT colonography screen at different ages: according to cancer type

50 In Table 2 are shown the corresponding values of radiation-related cancer mortality. Females Males Age Stomach Colon Liver Lung Bladder Prostate Uterus Ovary Table 2 - LAR of radiation-related cancer mortality (per 100,000 screened) following a single CT colonography screen at different ages, according to cancer type The estimated lifetime risk of being diagnosed with colon cancer was 10.6 cases per 100,000 persons exposed (about 1 in 9500) for the male exposed at age 51 and 7.1 cases per 100,000 (about 1 in 14,000) for the female exposed at age 47. The estimated lifetime risk of being diagnosed with bladder cancer for both the youngest male and female was 8.4 cases per 100,000 exposed (about 1 in 12,000). The LAR values of the other radiation-related solid cancers and for the older patients considered were less than 9.3 cases per 100,000 (about 1 in 11,000). Conclusion Our estimates suggest that the estimated risk of radiation-related cancer concerning our protocols for CTC screening is small, especially when compared to the typical background lifetime risk of developing cancer.

51 Confronto tra SAFIRE e Filtered Back Projection: valutazione della riduzione della dose e della qualità delle immagini CT SAFIRE and standard Filtered Back Projection comparison: evaluation of dose reduction and CT image quality changes F. Zito 1, A. Cortesia 2, P. Basile 3, M. Borroni 3, A. Marchianò 3 (1)Fondazione IRCCS Cà Granda Ospedale Maggiore Policlinico, (2) Università degli Studi di Milano, (3)Fondazione IRCCS Istituto Nazionale dei Tumori;Milano Purpose: SAFIRE (sinogram-affirmed iterative reconstruction) is a new iterative reconstruction algorithm. Aim of this work was to compare with respect to standard filtered back projection (FBP) algorithm the efficacy of SAFIRE on preserving good image quality by reducing dose exposure. For this purpose the phantom Catphan 500 equipped with CTP486, CTP528 and CTP515 modules was first scanned at full dose (200mAs) and then re-scanned at reduced level of exposure. Methods and Materials: All acquisitions were carried out with a Flash 128 MSCT scanner (Siemens) using a singlesource. For acquisition a standard Abdomen protocol was selected: 200mAS, 120 kv, 0.6 mm collimation, 0.6 pitch and 5mm slice thickness. After full dose acquisition the Catphan was rescanned by reducing exposure of 10% (180mAs), 20% (160 mas), 25% (150 mas), 30% (140 mas), 35% (130 mas), 40% (120 mas) and 50% (100 mas). The raw data were reconstructed with FBP-30f (FBP) and SAFIRE with 5 different strengths (S1,S2,S3,S4,S5; higher the strength lower the noise component). On images of CTP486, CTP528 and CTP515 modules, some quantitative parameters were assessed. Signal to noise ratio (SNR), the ratio between average HU/standard deviation(sd), was measured on the central slice of the uniform CTP486 module by drawing 5 different ROIs of 15 mm diameter. On CTP515 number of lesions were visually detected by expert observers and contrast noise ratio (CNR) was also evaluated. ROIs were drawn on 15 mm diameter lesions at 1% and 0.5% contrast and on surrounding background (BKG); HU average values and SD of each ROI were used to calculate CNR as the ratio between (Lesion-BKG)/SD_BKG. Spatial resolution changes were determined as number of line pair distinguishable on CTP528 (lp/cm). Results: SNR and CNR values for all reduced exposures were with SAFIRE S4 and SAFIRE S5 always higher than with FBP full dose and comparable with SAFIRE S1 at 75% and SAFIRE S2 at 65%. Spatial resolution was always 6 lp/cm, not affected by mas or increased SAFIRE strength. At 140 mas (30% lower exposure ) with SAFIRE S5 same number of low contrast lesions (1% and 0.5%) were detected as with FBP full dose. Conclusion: Lower dose images reconstructed with SAFIRE S3,S4 and S5 have higher SNR than FBP. By using 70% of standard current image quality of Catphan maintains comparable characteristics of FBP full dose images. These findings encourage use of SAFIRE to reduce exposure on patient scans.

52 Valutazione dell algoritmo iterativo di ricostruzione e della modulazione dei ma di una CT 128 strati su fantoccio e immagini cliniche Evaluation of the iterative reconstruction algorithm and ma modulation of a 128- row CT on phantom and clinical images A. Mari 1, D. Sanpaolesi 2, L. Oncini 3, S. Maggi 1 (1) A.O.U. Ospedali Riuniti, SOD Fisica Sanitaria, Ancona (2) Università Politecnica delle Marche, Ancona (3) ASUR Marche Area Vasta 3, Ospedale di Macerata, Radiologia, Macerata Purpose: the diffusion of MCT > 64 row and the implementation of iterative reconstruction algorithms impose to re- evaluate the image quality focusing attention to homogeneity for large axial acquisition and the effects of AEC and iterative systems. It could be necessary also evaluate this kind of reconstruction on clinical images Methods and materials: the measures were done on a Philips Brilliance ict. We utilized the Philips water phantoms (diam. from 11 to 30 cm) and a conical elliptical PMMA homemade phantom (diam. from 6 to 42 cm). The images were acquired in the axial and helical mode at 120 kv with dose from 5 to 60 mgy. The AEC evaluation takes in account scan direction and collimation (128x0.625mm, 64x0.625mm). The images were reconstructed with FBP and with idose at 1,3,5 levels. The dose evaluation with the conical phantom was done with TLDs. The analysis of SNR and CNR on the clinical images (head and body) was done varying idose level. Results: the iterative reconstruction reduces noise proportionally with its level without great noise structure variation, also SNR and CNR are increased by idose. Two different sequences of artifacts are cyclically present in axial acquisition changing type from slice to slice and the noise intensity distribution changes from center to periphery. NPS of artifacts confirms that they do not change spatial noise ditribution. The noise reduction by idose 4 limits their impact. With a collimation of 128x0.625, in the OUT- scan, Z- axis modulation does not maintain constant the noise level and the uniformity when the object dimension is rapidly increasing; for the diameter smaller than 18 cm the system maintains a constant level of ma, that is the minimum value of range set up by operator or chosen by DoseRight. In the IN- scan direction and for every collimation, the system provides a fixed mas range ( mas), whether the operator sets manually values with a wider range or uses DoseRight, TLD measurements confirm this feature. In the clinical images, idose 4 increase SNR and CNR proportionally with its level (till over 50% with level 5) with a lightly more effect on body scans. Conclusion: while using axial technique, large collimation or IN- scan, it is necessary to take into account the settings of the AEC. Probably, flying focal spot modality does not maintain uniformity on all the images. Also the efficiency of the AEC appears reduced using the whole detector array and it s seems dependent from the scan direction.

53 CT dose reduction with 80 and 100 kvp without loss of image quality Riduzione di dose in TC a 80 e 100 kvp senza perdita di qualità dell immagine F. Zucconi 1,2, C. Cadioli 1,2, P. E. Colombo 2, A. Torresin 2 (1) Università degli studi di Milano (2) Department of Medical Physics, A.O. Ospedale Maggiore Niguarda Ca Granda, Milano Purpose: to study the possibility of dose reduction, according to patient size, using low tube voltages in Computed Tomography (CT) adult abdominal exams with and without contrast enhancement, keeping the 120 kvp image quality unchanged (Standard Deviation SD and Contrast to Noise Ratio CNR). Methods and materials: to simulate different patient sizes, images of body and head CTDI phantoms and 24 cm PMMA phantom were acquired using the CT scanner Philips Brilliance 64 with different tube voltages (80, 100 and 120 kvp). The SD was measured in order to obtain, for each phantom, the percentage value of mas, with respect to the 120 kvp acquisition, to be used at 80 and 100 kvp not to alter the SD (referred to as mas equivalent). For both cases, an exponential relation between mas equivalent and phantom size was estimated. CTDIw was measured with body and head CTDI phantoms and, according to Nickoloff [1], the exponential relation between CTDIw and phantom size was extrapolated. Assuming the CTDIw to be proportional to the absorbed dose in patient, the mas equivalent was transformed into a dose (referred to as dose equivalent). Iodine contrast agent solutions, with CT numbers in the typical clinical range of contrast enhanced images, were inserted in the holes of the CTDI body phantom and scans were performed at 80, 100 and 120 kvp. For each phantom size and X-ray voltage, the CNR was calculated for contrast enhanced images instead of the SD used for non contrast enhanced images and, as above, mas equivalent and dose equivalent were evaluated in order to have, at 80 and 100 kvp, the 120 kvp scan CNR. Results: dose reduction resulted unattainable in adult abdomen CT protocols using 80 and 100 kvp in non contrast enhanced imaging without loss of image quality with respect to the 120 kvp scan. Conversely, in contrast enhanced images dose reductions ranging from 20% to 40% at 100 kv and from 40% to 70% at 80 kv can be reached, depending on phantom size. Conclusion: dose reduction in dynamic CT studies with low voltages is possible without worsening image quality. Patient size is critical in the determination of the optimal voltage to be used. References: [1] E. L. Nickoloff, Influence of phantom diameter, kvp and scan mode upon computed tomography dose index, Medical Physics (2003) 30 (3),

54 Sviluppo di una applicazione Monte Carlo per il calcolo della dose negli scanner CT Multi Detettore Development of a Monte Carlo application for Dose calculation in Multi Detector CT scanners G. Feliciani 1, A.Ciarmatori 1, G.Lucconi 1, D.Bianchini 2, S.Domenichelli 3, G.Compagnone 3, L. Pierotti 3 (1) Post-graduate School in Medical Physics, University of Bologna, Italy (2) DIMES department, University of Bologna, Italy (3) Medical Physics Department, S.Orsola-Malpighi University Hospital, Bologna, Italy Purpose: the development of a reliable method to calculate organ dose through Monte Carlo simulation in Multi Detector CT (MDCT) scanners including dose modulation protocols. Methods and materials: The first model was developed to simulate a 64 MDCT (GE VCT Lightspeed). SpekCalc spectrum calculator was employed to generate x-ray spectra using data derived from literature. The shape of the beam was evaluated with the COBRA method proposed by McKenney et al 1. to account for different bow-tie configurations. Simulations were carried out following most common clinical protocols through Monte Carlo FLUKA code in both axial and spiral TC operating mode. Recent voxel phantoms and guide lines for organ dose calculation released in ICRP116 were employed. Simulations ran both on a dedicated workstation and on a standard laptop with a number of histories necessary to obtain statistical errors < 1% in larger organs. In air and CTDI measurements necessary for the validation of our model were performed using a pencil beam chamber (Model 10X6 3CT) and a RadCal 9010 electrometer. Results: head and large body bow tie filters evaluations for our GEvct64 are compatible with data found in literature for other scanners. CTDI in air, in phantom measurements and simulations results carried out to test the model agree within 5% so we can rely on a good accuracy for our conversion coefficients. Organ doses were calculated with voxel phantoms for the following protocols: head, thorax and abdomen. Significant differences in organ dose between our method and actual commercial software such as PCXMC-rotation were found with a factor up to 2 while minor differences are present comparing adult male and female phantoms. Conclusion: our method should be a good tool for dose assessment in CT and for CT clinical protocols optimization. It can be extended easily for every MDCT scanner in commerce. Moreover FLUKA-flupix interface runs on windows based PC, this fact could lead to a wider diffusion of the method even if calculation times are not comparable to the actual commercial software. Implementing dose modulation protocols requires precise knowledge of how x-rays are emitted during the scan, given the strong variation of AEC ( Automatic Exposure Control) among different CT models. References: [1] McKenney S. et al, Experimental validation of a method characterizing bow tie filters in CT scanners using a real-time dose probe, Med Phys (2011), 3, 38.

55 Stime di dose assorbita agli organi nell embolizzazione delle arterie uterine: risultati preliminari. Absorbed organ dose evaluation associated with uterine artery embolization: preliminary results. L. Gallo 1, E. Bolla 1, A. Ferretti 1, S. Cesari 1 (1) O. San Giacomo Apostolo ULSS 8, Castelfranco Veneto (TV) Purpose Uterine artery embolization is an interventional radiological procedure for treating symptomatic uterine fibroids. Often patients are beyond the age of 50 years, so optimization is very important to achieve successful intervention with a patient dose as low as reasonably achievable. Aim of this study was to evaluate the mean estimated absorbed doses to ovaries, uterus and skin during uterine artery embolization using pulsed fluoroscopy. Methods and materials This study was conducted on 18 patients who underwent bilateral embolization with calibrated microspheres. Procedures were performed using a flat-panel detector angiography system (GE Innova 4100). Exposure parameters control and insertion of additional adaptive copper filtration inside the beam path were automatic. Options selectable by operator are normal or low dose and pulses or frames per second. For the first 11 patients (group 1), a standard abdomen protocol was applied (30 pulses/s, normal dose fluoroscopy and 2.5 frames/s angiography) and a retrospective analysis of total dose-area product (DAP), total entrance surface dose (ESD) and fluoroscopic time reported by angiographic system DAP-meter was conduced. Subsequently, standard protocol was modified to a low dose protocol (15 pulses/s, low dose fluoroscopy and 2 frames/s angiography) and for remaining 7 patients (group 2), also exposure parameters and settings during all phases of intervention was recorded. Results For group 1: the mean fluoroscopy time was minutes (range ); the mean DAP value was cgy cm 2 ; the mean estimated ESD was 1.5 Gy for a typical source-to-patient distance. For group 2: the mean fluoroscopy time was minutes (range ); the mean DAP value was 5480 cgy cm 2 ; the mean ESD was 0.6 Gy. Exposure data recorded for group 2 permits to evaluate the mean estimated absorbed doses to ovaries (101 mgy; range ), to uterus (103 mgy; range ) and to skin (0.8 Gy; range ). Conclusion Dose to patient reduction (accordingly dose to operator) due both to dose/frame fluoroscopy reduction and shortening fluoroscopy time was observed, as radiologists became more confident with the technique. Further investigation is needed to best estimate mean adsorbed organ dose and to evaluate low dose protocol contribution to dose reduction. References [1] B. Nikolic, Uterine artery embolization: reduced radiation with refined technique, J Vasc Interv Radiol (2001) 12, [2] O. Glomset, Assessment of Organ Radiation Dose Associated with Uterine Artery Embolization, Acta Radiol (2006) 47, [3] M. Sepoval, Uterine Artery Embolization for Leiomyomata: Optimization of the Radiatio Dose to the Patient Using a Flat-Panel Detector Angiographic Suite, Cardiovasc Intervent Radiol (2010) 33,

56 Dose in ingresso (ESD) e Dose efficace (ED) in bambini sottoposti a procedure neuroangiografiche. Carapelli Cecilia 1, Sirgiovanni Stefano 1, Richetto Veronica 1, Madon Eugenia 1 (1) Dipartimento di fisica sanitaria, A.O. Città della salute e della scienza di Torino P.O. OIRM S. ANNA, Corso Spezia 60, Turin, Italy Background e Scopo: Durante le procedure di neuroradiologia sia interventistiche che diagnostiche, i pazienti possono essere esposti ad alti livelli di radiazioni. Sono quindi necessarie considerazioni speciali atte a garantire una maggiore protezione nei bambini, generalmente più sensibili agli effetti negativi dell'esposizione alle radiazioni sia deterministici che stocastici. Pertanto lo scopo primario di questo studio è la valutazione della dose efficace (ED) e della dose in ingresso (ESD) ricevute dai pazienti pediatrici durante le suddette procedure. Successivamente i nostri dati sono stati confrontati con la letteratura per verificarne la correttezza rispetto agli altri centri non disponendo di valori di riferimento a livello nazionale. Le procedure diagnostiche considerate sono principalmente angiografie cerebrali volte a verificare la presenza di ectasie o eventualmente aneurismi, mentre quelle interventistiche sono embolizzazioni degli aneurismi o di malformazioni artero-venose (MAV). Materiali e Metodi : Sono stati considerati 21 pazienti, (11 femmine e 10 maschi, età 7 ± 3 anni, peso 24 ± 10 kg), che sono stati sottoposti a una o più procedure neuroangiografiche (14 di diagnostica, con una media del numero di immagini di 107 ± 53 e tempo di scopia 240 ± 172 s e 11 di interventistica, media immagini di 185 ± 72 e tempo di scopia 620 ± 351 s ) tra il 1 agosto 2011 e il 30 giugno Queste procedure sono state eseguite mediante angiografo biplano Integris system Allura (Philips Healthcare) dotato di camere a ionizzazione trasmissive che permettono di valutare la dose al paziente accumulata durante la procedura in termini di prodotto dose per area (DAP) e air-kerma (K air ) valutate nel punto di riferimento (distanza 15cm dall isocentro del braccio a C) Per valutare e confrontare queste procedure bisogna determinare la dose in ingresso (ESD) e la dose efficace (ED). Durante l esecuzione di ogni esame vengono quindi registrati i valori di esposizione alle radiazioni, K air e il DAP e le altre informazioni necessarie per valutare ESD e ED, quali la data di nascita del paziente, la tipologia della procedura (diagnostica o terapeutica), l altezza (cm) e il peso (kg) del paziente, la modalità scopia (low, medium, high) e il tempo (min), il diametro dell intensificatore di brillanza, il kv, i mas, le proiezioni, il numero di run e quello delle immagini, sono reperibili tramite compilazione modulistica ed eventualmente dall estrazione dall header DICOM. Risultati: La DAP media risulta di 20.5 ± 9.0 Gycm 2 per la diagnostica e 34.3 ± 5.6 Gycm 2 per interventistica. Nel corso delle procedure angiografiche, il paziente viene esposto a radiazioni sia nell'osservazione in scopia che durante l'acquisizione dell'immagine, il K air è il risultato di entrambe queste esposizioni. Con questo K air si stimano i valori ED e ESD. Per valutare ESD a partire dal K air sono stati utilizzati dei fattori di conversione, mediante i quali si ottiene una stima cautelativa poiché non si tiene conto delle diverse proiezioni utilizzate, e quindi della distribuzione della dose in ingresso su più punti di accesso. Vengono solo suddivise in proiezioni sul piano frontale ( PA ) e su quello laterale ( LAT ). ESD risulta quindi ± 54.1 mgy per le procedure diagnostiche e ± mgy per quelle interventistiche. Inoltre per confrontarla con la letteratura, ESD è stata stimata sui due piani risultando in diagnostica pari a 15.6 ± 5.5 mgy in PA e 19.1 ± 9.2 mgy in LAT, e in interventistica 36.0 ± 6.1 mgy in PA e 70.2 ± 26.1 mgy in LAT.

57 Per valutare ED è stato utilizzato il software PCXMC che con simulazione con metodo di Montecarlo permette di stimarla utilizzando i coefficienti ICRP60 e 103. Inserendo il numero di fotoni per la simulazione, l età del paziente, le geometria di irraggiamento, i kv, e a partire dai valori del K air e della DAP si ottiene il valore ED per il distretto di interesse. Il vantaggio di questo software è la possibilità di disporre di fantocci di varie età ( adulto) che possono essere corretti per il peso del paziente al fine di simulare al meglio il soggetto. La ED è risultata essere 3.9 ± 3.1 msv per diagnostica e 7.0 ± 4.2 msv per interventistica, con valori massimi di 9.0 msv per diagnostica e 11.1 msv per interventistica. Conclusione: I nostri valori sono confrontabili con quelli trovati in letteratura. Si osserva inoltre che i valori di DAP aumentano con l età sia per la diagnostica che l interventistica; si passa infatti, in diagnostica, da un valore minimo di 9.3 Gycm 2 per il paziente più piccolo (1 anno) a un massimo 31.5 Gycm 2 per il paziente più grande (12 anni) e interventistica si passa da Gycm 2 (8 anni) a Gycm 2 (15 anni); anche il tempo di scopia varia molto con l età, infatti si passa da 2min54sec a 9min12sec in diagnostica e 3min48sec a 15min06sec per interventistica. Il limite di questo studio è però dovuto al numero esiguo di pazienti (per cui non è stato possibile suddividerli per fascie di età) e di pubblicazioni a riguardo. Inoltre non esistono livelli di riferimento nazionale per queste procedure a livello pediatrico, si ritiene quindi che sarebbe molto interessante estendere questo lavoro ad altri centri italiani per un confronto e una verifica multicentrica, e disponendo di un numero maggiore di dati sarebbe possibile suddividere i campioni per fasce di età. Bibliografia: [1] A.Colin et al., Radiation Dose and Excess Risk of Cancer in Children Undergoing Neuroangiography, AJR December (2009) vol.193 no.6, [2] A.Natalie et al., Pediatric patient surface doses in neuroangiography, Pediatric Radiology Volume 35 Number9 (2005), [3] I.Thierry et al., Radiation dose and cancer risk among pediatrics patients undergoing interventional neuroradiology procedures, Pediatric Radiology Volume 36 Suppl.2 (2006), [4] B J McParland, Entrance skin dose estimates derived from dose-area product measurements in interventional radiological procedures, British Journal of Radiology (1998) 71,

58 Metodi di valutazione dell accuratezza del CTDI nominale in CardioCT. Evaluation methods of nominal CTDI accuracy in CardioCT. S.Strocchi 1, D.Lumia 2, V.Mereghetti 3, C.Fugazzola 5, R.Novario 4 (1) Fisica Sanitaria, A.O. Ospedale di Circolo e Fondazione Macchi, Varese (2) Radiologia, A.O. Ospedale di Circolo e Fondazione Macchi, Varese (3) Corso di Laurea in Tecniche di Radiologia Medica per Immagini e Radioterapia, Università dell Insubria, Varese (4) Dipartimento di Biotecnologie e Scienze della Vita, Università dell Insubria, Varese (5) Dipartimento di Scienze Chirurgiche e Morfologiche, Università dell Insubria, Varese Purpose: Coherently with the rapid technologic evolution of CardioCT, many works has been published in recent years to compare results, both from image quality and from patient dose point of view. The patient dose evaluation has been commonly done using CTDI and DLP values provided by CT devices themselves for the relevant acquisition modalities. As in Cardio CT modern acquisitions the X-ray tube work by pulses, with duty cycles not well known by the user and with ON times shorter than one rotation, we believe that the standard CTDI assessments done by classical quality control protocols do not assure the accuracy of dose values in CardioCT modes. In this work we used two different methods conceived to verify the accuracy of CTDI in CardioCT acquisitions. Methods and materials: The materials used were a multislice CT (Toshiba Aquilion 64 slices), three standard 32cm diameter phantoms, an anthropomorphic torso phantom, an ECG signal generator, a 0,6cm 3 Farmer ionisation chamber, electrometers, CTDI chamber, a service software package of the CT device, spreadsheet software for the analysis. We used two methods to evaluate doses during CardioCT acquisitions. The first is applicable on every CT device. We put three 32cm standard phantoms on patient table. We activated ECG simulator and we connected it to the CT device. We measured Equilibrium Dose (D Eq ) in four different conditions: Cardio Continuous, Cardio Modulated, Cardio Prospective and a standard Thorax protocol. We measured CTDI in standard Thorax protocol. We calculated a conversion factor from true CTDI to D Eq, for standard Thorax conditions. We used this factor to get CTDI form D Eq measurement in the three different cardio acquisition conditions. The second method is applicable only on some CT devices. In fact in this case we relied on a service software (SPAG) which can extract from the CT device electronics instant values of X-ray tube supply (kv and ma). From current waves we evaluated effective CTDI as the weighted mean of CTDI(mA). Results: The CTDI evaluation method from D Eq measurements let us find errors lower than 10% for all the Cardio protocols. The vendor-specific evaluation method found errors in the same range. In all cases the nominal dose values were higher than the evaluated ones. Conclusion: The CTDI methods proposed for the verification of nominal dose values in CTCardio acquisitions let the user be confident about the nominal values commonly used in clinical works.

59 Procedure di ottimizzazione URO-CT in termini di dose e mezzo di contrasto. kvp decrease in uro-ct diuretic phase lower the radiation exposure and enhance contrast-media to tissue ratio. E. Roberto 1, R.Priotto 2, A.Terulla 1, M. Grosso 2, S.Chauvie 1 (1) Medical Physics and (2) Radiology of Santa Croce e Carle Hospital (Cuneo) Purpose: uro-ct is a technique that combines multiphase studies condensing in a single exam the potential of angiography, urography and CT scans, with the advantage of providing fully three-dimensional morphological information and densitometry characterizations. Some open problems of this method are related to the contrast medium (CM) administration, to the number of scans required per exam, to the optimization of the acquisition s parameters and to the post processing techniques. The objective of this study was to optimize the scanning protocol implemented on a Brilliance 64 to lower the radiation dose and reduce the mass of CM to be administered to the patient while maintaining an high diagnostic accuracy. Methods and materials: the standard protocol for the uro-ct examination uses the maximum available collimation of 32x1.25mm, a reconstruction voxel size of 5mm, tube voltage of 120kVp, partially overlapping pitch of 0.9. D-DOM is used as automatic current modulation system with a modulation current set to 300mA on the 3 series: baseline, portal and late. Baseline series can be avoided to the discretion of the doctor. The CM used are Optyray350, Ultravis370 and Visipaque320 (mgi/ml). The iodine program converter establishes volume (ml) and velocity of flow (ml/s) of the contrast agent depending on the different dilution. kvp was reduced 120 to 80 in the late phase. Tissue to MC contrast was compared among different series measuring the HU units in kidneys, ureters and bladder in function of time (0-600s). Results :88 patients of average age 47 years were acquired. 34 were performed with 2 phases (portal and late), 40 with the conventional 3 phases and 6 exams with a 4th excretory phase (14 to 20minutes later), with and Without diuretic. 8 of these patients have been acquired in the late phase (diuretic) with 80kVp. The increase of average contrast on kidneys, ureters and bladder between 80kV and 120kV was 45.9%, 27.4%, 6.6% respectively. The doses calculated through with Zankl-Nagel formalism for the two protocols were 18.8±5.2 and 9.2±4.9 for 120 and 80kVp. Conclusion: Applying a late series with 80kV instead of 120kV halved the effective doses while consequently increasing the contrast among CM and surrounding tissues. This protocol could be used safely in clinical practice with the usual CM dilution or with a higher dilution in patients with difficult venous access or renal failure.

60 Valutazione della dose efficace al paziente in procedure interventistiche con GAFCHROMIC XR-RV3. C.Stancampiano 1, V.Salamone 1,2, C.Cristaudo 3, G.Mannino 1,2, L. Raffaele 1,2, F.Romano 1,2, M.G.Sabini 2,3, C.Tamburino 2, M.L. Valastro 2,3, P.G.Veroux 2, G.C. Ettore 2. (1)Scuola di specializzazione Fisica Medica, Catania; (2)A.O.U. Policlinico - Vittorio Emanuele, Catania; (3) A.O. Cannizzaro, Catania. Le procedure interventistiche guidate da fluoroscopia sono diventate strumenti utili per il trattamento di molte malattie. Tuttavia, la maggiore complessità delle procedure, comporta un aumento della dose in cute e quindi il rischio di effetti secondari, talvolta deterministici. Per questo motivo sono stati sviluppati diversi metodi per stimare la dose in cute ricevuta durante tali procedure. Questi metodi includono: l'uso di dosimetri a termoluminescenza (TLD), di MOSFET, di pellicole radiografiche (EDR) ed infine di film radiocromici. I TLD e i MOSFET richiedono molto tempo per il posizionamento sul paziente ed inoltre, a meno che non si conosca a priori la posizione del campo durante la procedura, la densità di campionamento può rivelarsi insufficiente per individuare le caratteristiche spaziali e le dosi massime. Le pellicole radiocromiche, invece, possono essere posizionate facilmente ed offrono un elevata risoluzione spaziale in quanto ricoprono grandi superfici. A differenza delle pellicole radiografiche, quelle radiochimiche sopracitate, sono auto sviluppanti e non sensibili alla luce visibile, e ciò le rende adatte all utilizzo durante tutte le procedure di radiologia interventistica. La precisione delle misure effettuate con pellicole gafcromiche risultano accettabili per le finalità del lavoro[1]. Le pellicole sono state, comunque, caratterizzate in termini di uniformità e dipendenza da energia e dose rate al fine di valutare la precisione della misura. In questo lavoro sono stati utilizzati i film radiocromici Gafchromic XR-RV3 per valutare la dose effettiva e la dose massima in cute (MSD) in procedure cardiovascolari ed in procedure di chirurgia vascolare. In riferimento alle procedure di cardiologia interventistica, sono stati monitorati tre differenti interventi: coronografia (CVG), angioplastica coronarica (PTCA), protesi valvolari transfemorali e transapicali (TAVI); eseguite presso l unità operativa di Cardiologia UTIC dell Azienda Ospedaliera - universitaria Policlinico - Vittorio Emanuele di Catania. Sono state eseguite anche valutazioni su procedure di chirurgia vascolare, presso l unita operativa di Chirurgia Vascolare dell Azienda Ospedaliera Universitaria Policlinico - Vittorio Emanuele di Catania, monitorando sia PTA standing per malattia vascolare periferica che PTA standing carotide interna. Per rendere le misure statisticamente più significative si procederà monitorando le procedure precedentemente elencate, aggiungendo altre procedure nel campo della cardiologia interventistica come le occlusioni coronariche croniche totali (CTO); aggiungendo inoltre, il trattamento di malformazioni arterio-venose nel distretto encefalico (AVM) presso l unità operativa di Neuroradiologia dell Azienda Ospedaliera Cannizzaro di Catania. Oltre alla registrazione dei parametri di esposizione utilizzati per tutta la durata delle procedure interventistiche seguite (tensione, corrente, tempo di fluoroscopia e numero di immagini), è stata eseguita anche la registrazione del prodotto dose-area (DAP), la cui principale applicazione è rappresentata dalla possibilità di creare un database di valori di riferimento per un ampio panorama di procedure interventistiche, da utilizzare come guida ai fini di un'ottimizzazione delle procedure stesse. La determinazione della dose di ingresso superficiale del paziente in radiologia interventistica, rappresenta una procedura estremamente complessa a causa della molteplicità di fattori che influenzano il valore che essa può assumere. Tali fattori includono non solo le caratteristiche dell'apparecchiatura radiologica utilizzata, ma anche le capacità del paziente di collaborare e le dimensioni del paziente stesso, la tipologia di procedura eseguita ed in ultimo, non per importanza, l'esperienza e la tecnica dell'operatore.

61 In tutte le procedure il gaf e stato sempre posizionato tra il paziente ed il lettino, come mostrato in figura (Fig.1) e lasciato per tutta la durata della procedura. Fig.1 Configurazione di posizionamento della pellicola radiocromica per tutte le procedure analizzate. Le pellicole irradiate sono state lette seguendo il protocollo ISP [2] e analizzate con un programma realizzato utilizzando l ambiente di calcolo Matlab [3], che applica la calibrazione Pixel-Value Dose ottenendo così le mappe 2D, la dose effettiva e la dose massima in cute. In Fig.2 mostriamo un esempio di un immagine ottenuta dalla lettura di un film dopo l irraggiamento durante una procedura di CVG+PTCA e la mappa 2D ottenuta dall analisi. Fig.2 Esempio di un immagine e una mappa 2D ottenuta dalla lettura di una pellicola dopo l irradiazione.

62 In Tab.1 sono riportati il tempo di scopia medio di durata dell intervento, la media del numero di immagini realizzate in scopia e infine la media della lettura della camera DAP. I risultati riportati sono stati calcolati su tutti i pazienti, suddivisi per procedura. Ad ogni procedura sarà assegnato il valore medio di lettura di MSD. Procedura Numero di Tempo scopia esami (min) Num immagini DAP(cGy*cm 2 ) MSD (Gy) CVG 2 7, ,5 1,06 CVG+PTCA 4 8,5 1091, ,7 1,57 TAVI 2 26, ,10 PTA Carotide 2 7,2 141, ,22 PTA Femorale 2 11, ,47 Tab.1 È in fase preliminare uno studio Monte Carlo, sviluppato con il toolkit GEANT4 [4], che, attraverso la simulazione di un fantoccio antropomorfo, permette di ottenere una valutazione della dose equivalente agli organi e della dose efficace partendo dalla misura della dose in ingresso. Lo studio partirà da un Advanced example [5]. [1] A. Niroomand-Rad, et all. Radio chromic film dosimetry: Recommendations of AAPM Radiation Therapy Committee Task Group 55, Med. Phys. 25, (1998); [2] [3] [4] [5]

63 Fantoccio Ibrido Perspex Acqua per Dosimetria su CT Hybrid Water Perspex Head Phantom for CT Dosimetry Eugenio Cefalì 1, Maria Guerrisi 2, Francesco Campanella 3, Nicola Arcadi 4, Giuseppe Sceni 1 (1) U.O.C. Fisica Sanitaria - A.O. Bianchi-Melacrino-Morelli Reggio Calabria (2) Sezione di Fisica Medica, Dipartimento di Biomedicina e Prevenzione, Università "Tor Vergata", Roma (3) INAIL - Dipartimento Igiene del Lavoro Monte Porzio Catone (RM) (4) U.O.C. Radiologia - A.O. Bianchi-Melacrino-Morelli Reggio Calabria Purpose: A new phantom prototype for CTDI measurements has been realized. A standard Perspex head phantom consists of a cylinder with five holes, one of which is positioned at the center and the other four to 1 cm from the border at 12, 3, 6 and 9 clock positions. The new phantom has the same geometry as the standard one, but the cylinder consists of a hollow cylinder, which can be filled with water each time a few minutes before the measurements. Main advantages of the new phantom are: tissue equivalent material, less weight, inexpensive and, as a result, easy portability. Results and Conclusion: The new phantom was tested on two CT multislice tomographs (General Electric - GE OPTIMA CT 660 and Toshiba - Aquilion 16) and a scale factor between CTDI measurements performed with Perspex standard and the new phantom was determined. Preliminary results show that the scale factor is a constant and does not depend on the RX tube energy spectrum and we can say, in conclusion, that the hybrid water Perspex Head phantom could be a good alternative for CTDI measurements.

64 Quantitative comparison of image quality between CT images using standard filtered back-projection (FBP) and images at reduced radiation dose reconstructed with SAFIRE algorithm. M.Poli 1, S. Mazzetti 1, C. Bracco 1, D. Regge 2, M. Stasi 1 (1) Physics Department, Institute for Cancer Research and Treatment, IRCCS Candiolo (TO) (2) Radiology Department, Institute for Cancer Research and Treatment, IRCCS Candiolo (TO) Purpose: Aim of this work is to compare image quality between image acquired at 100% dose and reconstructed with FBP (FBP-full-dose) and low dose images reconstructed using the iterative reconstruction algorithm SAFIRE available on the CT Siemens SOMATOM Definition Flash. Quantitative evaluations of modulation transfer function (MTF), noise, noise power spectrum (NPS), contrast and contrast to noise ratio (CNR) were carried out in order to find the SAFIRE strength-level which would produce equivalent image quality of FBP at 100% dose. Methods and materials: The Catphan 600 consists of 5 cylindrical modules designed to perform various quality tests in tomographic images. The modules of interest for this study were: i) the CTP528 point source module for MTF measurement, ii) the CTP486 uniformity module for noise and NPS evaluation and iii) the CTP515 for contrast and CNR. The three modules of the phantom were acquired with the dual-source CT Siemens SOMATOM Definition Flash using the following technical parameters: single tube acquisition, tube voltage 120 kv, collimation 128 x 0.6 mm, scan time 0.5 s. Automatic exposure control was disabled during all the acquisitions in order to control the delivered dose to the phantom by controlling the tube current exposure. Tube current values were chosen to have a reference scan at 100% dose (200 mas) and 6 reduced dose acquisitions at 90-40%, 10% dose decrease steps ( mas, 20 mas steps). One millimeter slice thickness CT images were reconstructed using both FBP filter B30f and SAFIRE filter I30f at the 5 possible strength-levels for all the seven raw data. The field of view (FOV) was set to 10, 30 and 15 cm for the resolution, uniformity and contrast module, respectively. The MTF was calculated, in according to the method presented by Boedeker [1], as the Fourier Transform of the point spread function (PSF) given by the point source module. The limiting frequency was evaluated as the frequency corresponding to the 10% of the MTF, which is related to the limiting spatial resolution calculated as the inverse of the limiting frequency. Noise was calculated as the standard deviation within a central region of the uniform module and NPS was calculated in according to the subtracted axial-acquired procedure described by Boedeker [1]. Contrast was calculated as the difference between the average CT values within 3 regions of interest (ROIs) centred on the 15 mm cylindrical inserts of each nominal contrast and the average CT values within 3 ROIs placed in the background. CNR was computed, for the three cylindrical inserts, according to the following equation: where and were selected on the cylindrical inserts and the background, respectively, and were the corresponding standard deviations.

65 Results: Image spatial resolution did not depend on the reconstruction kernel applied, both FBP and SAFIRE, neither on the level of the radiation dose. Regardless of the combination of kernel and dose used to obtain the CT image the MTF(10%) was equal to (6.1±0.1)lp/cm, corresponding to a limiting spatial resolution of (1.6±0.1)mm. Depicted in figure 1 is the noise values relative to all the cases evaluated in this study. Maintaining constant the dose level, SAFIRE reduced noise contribution of about 10% per strength level, up to 50% for strength level 5. Furthermore SAFIRE, applied to low dose raw data, led to achieve CT images with noise values equivalent or lower than the FBP-full-dose one. For example noise of B30f at 100% dose was equivalent to the noise of I30f at strength 1 at 80% dose or to the one of I30f at strength 3 at 50% dose. The solid line in Figure 1 underlines the noise value relative to the FBP-full-dose CT image: it is clear that the use of SAFIRE, with strength level 4 or 5, led to spare more than half dose without increasing noise with respect to FBP-full-dose. NPS depends on the SAFIRE strength level selected and to the dose delivered, as shown in Figure 2. NPS behaviour as a function of SAFIRE strength level and dose level was equivalent to the noise one. Figure 2. Image noise obtained in Catphan 600 uniformity module as function of dose and of the reconstruction methods applied (FBP or SAFIRE at 5 strength-levels). The solid line underlines the noise value relative to the FBP-full-dose CT image. Figure 1. NPS of the FBP-full-dose CT image, compared with NPSs of the 80% dose CT images reconstructed with both FBP and SAFIRE (5 strength levels). Contrast values did not depend on the reconstruction kernel used, both FBP and SAFIRE, neither on the level of the radiation dose. SAFIRE led to CNR improvements proportional to the strength: for the investigated kernel I30f the CNR increase was 10% for strength 1, up to 100% for strength 5 with respect to FBP kernel B30f. Conclusion: The application of SAFIRE led to a quantitative improvement of both noise, NPS and CNR, without affecting image spatial resolution. In addition, the application of SAFIRE algorithm was useful to reduce the CT dose up to 50%, while keeping the same resolution, noise, NPS, contrast and CNR of a standard FBP reconstruction. The equivalence between FBP and SAFIRE algorithm, evaluated by quantitative parameters, would give the radiologist an important tool to support the diagnostic work-up, optimizing the protocol choice and the radiation dose level without compromising the diagnostic image quality. Reference: [1] K. L. Boedeker, V. N. Cooper, and M. F. McNitt-Gray, Application of the noise power spectrum in modern diagnostic MDCT: part I. Measurement of noise power spectra and noise equivalent quanta, Physics in Medicine and Biology, (2007), issue 52,

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