Grandezze dosimetriche in mammografia

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Pasquale Caselli
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1 Grandezze Dosimetriche rilevabili per la radioprotezione del paziente in diagnostica per immagini Lucca 10 Febbraio 2009 Grandezze dosimetriche in mammografia Luca Bernardi Barbara Lazzari Managing patient dose in digital radiography Azienda USL3 Pistoia U.O. Fisica Sanitaria ICRP Publication 93 GRUPPO REGIONALE OSCANO Approved by the Commission in November 2003 ICRP 93 Main Points ICRP 93 Main Points With digital systems, an overexposure can occur without an adverse impact on image quality. Overexposure may not be recognised by the radiologist or radiographer. Different medical imaging tasks require different levels of image quality. he objective is to avoid unnecessary patient doses; doses which have no additional benefit for the clinical purpose intended. In conventional radiography, excessive exposure produces a black film and inadequate exposure produces a white film, both with reduced contrast. In digital systems, image brightness can be adjusted post processing independent of exposure level. ICRP 93 RECCOMENDAIONS GRANDEZZE DOSIMERICHE Local diagnostic reference levels should be reviewed when new digital systems are introduced in an operational facility. Frequent patient dose audits should occur when digital techniques are introduced in an operational facility. Esposizione: descrive la capacità dei raggi X di produrre ionizzazione in aria [Ckg -1 ] Roentgen (R) 1R=2, Ckg -1 dq X = dm dq è il valore assoluto della carica totale di ioni di un segno prodotti in aria quando tutti gli elettroni (positivi e negativi) liberati dai fotoni nell elemento di volume dm sono completamente fermati in aria. 1

Fisica Sanitaria ICRP Publication 93 GRUPPO REGIONALE OSCANO Approved by the Commission in November 2003 ICRP 93 Main Points ICRP 93 Main Points With digital systems, an overexposure can occur

2 GRANDEZZE DOSIMERICHE rasferimento di energia al mezzo attraversato da parte della radiazione incidente: D Prima fase: messa in movimento dei secondari carichi (KERMA Kinetic Energy Released to the MAtter; [Gray (Gy); Jkg -1 ] detr K = dm de tr è la somma delle energie cinetiche iniziali di tutte le particelle cariche prodotte da radiazioni indirettamente ionizzanti in un certo elemento di volume di specificato materiale e di massa dm. Seconda fase: secondari carichi depositano l energia attraverso le collisioni che subiscono nel mezzo d ε dm Dose Assorbita: tiene conto dell effetto finale dei processi sopra descritti; [Gray (Gy); Jkg -1 ] = dε è il valore medio dell energia impartita alla materia in un volume infinitesimo di massa dm. Indicatori di rischio da radiazioni ionizzanti Dose Assorbita: non tiene conto della diversità degli effetti biologici indotti da radiazioni di diversa qualità Equivalente di Dose: la dose assorbita viene ponderata con opportuni fattori per tenere conto della diversa qualità della radiazione; [Sievert (Sv); Jkg -1 ] H = Q D D = dose assorbita Q = fattore di qualità della radiazione (per raggi X Q=1) Equivalente di Dose Efficace: introduce un ulteriore fattore di ponderazione relativo all organo o tessuto irradiato; [Sievert (Sv); Jkg -1 ] H E = w H H = equivalente di dose per quel dato tessuto o organo w = fattore di ponderazione relativo a quel determinato tessuto o organo Indicatore di rischio in mammografia European Guidelines for QA in breast cancer screening and diagnosis (4 th edition) E comunemente accettato che la dose assorbita nel tessuto ghiandolare caratterizzi il rischio di cancerogenesi associato all esposizione della mammella. Average Glandular Dose (AGD) è la grandezza dosimetrica normalmente utilizzata in mammografia. [Sievert (Sv)] Non può essere misurata direttamente sulla paziente Il Kerma in aria incidente sulla superficie superiore della mammella (senza backscatter) può essere facilemnte misurato Servono dei coefficienti di conversione che mettano in relazione K con AGD European Protocol for Dosimetry in Mammography EUR EN Average glandular dose (AGD) Non può essere misurata direttamente sulla paziente Il Kerma in aria incidente sulla superficie superiore della mammella (senza backscatter) può essere facilmente misurato Servono dei coefficienti di conversione che mettano in relazione K con AGD 2

volume di specificato materiale e di massa dm.

3 Indicatore di rischio in mammografia Indicatore di rischio in mammografia AGD = K g c s K = KERMA in aria alla superficie ingresso mammella/fantoccio (no scatter) g = fattore correttivo KERMA in aria dose ghiandolare in una mammella con glandularity 50% c = fattore correttivo per la diversa glandularity rispetto al 50% (in relazione all età). s = fattore correttivo qualità del fascio (Mo/Mo, Mo/Rh, Rh/Rh) Dance D R 1990 Monte Carlo calculation of conversion factors for the estimation of mean glandular breast dose Phys.Med. Biol Dance D R 2000 Additional factors for the estimation of mean glandular breast dose using the UK mammography dosimetry protocol Phys.Med. Biol Nuovi materiali anodo/filtro!! (W/Rh; W/Al) Non sono ancora disponibili i corrispondenti fattori correttivi Modello utilizzato per il codice Monte Carlo Modello utilizzato per il codice Monte Carlo Focal spot Distanza fuoco-rivelatore Calcola l energia depositata nel tessuto mammario Compressore Spessore della mammella compressa 16 cm di diametro Visione CC Visione LA 0,1%... 50% % GLANDULARIY 99% di tessuto adiposo Frazione in peso del tessuto ghiandolare, esclusa la cute. Il tessuto ghiandolare e quello adiposo sono distribuiti uniformemente 100% di tessuto ghiandolare 0,5 cm cute Modello utilizzato per il codice Monte Carlo g-factors Il fattore correttivo g è valido per una mammella di 50% glandularity. In linea di principio, oltre che dallo spessore della mammella compressa, g dipende sia dalla coppia anodo/filtro che dai kv. Semplificazione 2 cm... 5 cm cm SPESSORE MAMMELLA COMPRESSA abelle dei fattori g in funzione del SEV (HVL) e dello spessore della mammella compressa. Per gli spettri che venivano usati nel 2000 l approssimazione è inferiore a ± 5% 3

s = fattore correttivo qualità del fascio (Mo/Mo, Mo/Rh, Rh/Rh) Dance D R 1990 Monte Carlo calculation of conversion factors for the estimation of mean glandular breast dose Phys.Med. Biol.

4 g-factors c-factors 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 g-factor HVL [mm 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 Le mammelle reali non hanno una glandularity del 50% I c-factors sono stati calcolati da 0,1% a 100% di glandularity Ampia tipologia di spettri utilizzata rispetto a considerare solo il 50% di glandularity: variazione con HVL 0,1 0, spessore mammella compressa [cm] c-factors vs breast 0,35 mmal of HVL c-factors vs breast 0,45 mmal of HVL Dance D R 2000 Additional factors for the estimation of mean glandular breast dose using the UK mammography dosimetry protocol Phys.Med. Biol Dance D R 2000 Additional factors for the estimation of mean glandular breast dose using the UK mammography dosimetry protocol Phys.Med. Biol c-factors vs 5 cm breast thickness Breast glandularity Che glandularity deve essere considerata per il calcolo della AGD? 4

c-factors vs breast thickness @ 0,35 mmal of HVL c-factors vs breast glandularity @ 0,45 mmal of HVL Dance D R 2000 Additional factors for the estimation of mean glandular breast dose using the UK

5 S-factors W/Ag spectra S Max Error Mo/Mo % Mo/Rh % Rh/Rh % Rh/Al % W/Rh % Nuovi materiali anodo/filtro (W/Ag; W/Al) Non sono ancora disponibili i corrispondenti fattori correttivi No of photons Energy kev W/Ag s-factor vs Ag thickness S-factor for W/0.5 mm Al Detailed study: µm Ag S= Max fractional error 4.6% Very wide spectra with low filtration HVL strongly influenced by low energy part of spectrum Penetration through breast influenced by high energy part of spectrum Not possible to have a single s-factor S-factors for W/Al ypical glandularity ranges only Standard breasts s-factor 1,3 1,2 1,1 1 0,9 Maximum variation for fixed thickness is ±3% Breast thickness cm Per I controlli di qualità e per interconfronti, serve un fantoccio Il fantoccio deve essere semplice, riproducibile e poco costoso (PMMA) Deve essere approssimativamente equivalente a una mammella compressa. 5

$thickness S-factor for W/0.5 mm Al Detailed study: 50-75 µm Ag S= 1.042 Max fractional error 4.$

Corrispondenza tra Mammella e PMMA Dati sperimentali PMMA CC Average Glandular Dose vs PMMA thickness PMMA thickness (cm) 10 8 6 4 2 Equality PMMA AGD [mgy] 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 PMMA AGD

6 Corrispondenza tra Mammella e PMMA Dati sperimentali PMMA CC Average Glandular Dose vs PMMA thickness PMMA thickness (cm) Equality PMMA AGD [mgy] 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 PMMA AGD console A/F kv mas AGD [cm] acc 2 Mo/Mo ,94 achiev 3 Mo/Mo ,18 Measured data 4 Mo/Rh ,59 4,5 Rh/Rh ,81 5 Rh/Rh ,88 6 Rh/Rh ,08 6,5 Rh/Rh ,21 7 Rh/Rh 30 0, Breast thickness (cm) 0, PMMA [cm] Sechopoulos I, Radiation Dose to Organs and issues from Mammography: Monte Carlo and Phantom Study Radiology, 246(2) Feb Dose to organs per Unit Glandular Dose to the imaged Breast in CC View Conclusioni La Dose Ghiandolare Media (AGD) è l indice dosimetrico comunemente accettato come rappresentativo del rischio da radiazioni ionizzanti in seguito ad irraggiamento della mammella. La AGD viene anche presa come indice guida per la stima della dose agli altri organi in seguito ad una mammografia bilaterale standard Sono ben codificate e condivise le procedure per la misura o per la stima della AGD rendendo possibile confronti dosimetrici accurati sia a livello locale che internazionale Conclusioni Nell header Dicom di immagini MG da sistemi digitali diretti sono già previsti dei campi che riportano: kv, mas, anodo, filtro, spessore mammella compressa. Il sistema RIS devono per forza contenere in formato elettronico i dati relativi alla diagnostica nella quale è stato eseguito l esame e l anagrafica della paziente (età). GRAZIE PER L AENZIONE! Luca Bernardi Disponendo della caratterizzazione dosimetrica della sorgente (Kerma in aria per diversi kv e per le diverse accoppiate anodo/filtro). E possibile pensare ad una procedura automatica che permetta il calcolo della AGD in tempo reale per ciascuna esposizione per singola paziente integrato nel sistema RIS- PACS. l.bernardi@usl3.toscana.it b.lazzari@usl3.toscana.it 6

30 0,00 2 4 6 8 10 Breast thickness (cm) 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 PMMA [cm] Sechopoulos I, Radiation Dose to Organs and issues from Mammography: Monte Carlo and Phantom Study Radiology, 246(2) Feb 2008

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