Valutazione dei parametri fisico-tecnici e stato di diffusione della tecnologia digitale

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1 Torino, 12 giugno 2008 Risultati del programma regionale di screening mammografico Valutazione dei parametri fisico-tecnici e stato di diffusione della tecnologia digitale Veronica Rossetti Andrea Peruzzo Cornetto SC Fisica Sanitaria 2 - S. Giovanni A.S. Torino Centro di Riferimento Regionale per la qualità fisico-tecnica in screening mammografico

2 LINEE GUIDA EUROPEE

3 Linee guida CE IV ed. (2006) Scopo principale: stabilire gli standard per screening e mammografia digitale. Limiti riportati: ove possibile derivati da mammo S/F. Le performance del digitale devono essere almeno = a S/F! Molti limiti sono PROVVISORI

4 Linee guida CE IV ed. (2006)

5 Linee guida CE IV ed. (2006) A acquisizione Gruppi Europei ACRIN DMIST trial QC QC test ditte AAPM TG 10 (CR) AAPM TG 18 (2005) C visualizzazione

6 Linee guida CE IV ed. 1. ACQUISIZIONE IMMAGINE GENERATORE E TUBO RADIOGENO (come analogico) STESSI CQ CAE RICHIESTA PRESENZA

7 Linee guida CE IV ed. 2. VALUTAZIONE Q. I. 1. SOGLIA DI CONTRASTO IN MOD. CLINICA 2. QUALITÀ IMMAGINE PER SPESSORI N.B. sempre su immagini non processate (RAW) problema x sistemi a CR

8 Linee guida CE IV ed. 3. DOSIMETRIA ANALOGICO ESAK D.O. DIGITALE ESAK? ALARA Almeno dose non superione a S/F in termini di dose ghiandolare (AGD)

9 Linee guida CE IV ed. 4. RIVELATORE 1. FUNZIONE DI RISPOSTA 2. VALUTAZIONE DEL RAPPORTO SEGNALE/RUMORE E CONTRASTO/RUMORE 3. TESSUTO MANCANTE VS PARETE TORACICA 4. PIXEL DIFETTOSI 5. OMOGENEITÀ DEL RIVELATORE 6. FADING (CR) 7. GHOST

10 Linee guida CE IV ed. 5. VISUALIZZAZIONE IMMAGINE 1. MONITOR 2. STAMPANTI Rif. AAPM TG 18 ASSESSMENT OF DISPLAY PERFORMANCE FOR MEDICAL IMAGING SYSTEMS (2005)

11 PANORAMICA

12 mammografia digitale rivelatori dedicati rivelatori a cassette CR in movimento stazionari Slot scan Single photon counting conversione diretta (a-se) conversione indiretta (CsI con read out matrice a-si)

13 CR - esempi commerciali (ex Kodak) DIRECTVIEW CR REGIUS PureView Mammography System

14 Rivelatori a flat panel - CsI

15 Esempio commerciale (CsI) Senographe 2000 D - DS

16 Rivelatori a flat panel a-sea Lo scintillatore viene sostituito dal Selenio amorfo che converte i raggi X (produzione lacune ed elettroni) Applicazione di campo elettrico ( 10 V/µm) Il sistema di readout rimane una matrice di TFT a-si

17 esempi commerciali (a-se) LORAD, Siemens, IMS, Planmed

18 Rivelatori a scansione, indiretti a a slot scan Sistema commerciale: SenoScan ESEMPIO ORMAI INUTILE

19 Rivelatori a scansione, diretti a single photon counting Sistema commerciale:

20 IPOTESI DIGITALIZZAZIONE REGIONALE 2007

21 IPOTESI DIGITALIZZAZIONE REGIONALE siti per l esecuzione l dello Screening in: 9 aree logiche regionali di cui una sarà il Centro di riferimento 2 centri di refertazione con due postazioni per la visualizzazione e refertazione degli esami per ogni area logica. Legenda Centro di refertazione Area Logica regionale Centro Principale

22 IPOTESI DIGITALIZZAZIONE REGIONALE 2007 già raccontato l anno l passato Su questa ipotesi di digitalizzazione nulla di nuovo a NOSTRA conoscenza. SENZA INTERVENTO DELLA REGIONE A OGGI: I I centri dell ASL AL (tutti digitalizzati con CR Fuji) hanno già loro PACS aziendale. OGNUNO PER SE PROBLEMI DI CONNETTIVITA??!! Zona Zona ex ASL 13 e 14 (VCO) ha suo PACS. Zona Zona di Novara lo sta progettando.??!! Dovranno prevedere una parte dedicata al Programma di screening

23 DIFFUSIONE DEL DIGITALE IN PIEMONTE 2008 analogico&digitale 2007 in Piemonte analogico&digitale in Piemonte 31% 20% 2% 2% 78% 67% SF CR DR SF CR DR

24 Altri DR che dovrebbero entrare nel Programma I I Centro di Screening VSF in acquisizione ASL TO 1 Ospedale Evangelico Valdese: 2 IMS DR -anodo W Ospedale Martini: Lorad Hologic - anodo Mo CPA in acquisizione

25 CRR & DIGITALE CERCHIAMO DI NON FARCI COGLIERE IMPREPARATI Misure su tutte le macchine che riusciamo a intercettare per: Analisi approfondita dei parametri fisici (statistica) Confronto tra macchine con diverse tecnologie (anal vs dig, dig vs dig) Nuovi acquisti fatti con cognizione di causa Partecipazione a gruppo mammo DR AIFM per valutazione limiti delle LG Europee

26 V Congresso Nazionale AIFM Castelvecchio Pascoli (LU) Settembre, 2007 VALUTAZIONE DELLA DOSE GHIANDOLARE MEDIA IN MAMMOGRAFIA ANALOGICA E DIGITALE

27 INTRODUZIONE DOSE GHIANDOLARE MEDIA (AGD- Average Glandular Dose) GRANDEZZA RICONOSCIUTA A LIVELLO INTERNAZIONALE COME PARAMETRO INDICATIVO DEL RISCHIO RADIOLOGICO ASSOCIATO ALL ESAME MAMMOGRAFICO INDICE FONDAMENTALE, ASSIEME ALLA QUALITA DELL IMMAGINE, PER DEFINIRE IL LIVELLO DI OTTIMIZZAZIONE DELL ESAME GRANDEZZA COMPLESSA, NON DIRETTAMENTE MISURABILE

28 DOSE GHIANDOLARE MEDIA (AGD) (cfr. Linee guida europee EUREF 2006) AGD = ESAK g c s g fattore di conversione kerma in aria-dose ghiandolare (spessore della mammella compressa, SEV, Mo/Mo, mammella composta da 50% di ghiandola) c variazioni della percentuale di tessuto ghiandolare s spettro energetico (accoppiamento anodo/filtro) (spessore della mammella, SEV, età)

29 SCOPO DELLO STUDIO 1. REALIZZAZIONE DI UN PROGRAMMA PER LA AUTOMATIZZAZIONE DEL CALCOLO DELLA GRANDEZZA AGD. 2. CONFRONTO DATI PROVENIENTI DA ESAMI EFFETTUATI CON APPARECCHIATURE ANALOGICHE E DIGITALI (DR).

30 MATERIALI E METODI 3 Analogici: IMS, Giotto Image GE, Senographe DMR SIEMENS, M3000Nova MAMMOGRAFI (clinica) (clinica) (screening) Utilizzano stessa sviluppatrice e accopp. schermo/film, DO netta = 1,70 3 Digitali: GE, Senographe 2000D, conv. indiretta (CsI) (clinica) IMS, Giotto Image SDL, conv. diretta (a-se) (clinica) HOLOGIC, Lorad Selenia, conv. diretta (a-se) (screening) Immagini dei mammografi analogici e digitali usati per la clinica ca vengono refertate dallo stesso gruppo di medici CQ SUPERATI, Rif.quarta edizione linee guida europee, 2006!! Limiti ancora provvisori!!

31 MATERIALI E METODI MISURA DEL KERMA IN ARIA Camera piatta Radcal 6cc: posizionata nella zona di riferimento misure per tutti gli accoppiamenti anodo/filtro ed energie utilizzati in clinica Curve di rendimento mgy/mas per ciascuna macchina a distanza nota RACCOLTA DATI DONNE Raccolti N 50 esami/ mammografo N esposizioni/mammografo = 200 (50 x 4 proiezioni) 1200 totali Parametri esposizione (kv, mas, accopp. anodo/filtro) + età e spessore mammella (calcolo AGD) Mammografi digitali: file DICOM estrazione dati con plugin ImageJ Dati registrati in foglio di lavoro Excel (standard campagna dosimetrica screening Regione Piemonte)

32 MATERIALI E METODI PROGRAMMA STIMA AGD REALIZZATO CON SOFTWARE MATLAB Dati Input : - Foglio di lavoro Excel modificato con MACRO - Coefficienti delle curve di rendimento - DFPiano e DFCamera Elaborazione dati : - Pazienti in due fasce di età: e anni differenti fattori correttivi - Ghiandolarità media mammelle per proiezioni CC - SEV per ciascuna esposizione - ESAK (Entrance Surface Air Kerma) - ESD (Entrance Surface Dose) - Calcolo dei fattori g, c e s necessari per la stima AGD (fasce età) - Calcolo AGD per ciascuna esposizione Dati Output : Dati Output : - Matrici di dati elaborati, anche divise per fasce di età, facilmente esportabili, come file ASCII, per ulteriori elaborazioni

33 RISULTATI E DISCUSSIONE - 1 RISULTATI RELATIVI AI MAMMOGRAFI DIGITALI E ANALOGICI (1200 esposizioni)

34 RISULTATI E DISCUSSIONE - 1 ANALISI : T- TEST (α = 1%) per valutare differenza dei valori medi delle distribuzioni di Spessore mammella compressa e di Dose ghiandolare media. DISTRIBUZIONI SPESSORE: media ~ 45 mm

35 RISULTATI E DISCUSSIONE - 1 ANALISI : T- TEST (α = 1%) per valutare differenza dei valori medi delle distribuzioni di Spessore mammella compressa e di Dose ghiandolare media. DISTRIBUZIONI AGD:

36 RISULTATI E DISCUSSIONE - 1 AGD STIMATA: ANALOGICI DIGITALI % VALORI MEDI (mgy): VALORI MEDIANI (mgy) : 1,92 σ = 0,80 1,71 σ = 0,61 11 % 1,75 1,59 9 % VALORI 3 3 QUARTILE (mgy) : 2,40 2,01 16 %

37 RISULTATI E DISCUSSIONE - 2 RISULTATI RELATIVI ALLE DISTRIBUZIONI DI AGD STIMATE PER TUTTI I MAMMOGRAFI ANALOGICI DIGITALI

38 RISULTATI E DISCUSSIONE - 3 RISULTATI RELATIVI AI MAMMOGRAFI CHE FORNISCONO LE DOSI MINORI STIMATE: M3000 Nova (ANALOGICO) vs GIOTTO IMAGE SDL (DIGITALE)

39 RISULTATI E DISCUSSIONE - 3 ANALISI : T- TEST (α = 1%) per valutare differenza dei valori medi delle distribuzioni di Spessore mammella compressa e di Dose ghiandolare media. DISTRIBUZIONI SPESSORE:

40 RISULTATI E DISCUSSIONE - 3 ANALISI : T- TEST (α = 1%) per valutare differenza dei valori medi delle distribuzioni di Spessore mammella compressa e di Dose ghiandolare media. DISTRUBUZIONI AGD:

41 RISULTATI E DISCUSSIONE - 3 AGD STIMATA: ANALOGICO DIGITALE % VALORI MEDI (mgy): VALORI MEDIANI (mgy) : VALORI 3 3 QUARTILE (mgy) : 1,72 σ = 0,71 1,47 σ = 0,74 15 % 1,59 1,27 20 % 2,10 1,51 28 %

42 RISULTATI E DISCUSSIONE - 4 STIMA DEI VALORI DI ESD PER TUTTI I MAMMOGRAFI DELLO STUDIO ANALOGICI DIGITALI

43 RISULTATI E DISCUSSIONE - 4 ESD STIMATA: VALORI MEDI : 1. ANALOGICI : GE SENOGRAPHE DMR 12,42 mgy GIOTTO IMAGE 11,25 mgy ECCEDONO LDR (10 mgy) FUNZIONALE AL RAGGIUNGIMENTO DELLA D.O. UTILIZZATA IN REFERTAZIONE 2. DIGITALI : INFERIORI A LDR

44 CONCLUSIONI 1. L IMPIEGO DI UN PROGRAMMA AUTOMATIZZATO PER IL CALCOLO DELLA AGD PERMETTE DI OTTENERE RAPIDAMENTE E IN MODO RIPETIBILE LA STIMA DELLA DOSE. TALE PROGRAMMA E E GIA STATO IMPIEGATO PER L ANALISI DEI DATI DOSIMETRICI REGIONALI E STATO OTTIMIZZATO PER L APPLICAZIONE L AI FILE DICOM DERIVANTI DA MAMMOGRAFI DR DI TUTTE DITTE. 2. L ANALISI L DEI RISULTATI OTTENUTI HA EVIDENZIATO COME, IN MEDIA, LE DOSI DERIVANTI DA ESAMI ESEGUITI CON TECNOLOGIA ANALOGICA SIANO SUPERIORI DEL 10-15% RISPETTO A QUELLE DERIVANTI DA ESAMI ESEGUITI CON TECNOLOGIA DIGITALE (DR).

45 ...LAVORO PROSEGUE si stanno diffondendo sul territorio macchine digitali con accoppiamento ANODO/FILTRO da Mo e Rh In particolare rivalutazione ANODO in W - filtrato Rh - filtrato Ag EFFICIENZA DEL RIVELATORE a-sea MAX PER TALI SPETTRI

46 ANODI W: NUOVE MISURE qualche PROBLEMA TENSIONE (kvp) : NON ESISTE IN COMMERCIO STRUMENTAZIONE ADATTA A QUESTA ENERGIA FIDARSI DELLE MISURE EFFETTUATE IN REMOTO DALLE DITTE (Oscilloscopi) ARRIVERANNO A BREVE TUBI A BASSO RENDIMENTO (µgy/mas):( VALORI DI RIFERIMENTO DEL PROTOCOLLO NON RISPETTAT MA DOSE SCENDE ULTERIORMENTE

47

48 AGD m : -30/40%!

49 CFR. W-Mo W DIGITALE IMS AGD STIMATA per 100 pazienti: W Mo % VALORI MEDI (mgy): VALORI MEDIANI (mgy) : 1,25 σ = 0,42 1,47 σ = 0,74 15 % 1,15 1,35 15%

50 1. DR : CONCLUSIONI GENERALI DOSI MINORI FACILITA GESTIONE IMMAGINI CQ: OPPORTUNITA DI AUTOMATIZZARE CON SOFTWARE AD HOC AUSPICABILE UNA MAGGIORE DIFFUSIONE SU SCALA REGIONALE, COME PREVISTO DA Hp. DIGITALIZZAZIONE 2. CR : IN ATTO GIRO DI MISURE SU SCALA REGIONALE INI MERITO A Q.I. E DOSE RISULTATI NEL 2009 REFERTARE A MONITOR!! STAMPANDO E REFERTANDO SU PELLICOLA SI PERDONO VANTAGGI DI AVERE IMMAGINI DIGITALI

51 A. Modigliani, nudo sdraiato (1917) GRAZIE PER L ATTENZIONE

52 Rivelatori a scansione indiretti (Slot scanning systems) Dati acquisiti scansionando la mammella simultaneamente con un fascio molto collimato e un rivelatore Fischer Senoscan: Rivelatore a CsI 10 x 221 mm accoppiato con fibra ottica e CCD Risoluzione spaziale : 54 µm per 21x29 cm 2 A. Noel, F. Thibault Digital detectors for mammography: the technical challenges, Eur Radiol (2004) 14:

53 Rivelatori a scansione indiretti Lungo t di scansione x intera mammella (5-6 s) Breve t di scansione per ogni punto (200 ms) Necessaria sincronizzazione precisa! Tubo con anodo W (3422 invece di 2623 C di Mo) No problem per mancanza picco caratteristico data ottima soppressione di scatter con slot scan Problemi di rumore A. Noel, F. Thibault Digital detectors for mammography: the technical challenges, Eur Radiol (2004) 14:

54 Rivelatori a scansione indiretti Sistema commerciale: SenoScan ESEMPIO ORMAI INUTILE

55 Rivelatori a scansione diretti A SINGLE PHOTON COUNTING Detector che rivelano e contano i singoli fotoni. Tecnica proveniente dalla fisica delle alte energie: detector a multi slit formati da microstrip di silicio o arseniuro di gallio a conversione diretta.

56 Rivelatori a scansione diretti a single photon counting fotoni X generati da tubo in movimento incidenti su microstrip di Si cristallino vengono convertiti direttamente in segnale elettrico segnale utilizzato per contare i fotoni incidenti inviato al processore

57 Rivelatori a scansione diretti a single photon counting Intensità di segnale n di fotoni contati e NON a loro energia Introduzione di cut off x eliminare noise del detector e dell elettronica Unica fonte di rumore: fluttuazione poissoniana dei fotoni incidenti (sistema quantum limited) Elettronica di read out complessa

58 Rivelatori a scansione diretti a single photon counting Sistema commerciale:

59 Single photon counting detectors Mammografo SECTRA

60 Rivelatori a scansione diretti a single photon counting Tubo: sottoposto a notevole carico - > W/Al Assenza di griglia antiscatter Dosi molto minori Risposta del Si: lineare con range dinamico infinito Dimensione pixel: 50 µm

61 Rivelatori a scansione diretti a single photon counting SVANTAGGI tempi di acquisizione lunghi -> artefatti da movimento SW di elaborazione e visualizzazione dell immagine: ancora insufficiente Costi elevati Dimensioni dell immagine: 50 MB Alta risoluzione Basso rumore VANTAGGI Dosi molto basse (non c è la griglia, a/f W/Al) Assenza di ghost