Utile valutare la dose Valutazioni per la Radiodiagnostica convenzionale R. Ropolo P. Isoardi Ottimizzazione delle procedure radiologiche Valutazione rischio/beneficio per programmi di screening Valutazione rischio/beneficio per programmi di ricerca Ottemperanza alla legge Rari casi ad personam 1 2 Il D.Lgs Lgs.. 187/2000 impone: Possibili valutazioni la verifica dei livelli diagnostici per tutti i casi in cui sono definiti (art.4, comma 3) l esecuzione di programmi di garanzia della qualità nonché di valutazione della dose al Paziente (art.8, comma2) l esecuzione di periodiche valutazioni dosimetriche per le pratiche speciali (art.9, comma 3) Reale valutazione della dose al paziente o al paziente standard Uso di grandezze che stimano il rischio (Dose efficace, Dose equivalente) Valutazione/misura di descrittori di dose Uso di grandezze correlate che permettano confronto 3 4 SORGENTE Corrente Tempo Tensione Filtrazione PAZIENTE Dose efficace Dose equivalente Dose superficiale SORGENTE Corrente Tempo Tensione Filtrazione PAZIENTE Dose efficace Dose equivalente Dose superficiale Kerma in aria Dose assorbita CAMPO Kerma in aria Dose assorbita CAMPO ALTRO: dimensioni e posizioni campo, dimensioni paziente, distanza ALTRO: dimensioni e posizioni campo, dimensioni paziente, distanza Parametri e grandezze da considerare Dipendenze dai parametri 5 6
La dose dipende da quanti e quali organi sono compresi nel fascio 7 La dose dipende dalle dimensioni del paziente (conformazione) 8 SORGENTE Corrente Tempo Tensione Filtrazione PAZIENTE Dose efficace Dose equivalente Dose superficiale Kerma in aria Dose assorbita CAMPO ALTRO: dimensioni e posizioni campo, dimensioni paziente, distanza La dose dipende dalle dimensioni del paziente (spessore) 9 Dipendenze dai parametri 10 Spettro f(mas) Spettro f(kv kv) 6.00E+07 4.00E+07 5.00E+07 100 kv filtrazione: 2.5 mmal distanza 750 mm 100 mas 200 mas 3.50E+07 3.00E+07 100 mas filtrazione 2.5 mm Al distanza 750 mm 80 KV 100KV 120KV 4.00E+07 300 mas 2.50E+07 Fotoni/mm2 3.00E+07 fotoni/mm2 2.00E+07 1.50E+07 2.00E+07 1.00E+07 1.00E+07 5.00E+06 0.00E+00 0.00E+00 0 20 40 60 80 100 kv 0 20 40 60 80 100 120 KV 11 12
Spettro f(mm Al) Dipendenza dose da mm Al Dose Efficace vs filtrazione (variando KAP)- Torace PA 2.00E+07 0.1 1.80E+07 1.60E+07 1.40E+07 100 kv 100 mas distanza 750 mm 2,5 mmal 3 mmal 3.5 mmal 0.09 0.08 0.07 V = 125 KV I =100 ma e t=0.02 sec DFP 150 cm Profondità cassetta 5 cm Uomo altezza 173 cm peso 70 Kg 0.06 fotoni/mm2 1.20E+07 1.00E+07 8.00E+06 msv 0.05 0.04 0.03 6.00E+06 0.02 4.00E+06 0.01 Campo 35x43 2.00E+06 0 Campo 35x35 0.00E+00 0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 mm Al kv 13 14 Dipendenza dose da kv Dipendenza dose da peso Dose efficace vs KV - Addome Dose Efficace vs peso - Addome 4.5 4 3.5 DFP 100 cm I =200 ma e t=0.5 sec filtrazione = 2,45 mmal Profondità cassetta 5 cm Uomo altezza 173 cm e peso 70 Kg 3.5 3 Campo30x40 Campo 35x43 3 2.5 2.5 msv 2 msv 2 1.5 1 Campo 30x40 0.5 Campo 35 x43 0 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 KV V = 90 KV 1.5 I =200 ma e t=0.5 sec DFP 100 cm filtrazione = 2,45 mmal Profondità cassetta 5 cm 1 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Kg 15 16 Nota Bene FLUENZA DI ENERGIA Le osservazioni fatte sono relative alle variazioni dei singoli parametri. Nella pratica la ricerca di una buona qualità dell immagine porta a modificare in modo complesso i parametri di sorgente. La grandezza di sorgente che contiene tutte le informazioni è la FLUENZA DI ENERGIA L energia portata dai fotoni nel campo di radiazione è espressa dalla fluenza di energia Ψ = dr/da dove dr è l energia radiante entrante in una sfera di sezione da 17 18
SORGENTE Corrente Tempo Tensione Filtrazione Dose assorbita CAMPO PAZIENTE Dose efficace Dose equivalente Dose superficiale Kerma in aria ALTRO: dimensioni e posizioni campo, dimensioni paziente, distanza KERMA IN ARIA Somma delle energie cinetiche iniziali di tutte le particelle cariche prodotte da particelle indirettamente ionizzanti in un dato volume di massa dm ed è legato alla fluenza di energia attraverso il coefficiente di trasferimento di energia massico (µ tr /ρ) del mezzo (nella fattispecie aria): K air = Ψ (µ tr /ρ) air Grandezze di campo 19 20 KERMA IN ARIA A causa del fenomeno di bremsstrahlung non tutta l energia l cinetica dei secondari viene rilasciata localmente ma una frazione g viene trasferita attraverso fotoni: per le energie in gioco in radiodiagnostica tale frazione è dell ordine di 10-4. DOSE ASSORBITA Energia ceduta per unità di massa, legata alla fluenza di energia attraverso il coefficiente di assorbimento di energia massico µ en /ρ del mezzo: D air = Ψ (µ en /ρ) air (µ en /ρ) air = (1-g) g) (µ tr /ρ) air Nelle condizioni di equilibrio di particelle cariche e per le situazioni in cui la frazione di energia persa g è trascurabile, K e D coincidono. 21 22 Dose assorbita (kerma) incidente in aria Dose assorbita (kerma) incidente in aria Dose assorbita (o kerma) ) in aria sull asse del fascio alla distanza fuoco-pelle (FSD). Tali grandezze sono legate alla dose in aria D air (o al kerma K air ) misurati ad una distanza d dal fuoco, dalle relazioni: ID air = D air d 2 / FSD 2 IK air = K air d 2 / FSD 2 Tali grandezze non tengono in considerazione: Radiazione retrodiffusa dal paziente Dimensioni e posizionamento del fascio Non possono essere utilizzate per una valutazione diretta del rischio 23 24
Dose assorbita (kerma) incidente in aria Tali grandezze possono però costituire un parametro di confronto per metodiche in cui non varino dimensioni e posizione del fascio Esistono tabulazioni che per esami radiologici standardizzati forniscono la dose agli organi a partire da esse PRODOTTO DOSE AREA Definita come l integrale l della dose assorbita in aria sull area A del fascio: = A D air (A) da nel caso di fascio uniforme la relazione diventa semplicemente: = D air A 25 26 UNIFORMITA DEL FASCIO PRODOTTO DOSE AREA Importante proprietà invariantiva: Misurabile in ogni posizione 27 28 PRODOTTO DOSE AREA Importante perché contiene informazioni sulla dose e sulla collimazione del fascio. Può essere integrata su esposizioni successive per esami complessi Sono disponibili tabulazioni che forniscono la dose agli organi in funzione del SORGENTE Corrente Tempo Tensione Filtrazione Dose assorbita CAMPO PAZIENTE Dose efficace Dose equivalente Dose superficiale Kerma in aria ALTRO: dimensioni e posizioni campo, dimensioni paziente, distanza Grandezze legate al paziente 29 30
DOSE SUPERFICIALE D INGRESSO Dose assorbita in aria sull asse del fascio nel punto d del paziente, tenendo conto del contributo dovuto alla retrodiffusione, è legata alla dose assorbita incidente in aria dalla relazione: ESD = ID air BSF ID air BSF è il fattore di retrodiffusione Fattore di retrodiffusione Dipende da Qualità del fascio Distretto corporeo irradiato Dimensioni paziente Dimensioni del fascio BSF = 1.2-1.5 Valore indicato da linee guida europee: 1.35 31 32 ENERGIA IMPARTITA (ε) Dose assorbita agli organi non non direttamente misurabile è un indicazione dell energia energia depositata nel paziente e quindi un buon indice della dose efficace viene viene valutata utilizzando un descrittore di dose (,( ESD, D air ) moltiplicato per un fattore tabulato che tiene conto delle caratteristiche del fascio, delle dimensioni del paziente e della proiezione utilizzata. Grandezza raccomandata dalla ICRP come indicatore di probabilità di insorgenza di effetti stocastici Non Non direttamente misurabile Si Si utilizzano metodi matematici o misure in fantoccio per ottenere valori normalizzati a grandezze direttamente misurabili 33 34 DOSE EFFICACE METODI DI MISURA E = Σ R w R Σ T w T D T,R D T,R è la dose assorbita mediata sull organo o tessuto T, dovuto alla radiazione R, w R e w T sono rispettivamente i fattori peso per i tipi di radiazione presente e per i tessuti od organi interessati. Metodi consueti Correzioni per assorbitori (es. tavolo) Corretta taratura della strumentazione Grandezze caratteristiche di ogni tubo e quindi necessità di determinare l output l del singolo tubo per le diverse condizioni d uso d VERA STIMA DEL RISCHIO 35 36
Dose assorbita (kerma) incidente in aria Misura eseguita con c.i. rivelatori s.s. Misura eseguita in aria in un punto rappresentativo dell ingresso al paziente nelle condizioni di esposizione dell esame esame radiologico considerato In alternativa i valori di ID air o IK air, per determinate condizioni di esposizione, possono essere derivati da misure di dose in aria con le opportune correzioni (d, kv) ) eventualmente normalizzate al mas. PRODOTTO DOSE AREA Misura eseguita con camera a trasmissione Particolari attenzioni a: Trasparenza ottica Basso assorbimento (<1%) Posizionamento tale da intercettare l intero fascio (slitta collimatori) 37 38 DOSE SUPERFICIALE D INGRESSO Misura contld Misura diretta con TLD Misura indiretta (misura di dose assorbita incidente in aria corretta per il fattore di retrodiffusione) Linee guida europee ammettono l uso l di entrambi i metodi Posizionamento sulla cute del paziente in posizione centrale del fascio Per ogni procedura radiologica la misura va eseguita su almeno 10 pts (67-73 73 kg) Il valor medio ottenuto è considerato una stima di EDS per il paziente standard 39 40 Misura indiretta Determinazione della dose assorbita incidente in aria ovvero misura di dose in aria (correzioni) Determinazione della dose superficiale STIME DI DOSE Si utilizzano metodi matematici o misure in fantoccio per ottenere valori normalizzati a grandezze direttamente misurabili., ESD, D air E3 E2 E1 41 42
METODO MONTE CARLO Estrazione casuale della direzione e dell energia dei fotoni Determinazione casuale del punto di interazione Determinazione casuale dell evento Attribuzione all organo interessato dell energia rilasciata Determinazione di direzione ed energia di eventuali fotoni scatterati Metodo Monte Carlo 43 44 Fantocci, definizione degli organi Fantocci, modelli (Recentemente organi desunti da immagini TC) 45 MIRD NRPB II 46 MODELLI Metodo ICRP/FDA Fantoccio/metodo MIRD ermafrodita/icrp,fda Cristy ermafrodita/nrpb ADAM, EVA/GSP Gkanatsios e Huda Ranniko et al. Dosi normalizzate a IK ESD, ID, ε Basato su simulazioni M.C. per 8 organi e per 26 esami. Utilizzabile per adulto maschio/femmina, bambini 1-1 5 anni La tabulazione fornisce la dose agli organi per 1 Gy di kerma incidente in aria per diverse dimensioni della cassetta e diverse qualità di fascio 47 48
Pregi e difetti ICRP/FDA PREGI Grande numero esami tabulati Semplicità d uso DIFETTI Notevole discretizzazione dei parametri tabulati Numero limitato di organi Incompletezza delle tabelle Metodo NRPB-I Basato su simulazioni M.C. (20 organi e per 12 esami) Utilizzabile solo per adulto ermafrodita La tabulazione fornisce la dose agli organi in funzione della dose d ingreso superficiale 49 50 Pregi e difetti NRPB-I PREGI Grande numero di organi Semplicità d uso DIFETTI Notevole discretizzazione dei parametri tabulati Numero limitato di esami tabulati Limitatezza delle combinazioni Non distinzione sessi Metodo NRPB-II 20 organi e 23 esami, numerose combinazioni proiezione / formato pellicola Utilizzabile anche per radiologia pediatrica La tabulazione fornisce la dose agli organi in funzione della dose d ingreso superficiale o della Limitazione: calcola dose efficace e non ai singoli organi (dose al feto impossibile) 51 52 Metodo GSF Si differenzia dall NRPB essenzialmente per la zona tiroidea e per le differenze tra ADAM ed EVA Utilizzato in modo specifico per le applicazioni di scopia Valori dati per un numero limitato di spettri ALTRI METODI I I modelli visti: Sono semplici ma limitati a causa della discretizzazione delle tabulazioni Sono stati proposti metodi di stima della dose che interpolano dati tabulati ovvero modelli di tipo adattivo 53 54
Metodo di Gkanatsios e Huda Basato su algoritmo che tiene conto di dimensioni e qualità del fascio, della tensione e del peso del paziente. La dose efficace è calcolata come E = ε (E/ε) 70.9/M Dove i valori normalizzati (E/ε) sono tabulati per diversi esami ed M è la massa del paziente Metodo di Gkanatsios e Huda L energia impartita è data da: ε = ω(z,kv,hvl) dove z è lo spessore del paziente e kv, HVL i parametri di esposizione ed il fattore ω è ottenibile da una funzione lineare del tipo: ω( ( z,kv kv,hvl) = α(z, (z,kv) HVL + β(z, (z,kv) dove α e β sono valori tabulati 55 56 Pregi e difetti Gkanatsios e Huda MAGGIOR PREGIO: Applicabile a 68 proiezioni con un errore < 20% MAGGIOR DIFETTO: Stima direttamente la dose efficace e non permette la stima per i singoli organi Metodo di Ranniko et al. Basato su fantoccio adattivo per cui dimensioni e disposizione degli organi variano in funzione di altezza e peso Determina dose agli organi e dose efficace con algoritmi di proiezione del fascio Non sono disponibili tabulazioni, è disponibile un sw commerciale 57 58 Riepilogo CONCLUSIONI Si sono visti alcuni dei numerosi metodi proposti per le valutazioni di dose Molti modelli sono semplici e con riferimenti facilmente accessibili Le differenze nelle stime possono essere notevoli ma non è possibile indicare un modello gold standard La scelta dipende dalla disponibilità di strumentazione e bibliografia e dal tipo di stima che si intende effettuare La valutazione della dose al paziente non deve essere uno sterile esercizio volto alla ricerca di una precisione estrema Deve essere messa in pratica con metodi semplici ed efficaci che permettano il raggiungimento dei veri scopi radioprotezionistici: L ottimizzazione degli esami radiologici La diminuzione della dose alla popolazione 59 60