CT - Αξονική Τομογραφία Αποτελέσματα ελέγχων ΕΕΑΕ Δοσιμετρία Εφαρμογή Πρωτοκόλλων

CT - Αξονική Τομογραφία Αποτελέσματα ελέγχων ΕΕΑΕ Δοσιμετρία Εφαρμογή Πρωτοκόλλων Κ.Ι. Χουρδάκης Αθήνα 23.05.2009

Έλεγχοι Ακτινολογικών, 2008 900 800 700 600 Κιν Α/Σ; 31; 5% Ορθαπαν; 66; 11% Α/Λ; 91; 15% 500 400 300 Έλεγχοι Αιτήσεις Κιν Α/Γ; 57; 9% Α/Σ; 101; 16% 200 100 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 DPX; 92; 15% Α/Σ; 4; 1% CT; 59; 9% Αγγειο; 17; 3% Mammo; 105; 16%

CT scanners στην Ελλάδα : Σύνολο 341 Toshiba; 51; 15% Other; 5; 1% GE; 75; 22% % Multi Slice CT στην Ελλάδα : 33% του συνόλου (114 / 341) Siemens; 117; 34% Picker; 26; 8% Philips; 67; 20% Toshiba 13% Other 1% GE 14% Philips 13% Picker 0% Siemens 59%

Αξονικοί τομογράφοι πολλαπλών τομών Συνεχής περιστροφή (spiral) 64, 124, 256, εικόνες ανά περιστροφή 3D imaging Υψηλές Δόσεις στους εξεταζόμενους Ποικιλομορφία εφαρμογών νέες εφαρμογές

Δομή παρουσίασης Προβληματισμοί σε σχέση με τους Multi Slice CTs (απεικόνιση, διαστάσεις δεσμών, δόσεις εξεταζομένων) Δοσιμετρία Ορισμοί δοσιμετρικών μεγεθών Στοιχεία βαθμονόμησης θαλάμων «Συνοπτικά» αποτελέσματα της ΕΕΑΕ για CT

Αξονικοί τομογράφοι πολλαπλών τομών Η αξονική τομογραφία είναι εφαρμογή υψηλής δόσης Προβληματισμοί σε σχέση με τους MSCT Η συχνότητα πραγματοποίησης τέτοιων εξετάσεων αυξάνεται με τη χρήση συστημάτων MSCT (νέες εφαρμογές) Η μείωση του χρόνου εξέτασης μπορεί να οδηγήσει επίσης στη μη αιτιολογημένη ακτινοβόληση περιοχών του σώματος

Αξονικοί τομογράφοι πολλαπλών τομών Ειδικότερα προβλήματα & προβληματισμοί : Απεικόνισης Πεδίο ακτινοβόλησης Δοσιμετρία Ορισμοί δοσιμετρικών (& άλλων) μεγεθών

Απεικόνιση «Προβλήματα» απεικόνισης MSCT Εμφάνιση νέων κατηγοριών ψευδοεικόνων, π.χ. Cone beam artifacts. Χρήση ειδικών αλγορίθμων.

Πεδίο ακτινοβόλησης Πάχος τομών - Δέσμη 4 x 5 mm = 20 mm Αριθμός τομών ανά περιστροφή, Ν Nominal Slice Thickness (Reconstructed, απεικονιστικό) Χ = Nominal Πάχος Δέσμης Slice width (Irradiation, acquisition) # ενεργών ανιχνευτών

Πεδίο ακτινοβόλησης Πάχος τομών - Δέσμη 4 x 5 mm = 20 mm Αριθμός τομών ανά περιστροφή, Ν CT Single slice Nominal Slice Thickness (Reconstructed, απεικονιστικό) Χ = Slice thickness Nominal Πάχος Δέσμης Slice width (Irradiation, acquisition) Multi slice Reconstructed Slice Thickness, T ΔΕΝ συσχετίζεται με τη δόση Acquisition Slice Thickness, N T Επιδρά στη δόση

Overbeaming (Penumbra) Παρασκιά - Penumbra effect Πεδίο ακτινοβόλησης (X ray beam) > nominal διαστάσεις (width)

Overbeaming (Penumbra) Z-axis geometric efficiency Penumbra effect Στα multislice CT, λόγω της παρασκιάς (penumbra effect), η δέσμη πρέπει να είναι κατά 2-3 mm μεγαλύτερη από το nominal width, NT OVERBEAMING

Overbeaming (Penumbra) Z-axis geometric efficiency Penumbra effect Z-axis geometric efficiency = > 70% Δόση στους ενεργούς detectors Κατανομή δόσης (dose profile)

Overbeaming (Penumbra) Penumbra : έχει μεγαλύτερη επίδραση στα μικρά πεδία, slice width Total thikness 2 mm Z-Efficiency = 32.1% Total thikness 4 mm Z-Efficiency = 50.9 % Total thikness 8 mm Z-Efficiency = 69.7 %

Overranging (or overscanning) Το πραγματικό μήκος σάρωσης είναι μεγαλύτερο από προκαθορισμένο. (Image reconstruction algorithms & interpolation) Overscanning effect έχει μεγαλύτερη επίδραση στα μεγάλα πεδία, slice width, collimation

Penumbra and Overscanning MSCT - 64 slices and 16 slices acquisition 140.00 120.00 100.00 Dose superficiale - Toshiba Aquilion 64 strati Dose superficiale - Toshiba Aquilion 16 strati 140.00 penumbra 120.00 over scanning 100.00 mgy 80.00 60.00 mgy 80.00 60.00 40.00 40.00 20.00 range : 195 mm 20.00 range : 196 mm 0.00 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Setting Nominal range : 195 mm Collimation : 0.5x64 mm = 32 mm Pitch : 0.828 CTDIvol : 65.8 mgy - DLP : 1.66 Gy*cm Film measurements Actual range : 258 mm (+32%) Mean surface dose : 92.2 mgy Integral surface dose : 2.44 Gy*cm mm 0.00 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Setting Nominal range : 196 mm Collimation : 0.5x16 mm = 8 mm Pitch : 0.938 CTDIvol : 76 mgy - DLP : 1.64 Gy*cm Film measurements Actual range : 217 mm (+11%) Mean surface dose : 100.0 mgy mm Integral surface dose : 2.18 Gy*cm

Penumbra Over scanning From : Nagel, H.D. Dose pitfalls in Multi-Slice CT

Δοσιμετρία ΔΟΣΙΜΕΤΡΙΑ : γιατί χρειάζεται, πως εφαρμόζεται Σύγκριση τεχνικών, Dose Reference Levels (ΣΥΝΟΛΙΚΗ( ΕΞΕΤΑΣΗ) P KL (DLP) Υπολογισμός Δόσεων (δόση οργάνου, ενεργός δόση, δόση σε έμβρυο, κλπ) Υπολογιστικά πακέτα (πχ IMPACT - NRPB) Το Cw (CTDI) είναι «περιγραφητής» δόσης (δεν είναι «δόση», mgy ή msv)

Δοσιμετρία Examination Coliche Mode: Slice scanning using scanner: Philips Model: Tomoscan 1998 Monte Carlo Dose Data derived from: Philips Tomoscan AV Scan plans: Comment: COLICHE 3 IN 5 kv:120 mas:250,00 Slices:60 CTDI (mgy/mas): 0,1678 Slice Width (mm):3,0 Table feed per slice(mm): 5,0 nctdiw (Head) (µgy/mas): 127,7 +/- 1,9 % Scan Start (cm): 35,0 Scan End (cm): 5,2 nctdiw (Body) (µgy/mas): 67,1 +/- 1,9 % Prime Organs Equivalent Dose Error Other Organs Equivalent Dose Error Lungs 0,28 mgy 3% Pelvis 26 mgy 2% Stomach Wall 6,8 mgy 2% Spine 6,2 mgy 2% Urinary Bladder Wall 11 mgy 2% Skull Cranium 0 mgy 0% Breasts 0,10 mgy 6% Skull Facial 1,9 µgy 50% Liver 4,8 mgy 2% Rib Cage 1,5 mgy 2% Esophagus 0,14 mgy 10% Clavicles 23 µgy 40% Thyroid 2,6 µgy 10% Eye Lenses 0 mgy 0% Skin 2,7 mgy 1% Gall Bladder Wall 10 mgy 2% Bone Surface 4,5 mgy 2% Heart 0,30 mgy 5% Red bone marrow 4,0 mgy 2% Testes (Gonads) 0,95 mgy 4% Ovaries (Gonads) 11 mgy 2% LLI Wall (Colon) 8,9 mgy 2% Remainder Organs Equivalent Dose Error Marrow Doses Equivalent Dose Error Muscle 3,7 mgy 1% Pelvis 9,6 mgy 2% Adrenals 1,5 mgy 7% Spine 2,3 mgy 2% Brain 0 mgy 0% Skull Cranium+Facial 0,17 µgy 50% Small Intestine 12 mgy 2% Rib cage 0,48 mgy 2% ULI Wall 12 mgy 2% Clavicles 6,5 µgy 40% Kidneys 11 mgy 2% Scapulae 33 µgy 10% Pancreas 3,4 mgy 3% Upper Part of Legs 0,36 mgy 2% Spleen 4,6 mgy 2% Upper Part of Arms 21 µgy 10% Thymus 92 µgy 30% Uterus 11 mgy 2% DLP (head phantom) 0,57 Gy cm +/- 2% Effective Dose (ICRP 60) 4,9 msv +/- 2% DLP (body phantom) 0,30 Gy cm +/- 2% C w = 17 mgy (body) C vol = 10 mgy (body)

Δοσιμετρία Computed Tomography Dose Index, C a, C w (CTDI) Εφαρμόζεται μόνο για single axial scan Χρήση : pencil ionisation chamber 2007, ΙΑΕΑ / www.iaea.org (free download)

CT chamber calibration Film από set up για βαθμονόμηση CT chamber

CT chamber calibration kerma-length product chamber rectang. aperture kerma-length product chamber rectang. aperture F monitor F monitor w w da d a d r plane of measurement d a dr d r plane of measurement N P KL, Q = M N K k ref i CT P KL CT TP Ki L = M w d d a r N PKL,Q συντελεστής βαθμονόμησης calibration coefficient σε kerma-length product P KL

CT chamber calibration Radiation quality X ray tube voltage Added filtration Nominal first halfvalue layer kv mm Al RQT 8 100 RQR 8 + 0.2 mm Cu 6.9 RQT 9* 120 RQR 9 + 0.25 mm Cu 8.4 RQT 10 150 RQR 10 + 0.3 mm Cu 10.1

CT chamber calibration N P KL = K M ref i CT k PT w d d a r mgy cm / digit (reading) mgy mm / digit (reading) Μέτρηση δόσης σε CT C 1 = M NT N a,100 PKL, Q0 k Q k TP N P KL, Q K w dr = M k d TP a C 1 = M NT N PMMA,100, c c PKL, Q0!!! Οι υπολογισμοί πρέπει να δίνουν, mgy k Q k TP Παράδειγμα : dosimeter reading M mr, N PKL mgy cm / mr CT Multi Slice, ΕΦΙΕ, k, 23.05.09 Q, k PT αδιάστατοι παράγοντες T mm 10 mgy cm C = mr 1 1 = mm mr mgy

Περιορισμοί στον υπολογισμό C w στα Multi Slice CT με pencil type θάλαμο 120 100 80 Dose % 60 40 20 0-250 -200-150 -100-50 0 50 100 150 200 250 Collimation : 32 mm mm Pencil chamber : 100 mm Υπο-εκτίμηση Gafchromic : 480 της mm «δόσης»

Μία λύση... 120 100 Dose % 80 60 Body Phantom Head Phantom Air 40 20 0-300 -200-100 0 ΕΛΛΗΝΙΚΗ 100 ΕΠΙΤΡΟΠΗ 200 ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 300 mm

(H = head, B = body) Manufacture r C w = C a P H or B Model n C a mgy /mas (mgy cm) P H, B ( Cw) = C PMMA Head PMMA Body C n w P H n C w P B H, B a Siemens AR.HP 0.335 0.252 0.75 0.128 0.38 Hi Q 0.195 0.161 0.83 0.093 0.48 Plus S 0.128 0.110 0.86 0.062 0.48 0.161 - - 0.082 0.51 GE Pace 0.344 0.200 0.58 0.094 0.27 Max 640 0.258 0.158 0.61 0.064 0.25 9800 0.204 0.143 0.70 0.063 0.31 Philips LX 0.200 0.160 0.80 0.081 0.41 CX/Q 0.172 0.149 0.87 0.070 0.41 SR 0.204 0.152 0.75 0.082 0.40

Θάλαμος ιονισμού» pencil type : Πλεονεκτήματα : Μετρήσεις δόσης σύμφωνα με τον ορισμό του C a,100, C w,100 (CTDI) Λειτουργία και οι μετρήσεις συνεπείς με συνθήκες βαθμονόμησης Αναγνωρισμένα - Διεθνή πρωτόκολλα δοσιμετρίας Υπολογισμός δόσης χωρίς χρήση υπολογιστικών «κλειδωμένων» προγραμμάτων Μικρή ενεργειακή εξάρτηση Μειονεκτήματα Υποεκτίμηση δόσης Αδυναμία χρήσης σε μεγάλα slice width (> 100 mm)

CT chamber calibration Phantoms C 1 = NT M N PMMA,100, c c PKL, Q0 k Q k TP C 1 = NT M N PMMA,100, p p PKL, Q0 1 C W = PMMA,100,c + 3 n W ( C 2 C ) C = C P W It? C k Q k TP PMMA,100,p C a,100 n a,100 = στον PIt στον αέρα

Υπολογισμών δοσιμετρικών μεγεθών P It = mas σε μια περιστροφή : ανά NT P It effective = mas ανά τομή (μαζί με μετακίνηση κρεβατιού) : ανά l P It total = mas συνολικά για CT εξέταση : σε [ n l ] P IT total P IT P IT effective slice width, NT p = NT l table move, l P It, eff = P It NT l

Υπολογισμών δοσιμετρικών μεγεθών n CVOL = n C W NT l N : αριθμός τομών ανά περιστροφή (ανιχνευτές), π.χ 0.5 x 16 T : nominal slice thickness (ανασύσταση), π.χ 0.5 x 16 l μετακίνηση κρεβατιού σε μια περιστροφή slice width, NT table move, l Υπολογισμός C vol C VOL = n C VOL P IT : P IT mas / περιστροφή C VOL = n C w P IT, eff : P IT, eff effective mas P It, eff = P NT l It

Υπολογισμών δοσιμετρικών μεγεθών Single slice scan Helical scan C vol = C w / Pitch C vol = C w N T l Pitch = 1 Pitch = 0.5 Pitch = 2

Υπολογισμών δοσιμετρικών μεγεθών Η εκτίμηση της δόσης σε εξεταζομένους γίνεται από C vol P KL,CT P KL,CT = C VOL x scan length Units : mgy cm

Υπολογισμών δοσιμετρικών μεγεθών P KL,CT = C VOL x scan length Units : mgy cm = nl C VOL = nl n C w P ITeff = nl n C w P IT NT/l l : μετακίνηση κρεβατιού σε κάθε περιστροφή n : συνολικός αριθμός περιστροφών στο σύνολο της CT εξέτασης P ITeff : effective mas (σε ένα pitch ) P IT : mas / περιστροφή = NT n C w np IT = NT n C w P ITtot =l n C VOL P ITtot P ITtot : συνολικά mas γιατοσύνολοτηςct εξέτασης (= ma x total scan time) NT : nominal slice width, πεδίο ακτινοβόλησης - δέσμη

Κατανομή Δόσεων, DRL από : «CT of abdomen and Pelvis», Galanski et al. 1999

Συμμετοχή ΕΕΑΕ σε πρόγραμμα του ΙΑΕΑ : αποτελέσματα Εξέταση CT κρανίου 1200 1000 PKL,CT 800 600 400 200 0 C1 D2 E1 F1 G2 H1 H2 H4 H5 H6 H7 H8 CT scanner

Συμμετοχή ΕΕΑΕ σε πρόγραμμα του ΙΑΕΑ : αποτελέσματα Ca (mgy/mas) 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 2x0.625 4x1.25 2x2.5 4x2.5 2x5 2x7.5 4x5 4x3.75 5 Nominal slice width

Συμμετοχή ΕΕΑΕ σε πρόγραμμα του ΙΑΕΑ : αποτελέσματα 0.3 Cw (mgy/mas) 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 10 2x0.625 4x1.25 2x2.5 5 4x2.5 2x5 2x7.5 4x5 4x3.75 Nominal Slice Width (mm)

Αποτελέσματα ΕΕΑΕ από ελέγχους στην Ελλάδα Number of CT scanners 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Image Noise Sample Size : 154 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 > 1 % Number of CT scanners 60 50 40 30 20 10 0 High Contrast Resolution Sample Size : 137 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 mm Number of CT scanners 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Image Non - Homogeneityy Sample Size : 141 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 > 4 Number of CT scanners 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Low Contrast Resolution Sample Size : 134 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 % mm @ 0,2% contrast

Αποτελέσματα ΕΕΑΕ από ελέγχους στην Ελλάδα CT Head examination Sample size : 93 CT scanners CT Abdomen examination Sample size : 92 CT scanners 16 14 Number of CT scanners 14 12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 CTDI air / mgy Number of CT scanners 12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 CTDI air / mgy CT Chest examination Sample size : 89 CT scanners CT Lumbar Spine examination Sample size : 86 CT scanners 25 14 Number of CT scanners 20 15 10 5 Number of CT scanners 12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 CTDI air / mgy 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 CTDI air / mgy

Αποτελέσματα ΕΕΑΕ από ελέγχους στην Ελλάδα C a,100 Head = (90,5 ± 55,9) mgy Brain = (90,5 ± 48,0) mgy Chest = (64,9 ± 32,5) mgy Cervical spine = (171 ± 69,6) mgy Thoracic Spine = (87,6 ± 36,2) mgy Abdomen = (71,6 ± 35,8) mgy Lumbar Spine = (108 ± 119) mgy

CTDI Measurement ( CTDIw ) Perspex phantom: Cilinder 16 cm diameter(head) thikness 14 cm Cilinder 32 cm diameter(body) thikness 14 cm C = Central position P = Peripheral position (1 cm from the edge) Weighted CTDI (CTDIw) CTDIw=1/3 CTDI center + 2/3 CTDI periphery Must be displayed in the consolle of the scanner!!

CTDI w measurement in Multi Slice 120 100 80 Dose % 60 40 20 0-250 -200-150 -100-50 0 50 100 150 200 250 Collimation : 32 mm mm Pencil chamber : 100 mm Gafchromic : 480 mm

CTDI measurement in Multi Slice 120 100 Dose % 80 60 Body Phantom Head Phantom Air 40 20 0-300 -200-100 0 ΕΛΛΗΝΙΚΗ 100 ΕΠΙΤΡΟΠΗ 200 ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 300 mm

Phantom factors P H or B As a practical alternative, estimates of CTDIw for the head or body CT dosimetry phantom may be derived from simpler measurements of CTDI made free-in-air (CTDIair) under similar conditions of exposure CTDIw = CTDIair P H or B (mgy cm) (H = head, B = body) where P It, eff = P It NT l P H = ( n CTDI w ) H nctdi air Head Phantom factor P B = ( n CTDI w ) B nctdi air Body Phantom factor

Phantom factors P H or B P H or B = n CTDI w / n CTDI air EUROPEAN GUIDELINES ON QUALITY CRITERIA FOR COMPUTED TOMOGRAPHY (EUR 16262 EN) : Chapter 2; APPENDIX I Manufacturer Model n CTDI air mgy /mas PMMA Head phantom (16 cm diameter) n CTDI w mgy/mas P H PMMA Body phantom (32 cm diameter) n CTDI w mgy/mas P B Siemens AR.HP 0.335 0.252 0.75 0.128 0.38 Hi Q 0.195 0.161 0.83 0.093 0.48 Plus S 0.128 0.110 0.86 0.062 0.48 0.161 - - 0.082 0.51 GE Pace 0.344 0.200 0.58 0.094 0.27 Max 640 0.258 0.158 0.61 0.064 0.25 9800 0.204 0.143 0.70 0.063 0.31 Philips LX 0.200 0.160 0.80 0.081 0.41 CX/Q 0.172 0.149 0.87 0.070 0.41 SR 0.204 0.152 ΕΛΛΗΝΙΚΗ 0.75 ΕΠΙΤΡΟΠΗ 0.082 ΑΤΟΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 0.40