[email protected] Fernando Mecca Mini Curso DOSIMETRIA EM

Mini Curso
DOSIMETRIA EM TOMOGRAFIA
COMPUTADORIZADA
Fernando Mecca
[email protected]
Motivação

Entendermos os fatores que afetam as
doses em Tomografia
 Um
estudo de TC deve ter a menor dose
possível mantendo a qualidade da imagem
necessária para o diagnóstico,
 Deve-se
ter atenção na otimização das dose
para que não seja necessário realizar outro
estudo do paciente aumentando assim a dose
recebida pelo paciente
Resumo
Um breve histórico
 O que é a TC
 O que é dose?
 Parâmetros de aquisição
 Modulação de dose e redução

Motivação
Tomografia Computadorizada é um
exame de imagem muito difundido e
utilizado
 Exame emprega altas doses de radiação
quando comparado a outros métodos
diagnósticos
 Contribui excessivamente para o aumento
da dose coletiva

Motivação
Motivação
Frequência de exames por
ano
Número de procedimientos
nos USA
2007: 68.7 mileones; 2008: 73.1 mileones; 2009: 77.5 mileones;
2010: 81.9 mileones; 2011: 85.3 mileones
Popularização
v
Princípios Físicos da
Tomografia Computadorizada
FERNANDO MECCA
Físico Médico - INCa
Porque utilizar a TC?

A radiografia convencional sofre uma sobreposição de
estruturas 3D em uma imagem 2D.

Embora a resolução (alto contraste) seja menor na TC, ela
apresenta ótima resolução de baixo contraste, permitindo
a detecção de suaves variações de tecido.

TC fornece a informação exata acerca da distribuição das
estruturas dentro do corpo.
Tomografia Vs. Radiografia
Tomografia Vs. Radiografia
Vantagens da Tomografia sobre
Radiografia




Distinguir estruturas de órgãos e tecidos com
pequenas diferenças de densidade em
especial entre os tecidos moles: 0,5%
radiografia: 2%
Imagem de um corte sem a superposição de
imagens das estruturas não pertencentes à
seção em estudo
As imagens das estruturas anatômicas
conservam as mesmas proporções, sem
distorções
Imagens digitais permitem medições
quantitativas das densidades dos tecidos e
dos tamanhos das estruturas
Tomografia Computadorizada
Modalidade de Imagem Digital
voxel
z
pixel
y
x
1- Plano coronal: x/z
2- Plano sagital: y/z
3 - Plano transversal: x/y
15
Imagem de TC
16
Princípios de
Tomografia Computadorizada
•O que medimos em TC?
•Como medimos um objeto em TC?
•Como calculamos uma imagem em TC?
•O que é mostrado pela imagem?
O que se mede
na radiografia
convencional?

A quantidade de atenuação ao longo de um ‘raio’ é determinada pelo
coeficiente médio de atenuação ao longo do raio.
l
1 2 3 4 5 6
x 1 x2 x3 x4 x5 x6
1x1+ 2x2+ 3x3+ 4x4+ 5x5
médio = —————————————
l
O que se mede em TC?
• Os coeficiente de atenuação
linear médio, µ, entre o tubo e
os detectores, para os tecidos
atravessados pelo feixe.
• O coeficiente de atenuação
reflete o grau com que os a
intensidade dos raios-X é
reduzida pelo material.
19
Como se mede?
• “Projeções” em todos
os ângulos em redor
do paciente.
– As amostras de µ em cada
detector gera uma projeção.
– O conjunto de todas as
projeções (vistas), em todos
os ângulos, serão utilizados
para a reconstrução da
imagem.
Como se mede?
Por dentro do gantry
21
Como se mede?
Perfil de Atenuação
Atenuação
Raio
Detector
Raio Soma
Medições de Transmissão
22
Projeção formada pelo arranjo
Tubo de raios-X
de detectores
Paciente
Detectores
(centenas)
Amplitude
do sinal
Número Detector
23
Como se mede?
Armazenamento dos dados
1a. série
Raio Soma
Medições de Transmissão
24
Como se mede?
Armazenamento dos dados
1aa. série
2 . série
25
Como se mede?
Armazenamento dos dados
1a. série
2a. série
3a. série
26
Como se mede?
Armazenamento dos dados
1a. série
2a. série
3a. série
4a. série
27
O que é mostrado pela
imagem?
107 112 99
108 94 117
107 96
Pixel
103
Voxel
28
Janela

As imagens de TC podem ser mostradas com brilho ou
contraste arbitrário.

A exibição é definida usando o centro da janela (WL=level
window) e a largura da janela (WW = width window)




WL é o no de TC no cinza médio
WW é o no de UH do preto ao branco
A escolha do WL e WW é prescrita pela necessidade
clínica
Pode-se mudar a aparência da imagem variando a largura
e o nível da janela.
Janela
(-)
(+)
Nível (ou o Centro) da Janela
No TC
L
L
L
W
W
W
A
B
C
31
Largura da Janela
L
A
B
No TC
W
W
C
W
A
B
C
32
Janela
Janela

Dados de uma mesma imagem com diferentes
nível (WL) e largura de janela (WW)
Tomografia Computadorizada
35
Tomografia Computadorizada
36
Tomografia Computadorizada
37
Tomografia Helicoidal
Paciente é deslocado
continuamente através
do “gantry” enquanto
os dados são
adquiridos
simultaneamente.
Varredura Helicoidal: Definição
de passo
distância percorrida pela mesa durante uma rotação do tubo de 360° (d)
espessura nominal do corte (T)
Passo = ——————————————————————————
Considerações para Tomografia
Multicortes
cone angle
fan angle
Z-axis
Dosimetria
FERNANDO MECCA
Físico Médico - INCa
Descritores de dose em TC
CTDI
CTDIw
MSAD
CTDI100
CTDIvol
DLP
Geometria do feixe de TC
Distribuição das Doses
Descritores de dose em TC


Índice de Dose em Tomografia Computadorizada
(CTDI) (mGy)
Dose Média em Múltiplos Cortes
(MSAD) (mGy)



Índice Ponderado de Dose em Tomografia
Computadorizada (CTDIw) (mGy)
Índice volumétrico de Dose em Tomografia
Computadorizada (CTDIvol) (mGy)
Produto Dose-Comprimento
(DLP) (mGy.cm)
CTDI
Índice de Dose em Tomografia Computadorizada
O CTDI é o valor equivalente da dose dentro do corte
irradiado que resultaria se o “ perfil de dose de
radiação” estivesse completamente concentrado em
um “perfil retangular” de largura igual a espessura
nominal de corte.
Dose de Média de Múltiplos Cortes MSAD
I /2
1
MSAD 
D
(
z
)
dz
N

I I / 2
T=I
MSAD
Descritores de Dose
Portaria 453 – Legislação Nacional em vigor

Quando T = I ou Passo = 1
MSAD  CTDI
T 
MSAD  CTDI. 
I 

Em axial

Em helicoidal:
CTDI
MSAD 
passo
CTDI100,ar

1
CTDI   D( z )dz
T 

1
CTDI   D( z )dz
T 
Dose
Média
z
CTDI
T
z
Comp Câmara
CTDI 
leitura corigida
T
CTDI médio ponderado
(CTDI100,W)
A = Área da seção do simulador
Ac
Ap
Ac = 1/3 A
Ap = 2/3 A
CTDIw = 1/3 CTDIc + 2/3 CTDIp
CTDI médio ponderado
(CTDI100,W)
CTDIw = 1/3 CTDIc + 2/3 CTDIp
Ac
Ap
CTDIw = PH ou B CTDIar
PH ou B = fator de simulador
H = cabeça
B = tronco
PH ou B depende da geometria de irradiação,
- kV e espessura de corte
- distância foco-eixo de rotação
- formato do filtro moldado
Portanto, é típico de cada modelo de tomógrafo
Distribuição das Doses
Valores Típicos de CTDI100
Fantoma de
cabeça
Fantoma de
corpo
20 mGy
40 mGy
20 mGy
40 mGy
40 mGy
40 mGy
10 mGy
40 mGy
20 mGy
20 mGy
CTDIvol

CTDIvol (CTDIw média ao longo do eixo z)
 CTDIw
ajustado para o passo ou incremento
da mesa
CTDIvol = CTDIw/passo - helicoidal
CTDIvol = CTDIw T/l - axial
T = espessura de corte e I = incremento da
mesa
Como o CTDIvol representa a
dose no paciente?



CTDIvol não é a dose absorvida pelo paciente
A relação entre os dois depende de muitos fatores incluindo
tamanho do paciente e a composição
Para um mesmo CTDIvol, um paciente pequeno receberá
uma dose absorvida maior que um paciente grande
What is Dose?
Por que utilizar o CTDIvol?



CTDIvol indica a quantidade de radiação
utilizada para realizar o estudo
CTDIvol é um índice útil para comparação de
protocolos e controlede qualidade
CTDIvol pode ser utilizado para comparar
protodolos practices and scanners when
related variables, such as resultant image
quality, are also taken in account
What is Dose?
Como o CTDIvol está relacionado com a
dose absorvida pelo paciente?
120 kVp at 200
mAs
32 cm
Phantom
CTDIvol = 20 mGy
120 kVp at 200
mAs
32 cm
Phantom
CTDIvol = 20 mGy
Ambos paciente foram varridos pelo mesmo CTDIvol
Dose absorvida pelo paciente menor será maior
Como o CTDIvol está relacionado com a
dose absorvida pelo paciente?
120 kVp at 100
mAs
32 cm
Phantom
CTDIvol = 10 mGy
120 kVp at 200
mAs
32 cm
Phantom
CTDIvol = 20 mGy
Pacientes menores com baixo CTDIvol
Dose absorvida será aproximadamente igual
Produto Dose - Comprimento

Produto Dose - Comprimento
 DLP
= CTDIvol x comprimento irradiado
 DLP
= dose média x comprimento irradiado
Produto Dose Comprimento (DLP)
O produto dose comprimento (DLP) é
também calculado pelo Tc
 DLP é o produto do comprimento varrido
pelo CTDIvol
 DLP tem como unidade mGy*cm

What is Dose?
Instrumentação para medidas de
dose em TC

Dosimetria Termoluminescente

Câmara de ionização

Filme radiográfico
Instrumentação para
medidas de dose em TC
no simulador
no ar
TLD
Resumo - Aplicação dos Medidores
Descritores de dose em TC

CTDI100,w (mGy) - dose absorvida



CTDIvol (mGy)


medida em um único corte que representa a dose
localizada em um exame de vários cortes
CTDIw média sobre o plano de corte e o eixo z
DLP (mGy)


- dose em órgão
- ‘dose efetiva’
dose média x comprimento irradiadp;
‘risco’ em termos de toda a radiação cedida mas sem
considerar o fator de
sensibilidade de cada órgão,
individualmente.
Fatores de técnica x dose
FERNANDO MECCA
Físico Médico - INCa
Fatores de Influência
na Dose
Dose Absorvida
 kV
 mA
 Tempo
 Espaçamento / passo
 Ângulo de varredura
 Filtros de R-X
 Modulação do mA
 Colimadores
 (Espessura de corte)
Dose Efetiva



Todos os fatores que
afetam a dose
absorvida
Comprimento de
investigação
Localização do corte
Fatores de Influência
na Dose x Qualidade da Imagem
Espessura de corte
Espessuras maiores
favorecem a resolução
de baixo contraste
Fatores de Influência
na Dose x Qualidade da Imagem
Espessura de corte
Espessuras menores,
maior resolução espacial
Dose para o Paciente com a
Espessura de Corte
T= 10
no. de cortes = n


L

Espessura de corte: /2
Número de cortes: x2
Mesmo Comprimento de varredura
Doses:
para cortes bem colimados:
CTDIW = o mesmo
Dose no órgão
o mesmo

T=5
no. de cortes = 2n
L
mesmo mAs,
kV
DLP=
o mesmo
Dose efetiva:
o mesmo
(Uma prática comum é aumentar o mAs para os cortes de 5 mm para
compensar o aumento do ruído.)
Dose para o Paciente e Comprimento
de Varredura



Comprimento de varredura X2
Mesma espessura de corte
Número de cortes: 2X
Doses
CTDIW = o mesmo
Dose no órgão = a mesma para os
todos órgãos envolvidos

DLP
= x2
Dose efetiva
aprox. x2
(depende dos órgãos envolvidos)

mesmo mAs, kV
Dose para o Paciente e Comprimento de Varredura (2)
mesmo mAs, kV
 Número de cortes: /2


Dose absorvida= no local, pode
ser um pouco mais baixa ou
nenhuma
Dose no órgão =~ metade
CTDIv
DLP
= metade
Dose X mAs
mAs = 2 x
•Dose absorvida =2x
•Dose no órgão = 2x
Dobro de mAs
Dobro do tempo
de exposição
•DLP=2x
•Dose no órgão = 2x
O CTDI aumenta linearmente com o aumento do mAs
Dose X kVp
Dose X kVp
Axial versus Helicoidal (passo = 1)

mesma espessura de
colimação de corte e mesmo
comprimento investigado


mesmo mAs / revolução
mesmo espaçamento entre planos de
varredura
(fp = 1, passo = 1)

mesmo número de revoluções ^

Efeito na Dose
Dose Médica no Órgão = ~ mesmo
Dose Efetiva = ~ mesmo

Helicoidal: passo 1 vs passo 2

mesma espessura de colimação de
corte e mesmo comprimento
investigado


mesmo mAs/revolução
dobra o passo, de 1 para 2

metade do número de revoluções

Efeito na Dose
Dose Média no Órgão = 1/2
Dose Efetiva ~ 1/2
Considerações para Tomografia
Multicortes
PENUMBRA
O que nós Físicos podemos
fazer
Devemos avaliar os protocolos e avaliar a
possibilidade de redução de mAs
confrontando com a possível perda de
qualidade na imagem;
 Reavaliar junto com os técnicos e médicos
as diferenças entre protocolos de adultos
e crianças;

O que nós Físicos podemos
fazer
Avaliarmos as doses de radiação e
compará-las aos níveis de referência já
existentes;
 Avaliar as doses sempre observando a
qualidade da imagem obtida;
 Ensino para técnicos, médicos e médicos
residentes.

Configuração dos detectores

É a combinação do número de canais e número de detectores
associados com cada canal

A configuração dos detectores determinam a largura do feixe ou
colimação (nt)
Para um selecionado número de detectores por canal, quanto
menor a colimação total, usualmente CTDIvol maior do que para
colimações maiores
 Examplo: em um 16 slice scanner com uma configuração por canal

1.25 mm, com colimação de 4x1.25mm pussui geralmente menor
eficiência de dose do que uma colimação 16x1.25mm
Usuário deve monitorar os valores
CTDIvol quando mudam as configurações
dos detectores
Acquisition Parameter Settings
Configuração dos detectores
Acquisition Parameter Settings
Pitch


É o deslocamento da mesa por rotação do Gantry
dividido pela espessuta/colimação do feixe
Ao mudar o Pitch o usuário deve monitorar os outros
parâmetros. O TC pode ou não alterar outros
parâmtetros automaticamente para compensar o Pitch.
CTDIvol 1/Pitch:
Hitachi, Toshiba (sem AEC)
CTDIvol independe do Pitch:
GE, Siemens, Philips, Neusoft, Toshiba (AEC)
Acquisition Parameter Settings
Pitch
Pitch < 1
Beam Width has
some overlap at
each view angle
from rotation to
rotation
Pitch = 1
No overlap of Beam
Width at each view
angle and no view
angles not covered at
certain table positions
Pitch > 1
Some view angles are
not covered by the
beam width at certain
table positions
Acquisition Parameter Settings
Parâmetros de aquisição: Resumo
Parâmetros
Relação entre o CTDIvol
Scan Mode
Afetam o CTDIvol
Table Feed/Increment
Afeta o CTDIvol uma vez que influencia no Pitch
Detector
Configuration
Diminuindo a colimação tipicamente aumenta o
CTDIvol (mas nem sempre)
Pitch
CTDIvol relacionado
Tempo de exposição
por rotação
CTDIvol relacionado
Corrente do Tubo
CTDIvol Tube Current
Potencial do Tubo
CTDIvol (kVp1/kVp2)n
Produto corrente
tempo
CTDIvol Tube Current Time Product
n ~ 2 to 3
Effective Tube
CTDIvol Effective Tube Current Time Product
Current Time Product
Field of Measurement Changes in the Field of Measurement may affect
CTDIvol
Beam Shaping Filter
Changes in the Beam Shaping Filter may affect
Modulação de dose em
TC
Modulação e Redução de
dose
Muito TCs ajustam automaticamente os
parâmetros de técnica para uma desejável
qualidade da imagem ou uma dose
desejável
 Modulação de dose e técnicas de redução
de doses variam de fabricante para
fabricante e entre modelos de Tcs

Controle Automático de Exposição (AEC)

Adapta automaticamente a corrente do tubo ou o Potencial de
acordo com a atenuação do paciente para uma específica qualidade
da imagem . O ajuste automático de corrente não deve ocorrer
quando a tensão aplicada ao tubo for alterada

CAE é programado para entregar uma qualidade de imagem
específica independente do tamanho do paciente . Isto tende a
incrementar o CTDIvol para pacientes maiores e diminuir para
pacientes pequenos
O Uso do CAE pode diminuir ou incrementar o
CTDIvol dependendo do tamanho do paciente,
área do corpo onde acontecerá a varredura e a
qualidade de imagem requisitada
Dose Modulation and
"Image Quality Reference
Parameter”



Uma mudança na qualidade da imagem
requisitada afetará o CTDIvol
Definindo este parâmetro para aumentar a
qualidade da imagem (menor ruído) resultará
em maior dose.
Definindo este parâmetro para reduzir a
qualidade da imagem (maior ruído) resultará
em menor dose.
Dose Modulation and
Modulação de corrente angular


É um recurso do AEC que ajusta a corrente do
tubo de acordo com o giro do tubo de raio- x em
torno do paciente para compensar as mudanças
de atenuação.
Esta modulação é utilizada como uma tentativa
de entregar a mesma dose aos detectores
independente do ângulo.
A utilização desta modulação pode diminuir ou
aumentar CTDIvol dependendo do tamanho do
paciente e a área do corpo scaneda e da
qualidade de imagem requizitada
Dose Modulation and
Modulação de corrente angular
Dose Modulation and
Modulação de corrente
Longitudinal


É uma característica de AEC que ajusta a
corrente do tubo como alterações de
atenuação do paciente na direção
longitudinal
Um “escanograma” é utilizado para estimar a
atenuação paciente
A utilização desta modulação pode diminuir ou
aumentar CTDIvol dependendo do tamanho do
paciente e a área do corpo escaneda e da
qualidade de imagem requisitada
Dose Modulation and
Modulação de corrente
Longitudinal
Dose Modulation and
Angular e Longitudinal Modulação


É um recurso do CAE que incorpora as
propriedades de ambos sistemas de
modulação angular e longitudinal corrente
de modulação para ajustar a corrente do tubo
baseada na atenuação geral do paciente
Modulam a corrente do tubo nas (Z)
dimensões angulares ( XY ) e longitudinais
para se adaptar à forma do paciente
Dose Modulation and
Angular e Longitudinal Modulação
Dose Modulation and
“Organ-Based Tube Current
Modulation "


É um sistema que permite que o CAE module a
corrente do tubo de forma a ser diminuída ou
desligada sobre órgãos radiossensíveis na
periferia do paciente , tais como os seios ou
lentes oculares
Para manter a qualidade de imagem , a corrente
do tubo pode precisar ser aumentada em
outros ângulos de visão
A utilização deste sistema pode reduzir a dose
absorvida de órgãos na superfície do corpo,
mas pode aumentar a dose absorvida para
outros órgãos
Dose Modulation and
“Organ-Based Tube Current Modulation "
Gantry
Conventional
Gantry
Organ-Based Modulation
Dose Modulation and
Seleção automática de kVp

É um controle automático de exposição que
seleciona o kVp de acordo com o diagnóstico
do paciente e tamanho para uma desejável
qualidade da imagem e baixo CTDIvol
O Uso do kVp automático intensiona
resuduzir o CTDIvol para uma qualidade da
imagem e determinado tipo de diagnóstico
Dose Modulation and
Risco Associados a TC ?
Publicações Sobre o
Tema
Artigo:
Estimativa dos Riscos de Mortalidade por Câncer induzido pela
Radiação em TC Pediátrico
Estimated Risks of Radiation-Induced Fatal
Cancer from Pediatric CT
David J. Brenner1, Carl D. Elliston1,
Eric J. Hall1 and Walter E. Berdon2
AJR 2001; 176:289-296
EXISTE RISCO?
• Curva (a)-modelo de
Extrapolação linear
• Curva (b) – modelo onde são
contabilizados possíveis
aumentos de probabilidade para
baixas doses
• Curva (c) – modelo onde são
considerados fatores de redução
de incidência até então
desconhecidos
Apostila radioproteção e fundamentos
Luiz Tauhata et al
Existe Risco?
CT x Rx
Tomografia Computadorizada
Tipo de Exame Dose (mSv)
Cabeça
2
Tórax
8
Abdomen
10
Pelve
10
Raio X Convencional
Tipo de Exame Dose (mSv)
Crânio
0,03
Tórax
0,02
Abdomen
0,7
Pelve
0,7
EXISTE RISCO?
• No USA aproximadamente 600.000 exames
abdominais são realizados em crianças com menos
de 15 anos, estima-se que aproximadamente 500
destas crianças morrerão de câncer devido a
radiação causada pela Tomografia Computadorizada
Estimated Risks of Radiation-Induced Fatal Cancer from
Pediatric CT
David J. Brenner1, Carl D. Elliston1, Eric J. Hall1 and Walter E.
Berdon2
AJR 2001; 176:289-296
Publicações Sobre o Tema
Artigo:
Exposição a Radiação e Qualidade da
Imagem em TC de Tórax
Radiation Exposure and Image Quality in Chest CT Examinations
James G. Ravenel1, Ernest M. Scalzetti, Walter Huda and William Garrisi
AJR:177, August 2001
Estimativas dos Riscos Associados
Dose Efetiva
Paciente
Fator de
Técnica
(mAs)
mSv
mrem
280
220
160
120
80
40
6,0
4,7
3,4
2,6
1,7
0,9
600
4700
340
260
170
90
Estimativa de
Mortalidade
(por 10.000
pacientes)
3,0
2,4
1,7
1,3
0,9
0,4
120 kVp
Radiation Exposure and Image Quality in Chest CT Examinations
James G. Ravenel1, Ernest M. Scalzetti, Walter Huda and William Garrisi
AJR:177, August 2001
Estimativas dos Riscos
Associados

A melhor estimativa de risco de mortalidade por
câncer induzida pela radiação para população é
de 5% de risco por Sievert.

A dose efetiva de 6 mSv para uma tomografia
de tórax corresponde a um risco de mortalidade
por câncer de aproximadamente 3 para 10.000
pacientes.
Radiation Exposure and Image Quality in Chest CT Examinations
James G. Ravenel1, Ernest M. Scalzetti, Walter Huda and William Garrisi
AJR:177, August 2001
Comparações entre Riscos

Os riscos de exames de tórax em TC podem ser
comparados com outros riscos cotidianos:
 Uma dose efetiva de 6 mSv é comparada há um risco
de morte por câncer de pulmão após fumar
aproximadamente 100 maços de cigarro.
 Risco de morte em um acidente automobilístico após
dirigir aproximadamente 8.000 km
Radiation Exposure and Image Quality in Chest CT Examinations
James G. Ravenel1, Ernest M. Scalzetti, Walter Huda and William Garrisi
AJR:177, August 2001
Conclusão




A partir dos resultados apresentados na literatura
não se pode descartar a possibilidade real de
indução de câncer pelas doses advindas da TC;
Os serviços devem ter um comprometimento com o
princípio ALARA
Sendo assim, para minimizar as doses de radiação
devem ser adotadas estratégias de otimização
Devem ser observados os níveis de referência já
estabelecidos
Strategies for CT Radiation Dose Optimization1
Kalra, MD, et all
(Radiology 2004;230:619-628.)
Muito Obrigado
Fernando Mecca
[email protected]
[email protected]
Referências Sugeridas




Radiation Exposure in Computed Tomography
Hans Dieter Nagel
Impact – www.impactscan.org
European Guidelines on Quality Criteria for CT (EUR 16262)
Computed Tomography – fundamentals, System
Tecnology, Image Quality, Aplications
Willi A. Kalender