Problématique de la dosimétrie en scanographie

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1 Problématique de la dosimétrie en scanographie Francis R. Verdun Institut universitaire de radiophysique - Grand-Pré Lausanne Fondation PRORAME

2 Plan Grandeurs dosimétriques Introduction à la dosimétrie en radiodiagnostic Particularité du CT Définitions des indicateurs de dose Passage des indicateurs à la dose effective (ou efficace) Influence de la technologie sur ces indicateurs Exercices La qualité d image et son contrôle La dose au patient et son contrôle Introduction au concept du Niveau de Référence Diagnostique (NRD) Défis actuels Conclusion

3 Concept général : radiographie ou fluoroscopie D air (mgy/mas) mesurée ou calculée contrôle de qualité D peau (mgy) PDS (mgy.cm 2 ) pratique clinique D organes (mgy) calcul D effective (msv)

4 Répartition de la dose en scanographie Gradient de dose Irradiation pratiquement homogène dans le volume exploré, contrairement à la radiologie classique. Distribution de la dose avec symétrie circulaire

5 Concept général : Scanographie ou CT n CTDI air (mgy/mas) mesurée contrôle de qualité CTDI w ou vol (mgy) PDL (mgy.cm) pratique clinique D organes (mgy) calcul D effective (msv)

6 Définition de «l indicateur de dose scanographique» Computed Tomography Dose Index normalisé ( n CTDI air ) Rendement du tube en mgy par mas à l isocentre (mgy) CTDI D max CTDI = = T D dz z T D dz (mgy) z D :Profil de dose z T Axe Z (mm)

7 Dose et géométrie cm cm cm

8 Variation de la dose dans la coupe Périphérie : Centre Diamètre 8 cm : 1 : 2 Diamètre 16 cm : 1 : 1 Diamètre 32 cm : 2 : 1 Faisceau mou > Faisceau dur Filtre plat > Filtre papillon Haute dose Basse dose

9 Prise en compte de la variation de dose Computed Tomography Dose Index pondéré normalisé ( n CTDI w ) Rendement du tube en mgy par mas Indicateur : Ø de cylindres en PMMA 16 cm : Adulte (tête et cou) Pédiatrie 32 cm : Adulte (tronc) nctdi w = 1/3 n CTDI centre + 2/3 n CTDI périphérie

10 Exemples de valeurs (en mgy/mas) nctdi air n CTDI w Tête nctdi w Tronc 80 kv kv kv Dépend de la : Géométrie Filtration

11 Dose moyenne dans la coupe Mode séquentielle CTDI w = n CTDI w x mas mas pour une rotation du tube de 360 Mode hélice CTDI vol = n CTDI w x mas / pitch Pitch : Déplacement de la table en 1 rotation de tube (mm) Largeur nominale de la collimation du faisceau RX (mm)

12 CTDI w ou CTDI vol et qualité d image Counts HU σ = 75 5 mgy HU σ = 5 60 mgy

13 Coupe -3T Cas de 7 coupes adjacentes Coupe -2T Dose au niveau de la coupe centrale Coupe -1T Coupe centrale Coupe +1T Coupe +2T Coupe +3T

14 CTDI et MSAD en coupes jointives CTDIw T Multiple scan average dose 1.5 D1 T MSAD 1 inc = D dz= z Coupes jointives = D dz (mgy) = CTDI Hélice = CTDI vol 1 T z 6T 4T 2T 0 2T 4T 6T Position relative sur l axe z w

15 Produit dose.longueur, PDL Nécessité d une grandeur en relation avec le risque 1 coupe 10 mm : CTDI vol = 15 mgy 20 coupes, 20 cm? 15 mgy PDL = 300 mgy x cm

16 Exemple de protocole Influence des mas Scanner 16 barrettes HT = 120 kv Charge : 80 mas Épaisseur de coupe reconstruite : 5 mm Pitch = 1.0 Balayage : 30 cm CTDI vol = 8.0 mgy PDL = mgy.cm 200 mas CTDI vol = 20.0 mgy PDL = mgy.cm Variation de qualité d image et de dose effective

17 Autre exemple Influence du pitch Scanner 16 barrettes HT = 120 kv Charge : 80 mas Épaisseur de coupe reconstruite : 5 mm Pitch = 1.0 Balayage : 30 cm CTDI vol = 8 mgy PDL = 240 mgy.cm pitch = 2 CTDI vol = 4.0 mgy PDL = mgy.cm Variation de qualité d image et de dose effective

18 Autre exemple Influence de la longueur explorée Scanner 16 barrettes HT = 120 kv Charge : 80 mas Épaisseur de coupe reconstruite : 5 mm Pitch = 1.0 Balayage : 30 cm CTDI vol = 8.0 mgy PDL = 240 mgy.cm Balayage = 15 cm CTDI vol = 8.0 mgy PDL = mgy.cm Variation de dose effective uniquement

19 Passage du DLP à la dose effective Produit dose longueur Facteur conversion Dose effective L1 PDL 1 = CTDI w x L1 x = E1 x L2 PDL 2 = CTDI vol x L2 x = E2 x L3 PDL 3 = CTDI vol x L3 x = E3 E = Σ E i

20 De la dose effective au risque Risque de cancer mortel (% par Sv) Age d'exposition (ans) D après B. Wall, Rad Prot Dosim, 2004:109(4);

21 Changement de technologie Largeur de collimation du faisceau RX Scanner monobarrette Acquisition séquentielle Epaisseur du faisceau RX à l isocentre Collimation RX Profil de dose En général : épaisseur de coupe nominale Exception? Acquisition hélice Rupture du lien Collimation RX Epaisseur de coupe Introduction du profil de sensibilité (SSP) qui dépend du pitch Scanner multi-barrettes Couverture des détecteurs exprimée à l isocentre 4 x 2.5 mm 10 mm 16 x 1.25 mm 20 mm 64 x mm 40 mm

22 Changement de technologie Largeur de collimation du faisceau RX Mesure Efficacité de dose ou «dose efficiency» E(%) E%= x100 Largeur collimation RX nominale Largeur collimation RX réelle

23 Changement de technologie Efficacité de dose Type de CT # détecteurs utilisés Largeur de collimation (mm) E(%) MDCT-4 4 x MDCT-8 8 x MDCT x MDCT x MDCT x MDCT-64 8 x

24 Changement de technologie L épaisseur de coupe reconstruite Scanner monobarrette Acquisition séquentielle Collimation RX Post-collimation Acquisition hélice Profil de sensibilité Scanner multi-barrettes Acquisition séquentielle Nombre entier de taille de cellule 16 x , 2.5, 3.75, 5.0 Acquisition hélice Profil de sensibilité De la taille de la cellule à pratiquement ce que l on veut Filtrage des projections dans l axe z (z-filtering) 64 x mm 0.625, 1.0, 1.25, 1.5

25 Changement de technologie Le pitch ou pas de l acquisition Pas = déplacement de table durant une rotation de 360 (d) Collimation RX (L) Scan séquentiel Pitch = 1 d = 1 x L pitch = 1.5 pitch = 2 d = 1,5 x L d = 2 x L

26 Exercice! n CTDI w = 0.12 mgy/mas (fantôme tronc) Collimation RX : 16x0.625mm = 10 mm Courant : 200 ma Durée de rotation : 0.5 s Pitch : 1.5 Balayage : 30 cm, région thoracique CTDI vol PDL = CTDI vol = CTDI ma s pitch 1.5 n w = = 8 mgy balayage = 8 30 = 240 mgy cm E = DLP facteur conversion = = 4.08 msv pitch = Avance table par 360 Collimation RX Avance table par 360 = Avance table (mm/s) pitch collimation RX = pitch Collimation RX vitesse rotation tube 0.5 = = 30 mm/s

27 Exercice! n CTDI w = 0.12 mgy/mas (fantôme tronc) Collimation RX : 16 x 0.75mm = 12 mm Courant : 250 ma Durée de rotation : 0.8 s Pitch :? Avance table : 20 mm/s Balayage : 30 cm, région thoracique Avance table (mm/s) = pitch collimation RX vitesse de rotation tube avance table vitesse de rotation tube pitch = = 12 = 1.33 collimation RX = CTDI ma s n w CTDI = = 7.94 mgy vol pitch 1.33 DLP= = mgy.cm E = = 4.05 msv

28 SIEMENS Sensation 16

29 GEMS Light Speed 16

30 SIEMENS Volume Zoom 16 Merci Bruno Boyer

31 Marconi-Philips Mx8000

32 Toshiba Aquilion

33 Qualité d image et son contrôle Bruit de l image Inversement proportionnel à la racine carrée du CTDI (donc des mas) 12.5 mgy : σ = 5 HU 25.0 mgy : σ = 3.5 HU Double CTDI vol 40% de bruit en moins

34 Qualité d image et son contrôle Bruit de l image Inversement proportionnel à la racine carrée de l épaisseur de coupe reconstruite (profil de sensibilité) [coupes épaisses] 10.0 mm : σ = 5.0 HU 5.0 mm : σ = 7.0 HU Même σ : (théoriquement x 2 en CTDI vol )

35 Qualité d image et son contrôle Bruit de l image Vérifier le paramètre E(%) 4 x 2.5 mm > 4 x 1.25 mm MPR Reconstruction en coupes fines a posteriori possible N est plus vraiment critique en 64 barrettes Attention : E(%) varie avec largeur de collimation choisie Détection de structures bas contraste Limitée par le bruit épaisseur de coupe : 5.0 voire 2.5 mm Si même CTDI qu en mono-barrette(5.0 ou 7.0 mm) impression de réduction de la qualité d image Cet effet s amplifie avec le 64 barrettes 2.5 mm à 1.25 mm par exemple Détection de structures à haut contraste Non limitée par le bruit reconstruction le plus fin possible

36 Dose au patient et son contrôle : NRD Introduit en 1996 par ICRP (ICRP 73) Ce n est pas une limite de dose Ce n est pas une frontière bonne/mauvaise pratique (Mais quand même) Spécifique à un pays, voire à une région Doit évoluer avec le temps Outil d optimisation Obtenu sur la base d enquêtes

37 Définition des NRD Moyenne NRD PDL (mgy. cm) Minimum Maximum Moyenne Médiane 75%

38 Résultats enquêtes suisse 2003 et Thorax standard : suspicion de métastases G DLP (mgy.cm) A A I C B B H F E D K A F E J I I J C K D H G MDCT 16 MDCT 4 MDCT 4 CEC K MDCT 16 CEC CTDI (mgy)

39 Résultats enquêtes suisses 2003 et 2005 CTDI vol PDL MDCT 4 MDCT 16 MDCT 4 MDCT 16 Angio. céréb Thorax Abdomen

40 Défis Point de vue médical Etablissement NRD problème de l indication Niveau de qualité d image Indication Epaisseur de coupe à reconstruire Niveau de bruit acceptable choix sensibilité du détecteur (AEC) Point de vue fabricant Gestion de l over-ranging Vers un «PDL efficiency»? Enregistrement automatique des indicateurs Physiciens Limitation du CTDI vol en faisceau conique Contrôle de la modulation du courant

41 Développement pour la dosimétrie 200 Débit de dose [mgy/s] Air Fantôme Axe Z [mm]

42 Conclusion Augmentation des applications CT Résolution spatiale élevée (épaisseurs de coupe de plus en plus fines) Tendance à augmenter les CTDI Crâne Cœur Résolution temporelle élevée Tendance à augmenter le nombre de phases Abdomen Contrôle dose simple Grandeurs robustes (CTDI, DLP) indiquées à la console Introduction des NRD Défis Utilisation optimale des systèmes AEC Consensus au niveau des protocoles standard Validité des NRD