Evaluation de la dose en radiologie conventionnelle Carlo MACCIA (CAATS)
STRATEGIES ET METHODES (I) Les problèmes méthodologiques liés à l'évaluation de la dose en radiodiagnostic peuvent se présenter sous différentes formes qui dépendent directement des objectifs recherchés. Il peut s agir: De calculer a posteriori la dose reçue par le fœtus au cours d'un examen radiologique pratiqué chez une patiente pendant la grossesse. D estimer de la charge radique collective attribuable à l'ensemble des activités de radiodiagnostic à l'échelle d'un pays tout
STRATEGIES ET METHODES (II) Dans le premier cas il s'agira de reconstituer les conditions d'irradiation du patient, à partir: du nombre de clichés, du temps de scopie, des type d'incidence, des caractéristiques techniques nominales des équipements radiologiques utilisés (constantes
STRATEGIES ET METHODES (III) Dans le deuxième cas il sera question de: recueil de données statistiques concernant l'activité radiologique de plusieurs installations dans des lieux géographiques différents de mesures dosimétriques (sur un échantillon de patients) de calculs dosimétriques (modèles) de disponibilité de personnel et de moyens financiers très importants
OBJECTIFS DE LA DOSIMETRIE EN RADIODIAGNOSTIC Suivi des caractéristiques techniques d'un équipement radiologique. Estimation des doses "moyennes" reçues au cours de certaines catégories d'examens. Estimation des doses reçues par certains groupes de patients. Estimation de l'étendue des doses reçues au cours de certaines catégories d'examens (NRD)
STRATEGIES POUR LA MESURE DE LA DOSE DEPART a b c MESURE DIRECTE MESURE INDIRECTE MONTE-CARLO d e f g h FANTOME PATIENT m n MODELE MATHEMATIQUE i j k l DOSE A L ENTREE DOSE A L ORGANE
Distance-Foyer-Film (DFF) DIAMENTOR Tube + Collimation CHAMBRE D IONISATION Dose dans l air Exposeur Automatique Cassette + Film Filtration Additionnelle DOSE A L ORGANE GENERATEUR H.T. Grille Antidiffusante Distance-Foyer-Peau (DFP)
Calcul de la dose délivrée au patient au cours d un examen Quantités importantes Dose dans l air Dose à l entrée (rétrodiffusé) Dose absorbée à l organe Equivalent de dose Energie totale
Paramètres qui ont une influence sur la dose Taille du patient Haute tension Filtration Taille du champ Centrage du faisceau Distance Foyer-Peau (DFP) Grille anti-diffusante Sensibilité du couple écran-film.
LA FILTRATION DU FAISCEAU Intensité par kev (unités arbitraires) 5 4 3 2 1 0 Filtration inhérente (1mm Be) 0,03 mm Al 0,06 mm Al 0,19 mm Al 1,01 mm Al 0 10 20 30 40 50 Energie (kev)
PRINCIPE DE LA GRILLE DIFFUSANTE Foyer des rayons X RAYONS DIFFUSES LAMELLES DE PLOMB RAYONS UTILES FILM ET CASSETTE
EXEMPLES de GRILLES (Rapports de grille) Grid : C Grid : A Grid : B h δ δ δ D Rapport de grille : r = h D = 1 tgδ 5 < r < 16 Grid A et B ont le même nombre de lames Grid B et C ont le même espacement entre les lames
TABLEAU 1 : Facteurs de rétrodiffusion mesurés avec des TLD et un fantôme d eau simulant le patient CDA Taille du champ en cm x cm mm Al 10 x 10 15 x 15 20 x 20 25 x 25 30 x 30 2.0 1.26 1.28 1.29 1.30 1.30 2.5 1.28 1.31 1.32 1.33 1.34 3.0 1.30 1.33 1.35 1.36 1.37 4.0 1.32 1.37 1.39 1.40 1.41
LOI DU CARRE DE LA DISTANCE D 2D 1 3 2 4 1 2 3 4 7 5 8 9 6 3D
Atténuation et rayonnement diffusé : Les interactions du faisceau de rayons-x (rayonnement diffusé et dose en profondeur) dans le milieu avec les différents tissus du corps humain dépendent, entre autres, de la qualité du faisceau (kilovoltage et filtration)
Dose en profondeur pour différents kilovoltages 1,0 0,1 120 (kv) + 2 mm Al 100 (kv) + 2 mm Al 80 (kv) + 1 mm Al 60 (kv) 0,01 50 (kv) 0 5 10 15 20 Profondeur en cm
Rayonnement diffusé pour différentes qualités de faisceau Fraction de diffusé 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0 5 10 15 20 25 30 Dimensions du champs en cm 70 kv 100 kv
Sensibilité relative et résolution d une sélection de combinaisons ecran-film (à 80 kvp pour un fantôme équivalent thorax Niveau de résolution théorique Matériau phosphorescent Sensibilité relative (pour une densité de 1 Résolution (cycles/mm) Détaillé Tungstate de Ca Haut Rendement 0,3 à 0,5 0,6 à 1 8 à 10 8 à 10 Moyen Tungstate de Ca Haut Rendement 1 2 à 3 5 4 à 5,5 Rapide Tungstate de Ca Haut Rendement 2 3 à 10 3 3
Le calcul de la dose s effectue en deux étapes calcul de la dose dans l air conversion de la dose dans l air à la dose aux organes
Calcul de la dose dans l air (à partir de la source) : La dose dans l air (à 100 cm de la source et pour différentes valeurs de tension et de filtration) peut se calculer à partir de: D air (U,I,t,x U = tension I = intensité de courant t = temps d exposition x F = filtration totale a = distance du foyer D air par mas F,a) I.t 2 a U,x F = const.
Calcul de la dose dans l air (à partir de la source) : Pour des distances du foyer autres que 100 cm, la dose par mas sera : D air = D 100cm. 100 DFP 2 DFP = Distance Foyer-Peau.
Dose absorbée dans l air par mas à 100 cm du foyer, générateur triphasé (en cas de générateur monophasé diviser les valeurs par 1,8) 1,0 Dose Absorbée «dans l air» mgy/mas 0,5 0,2 0,1 0,05 0,02 0,01 1 2 3 4 Filtration Totale en mm d Al 150 (kv) 125 (kv) 110 (kv) 100 (kv) 90 (kv) 80 (kv) 70 (kv) 60 (kv) 50 (kv)
Exemple numérique La dose à l entrée reçue lors d un cliché du bassin en incidence de face : (70 kv; 2,5 mm Al; 40 mas; 86 cm DFP) : 100 DE = 0.069 mgy/mas 40 mas = 86 2 3,7 mgy
Calcul de la dose dans l air (à partir du récepteur) La dose à l entrée D E peut être estimée à partir de la dose D I reçue au niveau du film (récepteur) ou du débit de dose à la surface de l amplificateur de brillance. Où : avec : S = facteur d atténuation total S P,100 = facteur d atténuation du patient pour un champ de 100 cm 2 S F = facteur de correction pour des champs de taille différente de 100 cm 2 S T,100 = facteur d atténuation de la table pour des champs de 100 cm 2 S GR,100 = facteur d atténuation de la grille pour des 2 champs de 100 cm 2 = facteur de géométrie DFF S G DFF DFP S = S G D E S = Distance Foyer Film = Distance Foyer Peau = S D P,100 S I S G = S DI t T,100 S = DFP GR,100 S S F vaut 1 pour des champs > à 100 cm 2. Les autres facteurs, lorsqu ils ne sont pas mesurés, assument les valeurs : F
Exemple numérique : (Tableau 2) Calcul de la dose à l entrée pour un cliché de bassin : à70 kv, filtration : 2,5 mm Al, 40 mas, 86 cm DFP, 115 cm DFF, 19 cm épaisseur du patient, D I = 0,005 mgy). 2 115 DE = 120 1,5 1 2,5 0,005mGy = 86 4,0 mgy
TABLEAU 2 : Facteurs d atténuation pour différentes épaisseurs et tensions Tension du Tube Epaisseur du Patient kv 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 35 cm 48 140 410 1200 3000 7200 52 110 300 750 1800 4000 56 85 230 550 1300 2300 63 70 180 400 800 1500 69 57 120 290 580 1000 80 45 100 210 400 680 92 35 76 155 290 430 110 28 58 120 200 280
Passage de la dose dans l air (A) à la dose à la surface (B) et en profondeur dans le milieu par l intermédiare du rendement en profondeur (C) ou rapport tissu-air (D) pour des rayons X d energie < à 500 kev (S) (S) (S) (S) Dans l air (A) (B) Rendement RTA (D)
Ratios tissu-air (RTA) Le ratio T A est le rapport entre la dose dans le tissu et la dose dans l air mesurée au même point. La dose à la profondeur dt s exprime alors : D T avec : = D E T A DFP DFP + d µ ρ en eau T µ ρ µ ρ où (µ en /ρ) sont les coefficients d absorption massique de l eau et de l air respectivement. 2 µ ρ en air en eau 1,05 en air
TABLEAU 3 : Ratios Tissus-Air (T A ) pour une filtration totale de 2,6 mm Al, une tension de 70 kv et une CDA de 2,5 mm Al Profondeur Dimension du Champ (cm 2 ) (cm) 100 225 400 900 0 1.257 1.303 1.341 1.341 1 1.200 1.246 1.246 1.269 2 1.030 0.875 0.878 0.906 3 0.831 0.875 0.878 0.906 4 0.672 0.711 0.732 0.755 5 0.541 0.584 0.600 0.632 6 0.434 0.480 0.498 0.529 7 0.349 0.394 0.413 0.443 8 0.280 0.325 0.342 0.371 9 0.225 0.266 0.285 0.311 10 0.181 0.218 0.237 0.261 12 0.117 0.147 0.162 0.182 14 0.075 0.099 0.112 0.128 16 0.049 0.067 0.077 0.090 18 0.031 0.045 0.053 0.063 20 0.021 0.031 0.037 0.045
Exemple numérique : (voir Tableau 3) La dose reçue au niveau de l utérus lors d un cliché du bassin 70 kv, 2,6 mm CDA, champ : 900 cm2, DFP : 86 cm, profondeur du tissu : 7 cm, DE : 4,0 mgy). D 86 T = 4,0 mgy 0,443 1,05 = 86 + 7 2 1,6 mgy
MODELING OF INTERNAL RADIATION DOSIMETRY (MIRD) Utilisation d un modèle de simulation de transport de photons par la méthode Monte Carlo Les données nécessaires : point de centrage incidence filtration format du film kv Les sorties : les coefficients de dose aux organes par rapport à la dose à l entrée
CALCUL DE LA DOSE DUE A L'EXAMEN par cliché : Centrage kv filtration champs incidence Dose dans l'air PCXMC Coefficients Monte Carlo de conversion dose (msv) par organe (27 organes) dose efficace (msv) (CIPR 60)
Exemple de simulation
50 40 30 20 10 0 Doses aux organes : femme (64 ans) angioplastie de l interventriculaire antérieure (3 stent), 28 séries d images, 1301 expositions, 20 mn de scopie Squelette Surrenales Moëlle Osseuse Thymus Foie Peau Autres Organes Pancréas Seins Estomac Reins Rate Vescicule Biliaire Thiroïde Gros Intestin (haut) Petit Intestin Ovaires Gros Intestin (bas) Uterus Cerveau Vessie (mgy) Cœur Poumons Oesophage