Problématique de la dosimétrie en scanographie Francis R. Verdun Institut universitaire de radiophysique - Grand-Pré 1-1007 Lausanne Fondation PRORAME
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
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)
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
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)
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 1 1 50 50 T Axe Z (mm)
Dose et géométrie 80 80 160 80 80 8 cm 40 16 cm 40 40 40 40 20 32 cm 20 10 20 20
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
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
Exemples de valeurs (en mgy/mas) nctdi air n CTDI w Tête nctdi w Tronc 80 kv 0.20 0.07 0.035 120 kv 0.40 0.20 0.10 140 kv 0.55 0.30 0.15 Dépend de la : Géométrie Filtration
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)
CTDI w ou CTDI vol et qualité d image 200 200 150 150 Counts 100 50 100 50 0-100 0 100 200 300 HU σ = 75 5 mgy 0-100 0 100 200 300 HU σ = 5 60 mgy
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
CTDI et MSAD en coupes jointives 2.5 2.0 CTDIw T Multiple scan average dose 1.5 D1 T 1.0 0.5 MSAD 1 inc = D dz= z Coupes jointives = D dz (mgy) = CTDI Hélice = CTDI vol 1 T 50 50 z 6T 4T 2T 0 2T 4T 6T Position relative sur l axe z w
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
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 = 240.0 mgy.cm 200 mas CTDI vol = 20.0 mgy PDL = 600.0 mgy.cm Variation de qualité d image et de dose effective
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 = 120.0 mgy.cm Variation de qualité d image et de dose effective
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 = 120.0 mgy.cm Variation de dose effective uniquement
Passage du DLP à la dose effective Produit dose longueur Facteur conversion Dose effective L1 PDL 1 = CTDI w x L1 x 0.0023 = E1 x 0.0054 L2 PDL 2 = CTDI vol x L2 x 0.017 = E2 x 0.015 L3 PDL 3 = CTDI vol x L3 x 0.019 = E3 E = Σ E i
De la dose effective au risque 14 12 Risque de cancer mortel (% par Sv) 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Age d'exposition (ans) D après B. Wall, Rad Prot Dosim, 2004:109(4); 409-419
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 0.625 mm 40 mm
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
Changement de technologie Efficacité de dose Type de CT # détecteurs utilisés Largeur de collimation (mm) E(%) MDCT-4 4 x 1.25 5 66 MDCT-8 8 x 1.25 10 83 MDCT-16 16 x 1.25 20 96 MDCT-64 64 x 0.625 40 96 MDCT-64 32 x 0.625 20 92 MDCT-64 8 x 0.625 5 67
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 1.25 1.25, 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 0.625 mm 0.625, 1.0, 1.25, 1.5
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
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 0.12 200 0.5 pitch 1.5 n w = = 8 mgy balayage = 8 30 = 240 mgy cm E = DLP facteur conversion = 240 0.017 = 4.08 msv pitch = Avance table par 360 Collimation RX Avance table par 360 = Avance table (mm/s) pitch collimation RX = pitch Collimation RX 1.5 10 vitesse rotation tube 0.5 = = 30 mm/s
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 20 0.8 pitch = = 12 = 1.33 collimation RX = CTDI ma s 0.12 110 0.8 n w CTDI = = 7.94 mgy vol pitch 1.33 DLP= 7.94 30 = 238.2 mgy.cm E = 238.2 0.017 = 4.05 msv
SIEMENS Sensation 16
GEMS Light Speed 16
SIEMENS Volume Zoom 16 Merci Bruno Boyer
Marconi-Philips Mx8000
Toshiba Aquilion
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
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 : 10 5.0 (théoriquement x 2 en CTDI vol )
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
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
Définition des NRD Moyenne NRD 0-20 40-60 80-100 150-200 250-300 350-400 450-500 550-600 650-700 750-800 850-900 950-1000 1500-2000 PDL (mgy. cm) Minimum Maximum Moyenne Médiane 75% 61 1415 388 323 511
Résultats enquêtes suisse 2003 et 2005 1000 Thorax standard : suspicion de métastases 900 800 G DLP (mgy.cm) 700 600 500 400 300 200 100 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 0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 CTDI (mgy)
Résultats enquêtes suisses 2003 et 2005 CTDI vol PDL MDCT 4 MDCT 16 MDCT 4 MDCT 16 Angio. céréb. 59 76 1336 2544 Thorax 11 8.3 346 337 Abdomen 15 13 782 815
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
Développement pour la dosimétrie 200 Débit de dose [mgy/s] 150 100 50 Air Fantôme 0 0 10 20 30 Axe Z [mm] 40 50 60
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