Evaluation de la dose en radiologie conventionnelle

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
entier.
STRATEGIES ET
METHODES (II)
Dans le premier cas il s'agira de
reconstituer les conditions d'irradiation
du patient, à partir:
Î du nombre de clichés,
Î du temps de scopie,
Î des type d'incidence,
Î des caractéristiques techniques
nominales
des
équipements
radiologiques utilisés (constantes
physiques ex: kV, mAs, taille du
STRATEGIES ET
METHODES (III)
Dans le deuxième cas il sera question
de:
Î recueil
de
données
statistiques
concernant l'activité radiologique de
plusieurs installations dans des lieux
géographiques différents
Î de mesures dosimétriques (sur un
échantillon de patients)
Î de calculs dosimétriques (modèles)
Î de disponibilité de personnel et de
moyens financiers très importants
OBJECTIFS DE LA DOSIMETRIE
EN RADIODIAGNOSTIC
¾Suivi des caractéristiques techniques d'un
équipement radiologique.
¾Estimation des doses "moyennes" reçues au
cours de certaines catégories d'examens.
¾Estimation des doses reçues par certains
groupes de patients.
¾Estimation de l'étendue des doses reçues au
cours de certaines catégories d'examens
(NRD)
STRATEGIES POUR
LA MESURE DE LA DOSE
DEPART
a
MESURE DIRECTE
b
c
MONTE-CARLO
MESURE INDIRECTE
f
d
e
PATIENT
FANTOME
m
i
j
DOSE A L ’ENTREE
h
g
MODELE MATHEMATIQUE
n
k
l
DOSE A L’ORGANE
DIAMENTOR
Exposeur
Automatique
Dose dans l’air
Tube +
Collimation
Cassette +
Film
CHAMBRE D ’IONISATION
Filtration Additionnelle
DOSE A
L ’ORGANE
GENERATEUR H.T.
Grille Antidiffusante
Distance-Foyer-Peau (DFP)
Distance-Foyer-Film (DFF)
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.
Intensité par keV (unités arbitraires)
LA FILTRATION DU FAISCEAU
5
Filtration inhérente
(1mm Be)
4
0,03 mm Al
3
0,06 mm Al
2
0,19 mm Al
1
1,01 mm Al
0
0
10
20
30
Energie (keV)
40
50
PRINCIPE DE LA GRILLE DIFFUSANTE
Foyer des rayons X
LAMELLES
RAYONS DIFFUSES
DE PLOMB
FILM ET CASSETTE
RAYONS UTILES
EXEMPLES de GRILLES
(Rapports de grille)
Grid : C
Grid : A
Grid : B
D
h
δ
δ
Rapport de grille : r =
δ
1
h
= tg
δ
D
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
mm Al
2.0
2.5
3.0
4.0
Taille du champ en cm x cm
10 x 10 15 x 15 20 x 20 25 x 25 30 x 30
1.26
1.28
1.30
1.32
1.28
1.31
1.33
1.37
1.29
1.32
1.35
1.39
1.30
1.33
1.36
1.40
1.30
1.34
1.37
1.41
LOI DU CARRE DE LA
DISTANCE
1
3
D
2
4
1
4
7
2D
3D
2
5
8
3
6
9
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
0
5
10
15
20
Profondeur en cm
50 (kV)
Rayonnement diffusé pour différentes
qualités de faisceau
Fraction de diffusé
0,90
70 kV
0,80
0,70
100 kV
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0
5
10
15
20
25
Dimensions du champs en cm
30
Sensibilité relative et résolution d ’une
sélection de combinaisons ecran-film (à 80
kVp pour un fantôme équivalent thorax
Niveau de
Matériau
Sensibilité
résolution phosphorescent relative (pour
théorique
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
2à3
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:
 I.t 
Dair (U,I, t, x F , a) ≈  2 
 a U,xF =const.
U = tension
I = intensité de courant
t = temps d’exposition
xF = filtration totale
a = distance du foyer
Dair par mAs
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 :
Dair
 100 
= D100cm .

 DFP 
DFP = Distance Foyer-Peau.
2
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)
Dose Absorbée « dans l ’air » mGy/mAs
1,0
0,5
150 (kV)
0,2
125 (kV)
110 (kV)
100 (kV)
90 (kV)
80 (kV)
70 (kV)
60 (kV)
0,1
0,05
0,02
50 (kV)
0,01
1
2
3
4
Filtration Totale en mm d ’Al
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) :
2
 100 
DE = 0.069 mGy/mAs ⋅ 40 mAs ⋅ 
 = 3,7 mGy
 86 
Calcul de la dose dans l’air
(à partir du récepteur)
La dose à l’entrée DE peut être estimée à partir de la dose DI reçue au niveau du
film (récepteur) ou du débit de dose à la surface de l’amplificateur de brillance.
•
Où :
avec :
S
SP,100
SF
ST,100
SGR,100
SG
DE = S ⋅ DI = S ⋅ DI ⋅ t
S = SG ⋅ SP,100 ⋅ S T,100 ⋅ SGR,100 ⋅ SF
= facteur d’atténuation total
= facteur d’atténuation du patient pour un champ de 100 cm2
= facteur de correction pour des champs de taille différente de 100 cm2
= facteur d’atténuation de la table pour des champs de 100 cm2
2
= facteur d’atténuation de la grille pour des
2 champs de 100 cm
 DFF 
= facteur de géométrie
SG = 

 DFP 
DFF = Distance Foyer Film
DFP = Distance Foyer Peau
SF vaut 1 pour des champs > à 100 cm2.
Les autres facteurs, lorsqu ’ils ne sont pas mesurés, assument les valeurs :
SGR,100 = 2,5
SGR,100 = 3,5 pour les hautes tensions
ST,= 1,5
Exemple numérique : (Tableau 2)
Calcul de la dose à l’entrée pour un cliché de bassin :
à 70 kV,
filtration : 2,5 mm Al,
40 mAs,
86 cm DFP,
115 cm DFF,
19 cm épaisseur du patient,
DI = 0,005 mGy).
2
 115 
DE = 
 ⋅ 120 ⋅ 1,5 ⋅ 1⋅ 2,5 ⋅ 0,005 mGy = 4,0 mGy
 86 
TABLEAU 2 : Facteurs
d’atténuation pour différentes
épaisseurs et tensions
Epaisseur du Patient
Tension du
Tube
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
(C)
RTA
(D)
Ratios tissu-air (RTA)
Le ratio TA 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 :
2
 DFP    µ en 
 ⋅  

DT = DE ⋅ TA ⋅ 
 DFP + dT    ρ  eau
avec :
  µ en 
 

  ρ  eau
 µ en  


 ρ  
air 

 µ en  

 ≈ 1,05

 ρ 
air 

où (µen/ρ) sont les coefficients d’absorption massique
de l’eau et de l’air respectivement.
TABLEAU 3 : Ratios Tissus-Air (TA) 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 (cm2)
(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).
2
DT
 86 
= 4,0 mGy ⋅ 0,443 ⋅ 
 ⋅ 1,05 = 1,6 mGy
 86 + 7 
MODELING OF INTERNAL
RADIATION DOSIMETRY (MIRD)
¾Utilisation d ’un modèle de simulation de
transport de photons par la méthode Monte
Carlo
¾Les données nécessaires :
¾ point de centrage
¾ incidence
¾ filtration
¾ format du film
¾ kV
¾Les sorties :
¾ les coefficients de dose aux organes
par rapport à la dose à l ’entrée
CALCUL DE LA DOSE DUE A
L'EXAMEN
Dose dans l'air
par cliché :
Centrage
kV
filtration
champs
incidence
PCXMC
Coefficients
Monte Carlo
de conversion
dose (mSv)
par organe
(27 organes)
dose efficace
(mSv)
(CIPR 60)
Exemple de simulation
C
Po œ
u
O um r
es o
o p ns
Sq ha
ue ge
S
l
M
o ë urr ett
lle en e
O ale
ss s
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Th se
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Fo
Au
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tr
es P
O ea
rg u
Pa ane
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ré
a
Se s
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m
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Ve
R c
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G
ro
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Pe in ïde
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s
In O sti
te va n
st i r
i n es
(b
a
U s)
te
Ce ru
rv s
ea
Ve u
ss
ie
(mGy)
Doses aux organes : femme (64 ans)
angioplastie de l’interventriculaire antérieure
(3 stent), 28 séries d’images,
1301 expositions, 20 mn de scopie
50
40
30
20
10
0