19. Оптимизация защиты в маммографии
advertisement
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии Л19: Оптимизация защиты в маммографии IAEA International Atomic Energy Agency Введение • Предмет: маммография (выявление рака молочной железы) • Физика систем визуализации • Получение изображений хорошего качества при требуемых низких дозах облучения • Основные черты контроля качества IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 2 Темы • • • • • • • • • Введение в физику маммографии Важные физические параметры Маммографические рентгеновские трубки Размер фокусного пятна Высоковольтный генератор Отсеивающая решётка Автоматическое реле экспозиции Дозиметрия Контроль качества IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 3 Обзор / цели • Применение принципов радиационной защиты в маммографии, включая конструирование, контроль качества и дозиметрию IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 4 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 1: Введение в физику маммографии IAEA International Atomic Energy Agency Введение в физику маммографии • Рентгеновская маммография – это самый надёжный метод обнаружения рака молочной железы • Это самый популярный метод просмотра молочной железы в различных развивающихся странах • Для того, чтобы получить маммо- граммы высокого качества при допустимой дозе облучения, необходимо использовать правильное оборудование IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 6 Главные компоненты маммографической системы • Маммографическая рентгеновская трубка • Устройство для компрессии молочной железы • Отсеивающая решётка • Приёмник изображения • Автоматическое реле экспозиции IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 7 Геометрия при маммографии IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 8 Главные характеристики маммографической системы • Контраст: способность системы сделать видимыми небольшие различия между плотностями мягкой ткани • Резкость: способность системы сделать видимыми маленькие детали (кальцинаты 0,1 мм) • Доза: молочная железа очень чувствительна к излучению, поэтому есть риск канцерогенеза, связанный с маммографией • Шум: определяет насколько может быть снижена доза при сохранении различаемости малых объектов IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 9 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 2: Важные физические параметры IAEA International Atomic Energy Agency Контраст • Линейные коэффициенты ослабления для разных типов грудной ткани близки по величине и контраст может быть достаточно малым • Нужно получить как можно больший контраст, используя низкую энергию излучения (а следовательно увеличивая дозу облучения молочной железы) • На практике достигается компромисс между требованиями высокого контраста и низкой дозы IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 11 Изменение контраста при изменении энергии излучения Контраст 1,0 Ca5 (PO4)3 OH кальсификации 0,1мм 0,1 0,01 Железистая ткань 1 мм 0,001 10 IAEA 20 30 40 •Контраст уменьшается в 6 раз при повышении энергии с 15 до 30 кэВ •Контраст железистой ткани резко уменьшается при энергии излучения свыше 27 кэВ 50 Энергия (кэВ) 19: Оптимизация защиты в маммографии 12 Составляющие суммарной нерезкости изображения • Нерезкость приёмника: (комбинация экран-плёнка) может быть порядка 0,1 – 0,15 мм (полная ширина на половине максимума функции рассеяния точки) с минимальной величиной разрешения 20 пар линий на мм • Геометрическая нерезкость: зависит от размера фокусного пятна и геометрии просвечивания • Динамическая нерезкость (движение пациента) IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 13 Доза облучения молочной железы • Доза облучения очень быстро снижается с увеличением глубины из-за низкоэнергетического спектра излучения • Величина дозы: средняя доза облучения железы зависит от ткани, которая очень склонна к канцерогенезу под действием излучения IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 14 Доза облучения молочной железы • Доза облучения железы зависит от: Структуры и толщины молочной железы Энергии фотонов Чувствительности приёмника излучения • Структура молочной железы сильно влияет на получаемую дозу • Влияние площади сжатой молочной железы на дозу ограниченно Взаимодействие фотонов с тканью в основном подчиняется законам фотоэффекта IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 15 Средняя доза обл. груди (произв. един.) Зависимость средней дозы облучения молочной железы от энергии фотонов •Рисунок показывает быстрое возрастание дозы с уменьшением энергии фотонов и с увеличением толщины грудной железы 20 10 8 cм 2 1 •Для 8 cм толщины груди доза увеличивается в 10 раз при уменьшении энергии от 30 до 15 кэВ 2 cм •При 20 кэВ доза увеличивается в 7 раз при увеличении толщины от 2 до 8 cм 0,2 10 IAEA 20 30 40 (кэВ) 19: Оптимизация защиты в маммографии 16 Составляющие шума в изображении 1) Квантовые флуктуации 2) Свойства приёмника излучения 3) Факторы проявления плёнки Квантовые флуктуации и зернистость плёнки являются важными составляющими шума при маммографии IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 17 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 3: Маммографическая рентгеновская трубка IAEA International Atomic Energy Agency Противоречащие требования к спектру маммографической трубки • Идеальный рентгеновский спектр для маммографии должен обеспечить: • Высокий контраст изображения и высокое отношение сигнал/шум (низкая энергия фотонов) • Низкую дозу облучения молочной железы (высокая энергия фотонов) IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 19 Рентгеновский спектр в маммографии Рентгеновский спектр при 30 кВ на трубке с Мо мишенью и 0,03 мм Мо фильтром обычный спектр излучения при маммографии, полученный при использовании Мо мишени и Мо фильтра 15 Относительное число фотонов • На рисунке показан 10 5 10 15 20 25 30 Энергия (кэВ) IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 20 Основные характеристики рентгеновского спектра в маммографии • Линии характеристического излучения 17,4 и 19,6 кэВ и сильное ослабление при напряжении более 20 кэВ (K-уровень молибдена) • Эти энергии оптимальны для визуализации молочной железы малых и средних размеров • Спектр с более высокой энергией получается при замене Mo фильтра материалом, атомный номер которого выше, с K-уровнем, имеющем более высокую энергию (Rh, Pd) • Мишень также может быть сделана из W IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 21 Варианты оптимизации рентгеновского спектра в маммографии • Несколько научных работ демонстрируют лучший контраст для мишени и фильтра, изготовленных из Mo • Это преимущество уменьшается при увеличении толщины молочной железы • Использование W/Pd для комбинации мишень/фильтр снижает дозу, но рекомендуется только для толстой молочной железы IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 22 Варианты оптимизации рентгеновского спектра в маммографии • Размер фокусного пятна и геометрия визуализации: • Суммарная нерезкость U маммографического изображения может быть определена комбинацией геометрической и структурной нерезкостей U = ([ f2(m-1)2 + F2 ]1/2) / m где: f: эффективный размер фокусного пятна m: увеличение F: нерезкость приёмника излучения IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 23 Суммарная нерезкость (мм) Зависимость суммарной нерезкости от увеличения изображения и фокусного пятна 0,15 0,10 0,8 •Для нерезкости приёмника 0,1 мм 0,4 •Увеличение может улучшить нерезкость, если фокусное пятно мало 0,2 0,1 0,05 1,0 IAEA 0,01 1,5 Увеличение •Если фокусное пятно слишком велико, увеличение повысит нерезкость 2,0 19: Оптимизация защиты в маммографии 24 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 4: Размер фокусного пятна IAEA International Atomic Energy Agency Размер фокусного пятна • Для просмотра рекомендуется однофо-кусная трубка с фокусным пятном 0,3 мм • Для общей маммографии нужна трубка с вторым фокусом (0,1 мм), который используется при увеличении • Размер фокусного пятна должен проверяться с помощью звёздообразной миры, щелевой камеры или камеры-обскуры ежегодно или при быстрой деградации разрешения IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 26 Комбинация мишень/фильтр • Окно рентгеновской трубки должно быть изготовлено из бериллия (не стеклянное) с максимальной толщиной 1 мм • Типичная комбинация мишень/фильтр: Mo + 30 мкм Mo Mo + 25 мкм Mo W + 60 мкм Mo W + 50 мкм Rh W + 40 мкм Pd Rh + 25 мкм Rh IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 27 Фильтрация излучения при маммографии • Суммарная постоянная фильтрация 0,5 мм Al или 0,03 мм Mo (рекомендовано МКРЗ-34) • Качество излучения определяется СПО • Суммарную фильтрацию, называемую индексом качества излучения, можно определить из СПО, используя опубликованные данные • СПО с компрессионной пластиной при 28 кВ Mo/Mo равен 0,30 – 4,0 мм Al (Европейские рекомендации для КК в маммографии) IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 28 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Part 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 5: Высоковольтный генератор IAEA International Atomic Energy Agency Новые спецификации для экраноплёночной маммографии • Почти линейная форма напряжения с • • • • колебаниями не больше, чем у системы с шестипульсным выпрямлением Напряжение на трубке должно быть 25 - 35 кВ Ток трубки должен быть не меньше 100 мA для большого фокуса и 50 мA для малого. Произведение времени экспозиции на ток трубки (мАс) должно составлять 5 - 800 мАс Должна быть обеспечена возможность повторения снимков при самых высоких нагрузках с интервалами < 30 секунд IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 30 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 6: Отсеивающая решётка IAEA International Atomic Energy Agency Назначение отсеивающей решётки • Эффекты рассеяния могут значительно ухудшить контраст изображения, поэтому необходимость анти-рассеивающего устройства очевидна • Этот эффект может быть выражен количественно: Фактор снижения контраста (ФСК): ФСК=1/(1+Р/П) где: Р/П: отношение рассеянного излучения к первичному • Рассчитанные значения ФСК: 0,76 and 0,48 для толщины молочной железы 2 и 8 cм соответственно [Dance et al.] IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 32 Отсеивающая решётка • Существуют два типа отсеивающих решёток: неподвижные: с высокой густотой линий (например, 80 линий/см) и алюминиевой прокладкой между линиями подвижные: имеющие примерно 30 линий/см с прокладкой из бумаги • Эффективность отсеивающей решётки может быть выражена факторами улучшения контраста (ФУК) и Букки (ФБ) IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 33 Отсеивающая решётка: индексы производительности • ФУК равен отношению контраста с решёткой к контрасту без решётки • ФБ определяется возрастанием дозы при использовании решётки Значения ФУК и ВФ для подвижной решётки типа Philips Толщина грудной железы (см) 2 4 6 8 IAEA ФУК ФБ 1,25 1,38 1,54 1,68 1,68 1,85 2,06 2,24 19: Оптимизация защиты в маммографии 34 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 7: Автоматическое реле экспозиции IAEA International Atomic Energy Agency Автоматическое реле экспозиции (АРЭ) • Система должна обеспечивать стабильную оптическую плотность в пределах 0,2 OD несмотря на сильные различия в мАс • Поэтому, система должна иметь АРЭ, расположенное за приёмником излучения • Приёмник излучения должен перемещаться, чтобы покрывать различные участки груди, и система должна быть адаптирована по крайней мере к трём комбинациям экран-плёнка IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 36 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 8: Дозиметрия IAEA International Atomic Energy Agency Дозиметрия молочной железы в экрано-плёночной маммографии • Существует небольшой риск рака молочной железы, спровоцированного рентгеновским просвечиванием • Поэтому, при достижении необходимого качества изображения нужно обеспечить максимально низкую дозу облучения • Средняя доза облучения молочной железы (AGD) является дозиметрической величиной, рекомендуемой для оценки риска IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 38 Дозиметрические величины • AGD не может быть измерена непосредственно, но она определяется при измерениях со стандартным фантомом при обычных уставках маммографической установки • Входная поверхностная воздушная КЕРМА, (ESAK) измеренная в свободном воздухе, стала наиболее часто используемой величиной для дозиметрии пациентов в маммографии • Для других целей можно использовать входную поверхностную дозу, включающую рассеяние IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 39 Дозиметрические величины ESAK может быть измерена: • ТЛД дозиметром, калиброванным в единицах воздушной Кермы в свободном воздухе при СПО 0,4 мм Al со стандартным фантомом • ТЛД дозиметром, калиброванным в единицах воздушной Кермы в свободном воздухе при СПО 0,4 мм Al, прикреплённым к коже пациента (соответствующий фактор обратного рассеяния должен применяться к входной поверхностной дозе) Примечание: из-за низкого напряжения ТЛД виден на изображении • Радиационным дозиметром с динамическим диапазоном от 0,5 до 100 мГр с точностью не менее 10% IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 40 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 9: Контроль качества IAEA International Atomic Energy Agency Необходимость контроля качества • BSS требует гарантии качества при медицинском облучении • Принципы установлены ВОЗ, (МКРЗ для дозы), руководства подготовлены EC, ПАОЗ • Программа контроля качества (КК) должна гарантировать: • Отличное качество изображения при минимальной дозе облучения молочной железы • Регулярную проверку важных параметров IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 42 Параметры, рассматриваемые программой КК (1) • Генерация и контроль излучения Размер фокусного пятна (звёздообразная мира, щелевая камера, камера обскура) ИЛИ измерение разрешения линейной мирой Напряжение на трубке (воспроизводимость, точность, СПО) АРЭ (компенсация толщины объекта, контроль ОD, воспроизодимость...) Компрессия (сила компрессии, положение компрессионной пластины) • Букки и приёмник излучения Параметры отсеивающего растра Параметры комбинации экран-плёнка IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 43 Параметры, рассматриваемые программой КК (2) Обработка плёнок Базовые параметры (температура, время обработки, оптическая плотность плёнки) Плёнка и проявочная машина (сенситометрия) Тёмная комната («безопасный свет», просачивание света ) Просмотр плёнок Негатоскоп (яркость, равномерность) Окружающая среда (освещение комнаты) IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 44 Параметры, рассматриваемые программой КК (3) Свойства системы Контрольный уровень дозы (входная поверхностная доза или средняя доза облучения груди) Качество изображения (пространственное разрешение, контраст изображения, пороговый IAEAконтраст, время экспозиции) 19: Оптимизация защиты в маммографии 45 Введение в измерения Этот протокол описывает основные приёмы контроля качества (КК) физических и технических параметров маммографии Многие измерения выполняются при облучении тест-объекта или фантома Все измерения выполняются при обычных рабочих условиях: специальная регулировка оборудования не требуется IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 46 Введение в измерения Два типа экспозиции: Эталонная экспозиция предназначена для получения информации о системе при определённых условиях, независимых от клинических уставок Рутинная экспозиция предназначена для получения информации о системе при клинических условиях, зависимых от используемых уставок IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 47 Введение в измерения Оптическая плотность (OD) полученного изображения измеряется в заданной точке, которая находится на расстоянии 60 мм от грудной клетки на центральной (с боков) линии кассеты Эталонная плотность снимка без основания и вуали равна 1,0 OD Таким образом, измеренная плотность должна быть равна: 1,0 ± 0,1 + основание + вуаль (OD) IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 48 Введение в измерения Все измерения должны быть выполнены с той же самой кассетой, чтобы исключить колебания АРЭ и разницу между экранами и кассетами Эффективность маммографии часто может быть лучше, чем минимально допустимая IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 49 Параметры и уставки эталонной или рутинной экспозиции В таблице показаны параметры и уставки эталонной или рутинной экспозиции с установкой плексиглазового фантома: Эталонная экспозиция - Напряж. на трубке 28 кВ Рутинная экспозиция клинические уставки - уср-во для компресс. в контакте с фантомом в контакте с фантомом - плексигл. фантом 45 мм 45 мм - отсеив. решётка присутствует присутствует Расст. Фокус-детектор соот.в. фок. расст. решётки соотв. фок. расст. решётки - фототаймер близко к грудной клетке клинические уставки - АРЭ вкл., среднее значение включено - упр. опт. плотностью среднее значение IAEA клинические уставки 19: Оптимизация защиты в маммографии 50 Резюме • Конечной целью правильного использования оборудования для экрано-плёночной маммографии является получение отличных изображений при минимально возможной дозе облучения молочной железы • Для достижения этой цели необходимо следовать хорошо разработанному протоколу контроля качества IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 51 Где получить информацию • European Protocol on Dosimetry in Mammography. EUR 16263 EN. • Dance D. R., and Day G. J. 1984. The computation of scatter in mammography by Monte Carlo methods Phys. Med. Biol. 29, 237-247. • Birch R, Marshall M and Ardran G M 1979. Catalogue of spectral data for diagnostic X-Rays SRS30. • European Guidelines for quality assurance in mammography screening, 3rd Edition (2001) ISBN 92-894-1145-7. IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии 52
