Dose in tomosintesi

10/29/2014
Dose in tomosintesi
Dose in tomosintesi
Gisella Gennaro
Istituto Oncologico Veneto, IRCCS, Padova
I problemi dosimetrici in radiologia
I problemi dosimetrici
in radiologia
Sono limitati a:
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
 RADIOLOGIA INTERVENTISTICA
• DOSE E FATTORI
TECNICI
 TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA
TUTTO IL RESTO E’ UN FALSO PROBLEMA
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
There has not been any data on
this, but personally, if I was getting
a mammogram, I would use [a
thyroid shield] too
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
Dr. Oz
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Dose in tomosintesi
Radioprotezione e
buon senso
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
Radioprotezione e buon senso
 PRINCIPIO DI GIUSTIFICAZIONE
(non fare esami – con radiazioni ionizzanti, ma non solo – in
assenza di motivazione clinica)
 PRINCIPIO DI OTTIMIZZAZIONE
(contenere il più possibile la dose per un certo, definito,
quesito diagnostico)
• QUINDI SE LA TOMOSINTESI SERVE A RISOLVERE UN DUBBIO
DIAGNOSTICO, LA DOSE SUPPLEMENTARE NON E’ UN
PROBLEMA
• MA SE SI FA LA TOMOSINTESI IN AGGIUNTA ALLA
MAMMOGRAFIA SEMPRE E COMUNQUE, CERTAMENTE VIENE
MENO IL PRINCIPIO DI OTTIMIZZAZIONE MA FORSE ANCHE
QUELLO DI GIUSTIFICAZIONE
• ALTRA FACCENDA E’ L’APPLICAZIONE ALLO SCREENING O
QUALSIASI ALTRA ATTIVITA’ IN REGIME DI PROTOCOLLO DI
RICERCA: CORRETTEZZA METODOLOGICA E STRUMENTI DI
MONITORAGGIO SONO FONDAMENTALI
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Dose in tomosintesi
Sistemi per tomosintesi e dose
Sistemi per
tomosintesi e dose
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
Manufacturer
Fuji
GEH
Hologic
IMS
Siemens
Detector
a-Se FPD
CsI FPD
a-Se FPD
a-Se FPD
a-Se FPD
Pixel size
(µm)
150/100 (ST mode)
100/50 (HR mode)
100
140
85
85
Angular range
(°)
15 (ST mode)
40 (HR mode)
25
15
40
50
N° of
projections
15 (ST mode)
13 (HR mode)
(70 rebinned)
9
15
13
25
mAs/proj
uniform
uniform
uniform
variable (?)
uniform
Antiscatter
grid
no
yes
no
no
no
Reconstruction
algorithm
?
iterative
FBP
iterative
iterative
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
1
10/29/2014
Angolo e numero di proiezioni
Dose in tomosintesi
Angolo e numero di
proiezioni
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
Manufacturer
Fuji
GEH
Hologic
IMS
Siemens
Angular range
(°)
15 (ST mode)
40 (HR mode)
25
15
40
50
N° of
projections
15 (ST mode)
13 (HR mode)
9
15
13
25
 Il numero di proiezioni dipende dalla dose totale e dall’angolo stesso
 Piccoli angoli: vantaggiosi per gli «oggetti piccoli», es. microcalcs (in-plane
resolution)
 Angoli ampi: vantaggiosi per gli «oggetti grandi», es. masse o distorsioni
(out-of-plane resolution)
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
mAs per proiezione
Dose in tomosintesi
mAs per proiezione
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
Manufacturer
Fuji
GEH
Hologic
IMS
Siemens
mAs/proj
uniform
uniform
uniform
variable (?)
uniform
1) Stessa dose (mAs) per proiezione:
All’aumentare dell’angolo, aumenta la dose
assorbita dalla mammella, diminuisce quella
al rivelatore (e quindi il contributo di segnale
all’immagine). Soluzione adottata da (quasi)
tutti i costruttori.
Thickness crossed by
the perpendicular
beam
2) Dose variabile:
La maggior parte della dose alla proiezione
perpendicolare, quella rimanente distribuita
ad intervalli angolari decrescenti. Soluzione
dichiarata da IMS.
by Siemens
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Radiazione di scattering - mammo
Dose in tomosintesi
La presenza di una porzione significativa di radiazione di scattering in
mammografia è il motivo per cui la mammella viene compressa e si usa la griglia
(o dispositivo antiscatter equivalente)
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
Grid
60%
Radiazione di
scattering - tomo
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
80%
70%
Dose in tomosintesi
Radiazione di scattering - tomo
OUT OF FOCUS
IN TOMOSINTESI NON SI PUO’ USARE LA
STESSA GRIGLIA, PERCHE’ SAREBBE FUORI
FUOCO PER TUTTE LE PROIEZIONI ANGOLATE
No grid
50%
40%
30%
P
20%
S
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
10%
0%
0
2
4
6
8
10
Equivalent Breast Thickness (cm)
WITH GRID
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE PER «VIEW»
WITHOUT GRID
L’USO DELLA GRIGLIA
RICHIEDE UN AUMENTO
DELLA DOSE IN
MAMMOGRAFIA
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
Manufacturer
Fuji
GEH
Hologic
IMS
Siemens
Antiscatter grid
no
yes
no
no
no
1. ACQUISIRE LE PROIEZIONI SENZA GRIGLIA E
«TENERSI» GLI EFFETTI DELLO SCATTERING
O CORREGGERLO VIA SOFTWARE (non
banale)
Courtesy of GEH
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
% Scattered radiation (SPR)
Radiazione di
scattering - mammo
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
IN FOCUS
2. USARE UN DIVERSO TIPO DI GRIGLIA
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
2
10/29/2014
Algoritmo di ricostruzione
Dose in tomosintesi
Algoritmo di
ricostruzione
Dose in tomosintesi
Manufacturer
Fuji
GEH
Hologic
IMS
Siemens
Reconstruction algorithm
?
iterative
FBP
iterative
iterative
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
TECNICI
Courtesy of GEH
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
Filtered back
projection 1
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
Iterative
algorithm (CT)
 Less artifacts
 Higher image quality
 Allows dose reduction
DBT protocol:
 N° projections
 Angular range
 mAs/proj
X-ray source:
 anode
 filter
 kVp generator
Breast:
• compressed thickness
• composition
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
Filtered back
projection 2
DBT: da cosa dipende la dose
DBT: da cosa dipende
la dose
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
Image detector:
 Quantum efficiency
 Noise properties
 Spatial resolution
 Automatic exposure
control
 Grid
 Reconstruction
algorithm
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Assorbimento e dose
Dose in tomosintesi
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
Dose in tomosintesi
INDIPENDENTEMENTE DAI FATTORI TECNICI, LA DOSE DEVE
AUMENTARE ALL’AUMENTARE DELL’ASSORBIMENTO DELLA
MAMMELLA
6
L’ASSORBIMENTO AUMENTA
ALL’AUMENTARE DELLO
SPESSORE E DELLA DENSITA’
(componente ghiandolare)
• DOSE E FATTORI
TECNICI
*dati mammografici
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
5
System MGD (mGy)
Assorbimento e dose
4
Studi iniziali (spesso con prototipi):
DOSE PER UNA «VIEW» DI TOMOSINTESI
EQUIVALENTE A 2-3 VOLTE LA DOSE DI UNA
«VIEW» MAMMOGRAFICA
Manufacturer
1
0
0
4
20
40
60
80
100
120
• DOSE PER «VIEW»
GEH
Hologic
IMS
Siemens
Angular range (°)
15 (ST mode)
40 (HR mode)
Fuji
25
15
40
50
N° of projections
15 (ST mode)
13 (HR mode)
9
15
13
25
Breast thickness (mm)
50
3
2
IN GENERE LE MAMMELLE
SPESSE SONO MENO
DENSE
40
0
0
10
20
30
VBD (%)
40
50
VBD (%)
1
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
«View» = CC, MLO, ML, etc.
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
2
6
system MGD (mGy)
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
Dose per «view» in tomosintesi (1)
Dose per «view» in
tomosintesi (1)
• DOSE E FATTORI
TECNICI
3
5
• DOSE PER «VIEW»
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
30
20
10
.......
0
0
20
40
60
80
100
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
 IN GENERE, MAGGIORE E’ L’ANGOLO
MAGGIORE E’ IL NUMERO DI
PROIEZIONI E QUINDI LA DOSE
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
 TUTTAVIA LA DOSE DIPENDE ANCHE
DA COME E’ STATO PROGETTATO IL
CONTROLLO DELL’ESPOSIZIONE E
DALLE CARATTERISTICHE TECNICHE
DEL SISTEMA
120
breastGthickness
(mm)
Gennaro,
Mestre, 29-ott-2014
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
3
10/29/2014
Dose in tomosintesi
Dose per «view» in
tomosintesi (2)
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
Dose per «view» in tomosintesi (2)
Hologic
GE
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
Radiology 2012, 263:35-42
• DOSE E FATTORI
TECNICI
=
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
ANCHE NELL’IPOTESI OTTIMISTICA IN CUI LA DOSE PER
«VIEW»
SIA LA STESSA IN MAMMOGRAFIA E IN
TOMOSINTESI, LA DOSE TOTALE DIPENDE DAL PROTOCOLLO
CLINICO ADOTTATO
Dose totale in
tomosintesi
SSJ Feng
I Sechopoulos
CC view:
FFDM: [0.31 – 5.26] mGy
DBT: [0.66 – 3.52] mGy
Dose totale in tomosintesi
Dose in tomosintesi
=
+
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
1.50
DBT (CC + MLO)
DM (CC + MLO)
1.25
• DOSE PER «VIEW»
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
MGDDBT > MGDFFDM :
 Mammelle non molto spesse
 Mammelle non molto dense
0.75
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
0.25
0.00
-0.25
-0.50
• CONTROLLI DI
QUALITA’ IN DBT
Differenze entro ± 0.5 mGy
-1.00
+
-1.25
-1.50
1
2
3
4
5
6
(MGDDBT+MGDDM)/2
DM (CC)
Data courtesy of GEH
+
Mammografia sintetica
Mammografia
sintetica
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
DBT (CC + MLO)
DM (CC + MLO)
+
Protocollo più usato nello
screening (popolazione
asintomatica)
• DOSE E FATTORI
TECNICI
EQUIVALENTE AD UNA
MAMMOGRAFIA (digitale)
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Dose in tomosintesi
Stima della dose
ghiandolare media
Stima della dose ghiandolare media
Medical physics 2006
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
«synthetic» 2D
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
standard 2D
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DENSITA’ E DOSE
EQUIVALENTE AD UNA
MAMMOGRAFIA (digitale)
PIU’ UNA PROIEZIONE
AGGIUNTIVA
(la dose per un ingrandimento è circa 2
volte quella per un’immagine a contatto)
DBT (MLO)
(mGy)
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Dose in tomosintesi
DBT (MLO)
-0.75
0
DIPENDE ANCHE DA COME E’ STATO
PROGETTATO L’ESPOSIMETRO
DM (CC + MLO)
0.50
(mGy)
MGDDBT –MAGDDM
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DOSE PER «VIEW»
1.00
EQUIVALENTE A DUE
ESAMI MAMMOGRAFICI
(digitali) COMPLETI
Radiology 2014, 271:655-663
Conclusion:
“The combination of current reconstructed
2D images and DBT performed comparably
to FFDM plus DBT and is adequate for
routine clinical use when interpreting
screening mammograms.”
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
• DENSITA’ E DOSE
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
4
10/29/2014
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DENSITA’ E DOSE
Sechopoulos et al. (2006), Med Phys 34:221
Stima della dose
ghiandolare media
A PARITA’ DI DOSE IN INGRESSO (PER
PROIEZIONE), LA DOSE CHE CONTRIBUISCE A
FORMARE L’IMMAGINE VARIA AL VARIARE
DELL’ANGOLO
Stima della dose
ghiandolare media
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
spessore fascio
ortogonale
Relative Glandular Dose
 Nella maggior parte dei
casi, essendo gli angoli tra
± 15°, la correzione
angolare risulta essere
poco significativa.
 Se si misura la dose in
modalità 2D con mAs
equivalenti a quelli della
DBT, si ottengono risultati
non molto diversi.
 Lo
scarto
aumenta
all’aumentare
dello
spessore dell’oggetto.
Stima della dose ghiandolare media
Dose in tomosintesi
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
Dance et al. (2011), Phys Med Biol 56:453
Stima della dose ghiandolare media
Dose in tomosintesi
F’(COMPOSITION)
INCIDENT AIR
KERMA F(HVL)
CUMULATIVE
INCIDENT AIR
KERMA (0°)
Fattori g, c ed s ricalcolati per I fasci più penetranti usati in DBT
Fattore angolare poco diverso da 1
• DENSITA’ E DOSE
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Dose in tomosintesi
Stima della dose ghiandolare media
Stima della dose
ghiandolare media
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Dose in tomosintesi
Stima della dose
ghiandolare media
 c = percentuale componente ghiandolare (modello a due componenti:
tessuto ghiandolare e tessuto adiposo)
 Essendo tale percentuale ignota, normalmente si suppne essere pari
al 50% e quindi c = 1
 E’ stato dimostrato che in media la componente ghiandolare è << 50%
Breast density e stima della MGD
ESISTONO DEI PROGRAMMI PER LA STIMA VOLUMETRICA DELLA
DENSITA’ A PARTIRE DALLE IMMAGINI MAMMOGRAFICHE
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DENSITA’ E DOSE
• DENSITA’ E DOSE
1400
1200
1000
800
600
Conclusion: “Based on the results obtained from the four groups of women in
our study, the “50-50” breast is not a representative model of the breast
composition”
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
400
200
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
VBD (%)
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
5
10/29/2014
Dose in tomosintesi
Stima della dose
ghiandolare media
Breast density e stima della MGD
Dose in tomosintesi
Breast density e stima della MGD
Stima della dose
ghiandolare media
5076 PAZIENTI
5 SISTEMI DIGITALI
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DENSITA’ E DOSE
• DENSITA’ E DOSE
DIFFERENZE CHE
ARRIVANO AL 50%
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Dose in tomosintesi
Take home
• DOSE IN DBT:
PROBLEMA REALE?
• DOSE E FATTORI
TECNICI
• DOSE E FATTORI
INDIVIDUALI
• DOSE PER «VIEW»
• DOSE E
PROTOCOLLO
CLINICO
• DENSITA’ E DOSE
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
Take home
1. Il «problema della dose» in tomosintesi è più filosofico che reale.
Un po’ di buon senso può aiutare …
2. La dose dipende da molti fattori tecnici: tubo, rivelatore, controllo
dell’esposizione, numero di proiezioni, apertura angolare, mAs per
proiezione, eventuale uso di un dispositivo antiscattering.
3. A seconda dell’apparecchiatura considerata, la dose per «view» (CC,
MLO, etc) risulta essere maggiore o uguale a quella usata per
produrre un’immagine mammografica. Quando la dose è maggiore,
può essere anche più del doppio, in dipendenza anche
dall’assorbimento della mammella.
4. Il fattore che maggiormente incide sulla dose complessiva è il
protocollo clinico (DBT da sola o in combinazione con la
mammografia, quante «view» ?). L’uso di immagini 2D sintetiche
risolverà definitivamente il problema.
5. Nella stima della dose ghiandolare media si dovrebbe considerare la
somma delle dosi per proiezione, ciascuna corretta per il proprio
fattore angolare.
6. Quando si valuta la MGD bisogna ricordare che si tratta di una stima
grossolana, che include un certo numero di approssimazioni, prima
tra tutte l’ipotesi sulla composizione della mammella.
Thank you for your attention !
[email protected]
G Gennaro, Mestre, 29-ott-2014
6