Evaluation de la dose en Evaluation de la dose en radiologie radiologie

conventionnelleconventionnelle

Carlo MACCIA(CAATS)

STRATEGIES ET METHODES (I)

Les problèmes méthodologiques liés àl'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:

du nombre de clichés, du temps de scopie, des type d'incidence, 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 questionde:

recueil de données statistiques concernant l'activité radiologique de plusieurs installations dans des lieux géographiques différentsde 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)

FANTOME

DEPART

MESURE DIRECTE MONTE-CARLO

PATIENT MODELE MATHEMATIQUE

DOSE A L ’ENTREE

a b c

de

f g h

i j k l

m n

MESURE INDIRECTE

DOSE A L’ORGANE

STRATEGIES POUR LA MESURE DE LA DOSE

DIAMENTOR

Tube +Collimation

GENERATEUR H.T.

CHAMBRE D ’IONISATION

Filtration Additionnelle

ExposeurAutomatique

Cassette +Film

Grille Antidiffusante

Distance-Foyer-Peau (DFP)

Distance-Foyer-Film (DFF)

DOSE AL ’ORGANE

Dose dans l’air

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

0 10 20 30 40 50Energie (keV)

0Inte

nsité

par k

eV (u

nité

s ar

bitr

aire

s)

2

4

1

3

5Filtration inhérente(1mm Be)

0,03 mm Al

0,06 mm Al

0,19 mm Al

1,01 mm Al

Foyer des rayons X

LAMELLES

DE PLOMBRAYONS DIFFUSES

RAYONS UTILES

FILM ET CASSETTE

PRINCIPE DE LA GRILLE DIFFUSANTEPRINCIPE DE LA GRILLE DIFFUSANTE

EXEMPLES de GRILLES (Rapports de grille)

δ δ δh

D

h δD

Rapport de grille : r = 1 tg=

Grid : A Grid : B

Grid : C

• Grid A et B ont le même nombre de lames• Grid B et C ont le même espacement entre les lames

5 < r < 16

TABLEAU 1 : Facteurs de rétrodiffusion mesurés avec des TLD et un fantôme

d’eau simulant le patient

CDA Taille du champ en cm x cmmm 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 1.302.5 1.28 1.31 1.32 1.33 1.343.0 1.30 1.33 1.35 1.36 1.374.0 1.32 1.37 1.39 1.40 1.41

LOI DU CARRE DE LA DISTANCE

D

2D

3D

1

3

2

4 12

3

45

6

78

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 différentskilovoltages

1,0

0 5 10 15 20 Profondeur en cm

0,1

0,01 50 (kV)60 (kV)

80 (kV) + 1 mm Al

100 (kV) + 2 mm Al120 (kV) + 2 mm Al

Rayonnement diffusé pour différentesqualités de faisceau

0 5 10 15 20 25 30 Dimensions du champs en cm

0,60

0,00

Fra

cti

on

de

dif

fusé

0,20

0,40

0,800,90

0,10

0,30

0,50

0,70

70 kV

100 kV

Sensibilité relative et résolution d ’une sélection de combinaisons ecran-film (à 80

kVp pour un fantôme équivalent thorax

Niveau derésolutionthéorique

Matériauphosphorescent

Sensibilitérelative (pour

une densité de 1

Résolution(cycles/mm)

Détaillé Tungstate de CaHaut Rendement

0,3 à 0,50,6 à 1

8 à 108 à 10

Moyen Tungstate de CaHaut Rendement

12 à 3

54 à 5,5

Rapide Tungstate de CaHaut Rendement

23 à 10

33

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:

U = tension I = intensité de courantt = temps d’expositionxF = filtration totalea = distance du foyerDair par mAs

const.xU,2Fair

FaI.t a),xt,(U,I,D

=

≈

Pour des distances du foyer autres que 100 cm, la dose par mAs sera :

2

100cmair DFP100.DD

=

Calcul de la dose dans l’air (à partir de la source) :

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

1 2 3 4 Filtration Totale en mm d ’Al

0,1

0,0150 (kV)

Dos

e A

bsor

bée

«da

ns l

’air

»m

Gy/

mA

s

0,02

0,05

0,2

0,5

60 (kV)70 (kV)80 (kV)90 (kV)

100 (kV)110 (kV)125 (kV)

150 (kV)

Exemple numérique

La dose à l’entrée reçue lors d’un clichédu bassin en incidence de face :

(70 kV; 2,5 mm Al; 40 mAs; 86 cm DFP) :

mGy 3,7 86

100mAs 40mGy/mAs 0.069D2

E =

⋅⋅=

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 = facteur d’atténuation totalSP,100 = facteur d’atténuation du patient pour un champ de 100 cm2

SF = facteur de correction pour des champs de taille différente de 100 cm2

ST,100 = facteur d’atténuation de la table pour des champs de 100 cm2

SGR,100 = facteur d’atténuation de la grille pour des champs de 100 cm2

SG = facteur de géométrie

DFF = Distance Foyer FilmDFP = Distance Foyer PeauSF vaut 1 pour des champs > à 100 cm2.Les autres facteurs, lorsqu ’ils ne sont pas mesurés, assument les valeurs :ST,= 1,5 SGR,100 = 2,5 SGR,100 = 3,5 pour les hautes tensions

tDSDSD IIE ⋅⋅=⋅=•

FGR,100T,100P,100G SSSSSS ⋅⋅⋅⋅=

2

G DFPDFFS

=

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).

mGy 4,0 mGy 0,0052,511,512086

115D2

E =⋅⋅⋅⋅⋅

=

TABLEAU 2 : Facteurs d’atténuation pour différentes

épaisseurs et tensions

Tension duTube

Epaisseur du Patient

kV 15 cm 20 cm 25 cm 30 cm 35 cm48 140 410 1200 3000 720052 110 300 750 1800 400056 85 230 550 1300 230063 70 180 400 800 150069 57 120 290 580 100080 45 100 210 400 68092 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

(B)

Dans l’air

(A)

Rendement

(C)

RTA

(D)

(S) (S) (S) (S)

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 :

avec :

où (µen/ρ) sont les coefficients d’absorption massique de l’eau et de l’air respectivement.

⋅

+

⋅⋅=air

en

eau

en

2

TAET ρ

µρµ

dDFPDFPTDD

1,05 ρµ

ρµ

air

en

eau

en ≈

Profondeur Dimension du Champ (cm2)(cm) 100 225 400 900

0 1.257 1.303 1.341 1.3411 1.200 1.246 1.246 1.2692 1.030 0.875 0.878 0.9063 0.831 0.875 0.878 0.9064 0.672 0.711 0.732 0.7555 0.541 0.584 0.600 0.6326 0.434 0.480 0.498 0.5297 0.349 0.394 0.413 0.4438 0.280 0.325 0.342 0.3719 0.225 0.266 0.285 0.31110 0.181 0.218 0.237 0.26112 0.117 0.147 0.162 0.18214 0.075 0.099 0.112 0.12816 0.049 0.067 0.077 0.09018 0.031 0.045 0.053 0.06320 0.021 0.031 0.037 0.045

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

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).

mGy 1,61,05786

860,443mGy 4,0D2

T =⋅

+⋅⋅=

MODELING OF INTERNAL RADIATION DOSIMETRY (MIRD)

Utilisation d ’un modèle de simulation de transport de photons par la méthode Monte CarloLes données nécessaires :

point de centrageincidencefiltrationformat du filmkV

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 :CentragekVfiltrationchampsincidence

Dose dans l'air

CoefficientsMonte Carlo

de conversion

PCXMC

dose (mSv)par organe

(27 organes)

dose efficace(mSv)

(CIPR 60)

Exemple de simulation

Doses aux organes : femme (64 ans) angioplastie de l’interventriculaire antérieure

(3 stent), 28 séries d’images, 1301 expositions, 20 mn de scopie

0

10

20

30

40

50

Cœur

Poum

ons

Oesoph

age

Squele

tteSur

renale

s

Moëlle O

sseu

seTh

ymus

Foie

Peau

Autres O

rgan

esPan

créa

sSein

sEs

tom

acRein

sRat

e

Vescic

ule Bilia

ireTh

iroïd

e

Gros I

ntest

in (h

aut)

Petit

Inte

stin

Ovaire

s

Gros I

ntest

in (b

as)

Uteru

sCer

veau

Vessie

(mGy)