Radiological imaging in digital systems: the effect of exposure parameters in diagnostic quality and patient dose

Esta tese pretende contribuir para o estudo e análise dos factores relacionados com as técnicas de aquisição de imagens radiológicas digitais, a qualidade diagnóstica e a gestão da dose de radiação em sistema de radiologia digital. A metodologia encontra-se organizada em duas componentes. A componente observacional, baseada num desenho do estudo de natureza retrospectiva e transversal. Os dados recolhidos a partir de sistemas CR e DR permitiram a avaliação dos parâmetros técnicos de exposição utilizados em radiologia digital, a avaliação da dose absorvida e o índice de exposição no detector. No contexto desta classificação metodológica (retrospectiva e transversal), também foi possível desenvolver estudos da qualidade diagnóstica em sistemas digitais: estudos de observadores a partir de imagens arquivadas no sistema PACS. A componente experimental da tese baseou-se na realização de experiências em fantomas para avaliar a relação entre dose e qualidade de imagem. As experiências efectuadas permitiram caracterizar as propriedades físicas dos sistemas de radiologia digital, através da manipulação das variáveis relacionadas com os parâmetros de exposição e a avaliação da influência destas na dose e na qualidade da imagem. Utilizando um fantoma contraste de detalhe, fantomas antropomórficos e um fantoma de osso animal, foi possível objectivar medidas de quantificação da qualidade diagnóstica e medidas de detectabilidade de objectos. Da investigação efectuada, foi possível salientar algumas conclusões. As medidas quantitativas referentes à performance dos detectores são a base do processo de optimização, permitindo a medição e a determinação dos parâmetros físicos dos sistemas de radiologia digital. Os parâmetros de exposição utilizados na prática clínica mostram que a prática não está em conformidade com o referencial Europeu. Verifica-se a necessidade de avaliar, melhorar e implementar um padrão de referência para o processo de optimização, através de novos referenciais de boa prática ajustados aos sistemas digitais. Os parâmetros de exposição influenciam a dose no paciente, mas a percepção da qualidade de imagem digital não parece afectada com a variação da exposição. Os estudos que se realizaram envolvendo tanto imagens de fantomas como imagens de pacientes mostram que a sobreexposição é um risco potencial em radiologia digital. A avaliação da qualidade diagnóstica das imagens mostrou que com a variação da exposição não se observou degradação substancial da qualidade das imagens quando a redução de dose é efectuada. Propõe-se o estudo e a implementação de novos níveis de referência de diagnóstico ajustados aos sistemas de radiologia digital. Como contributo da tese, é proposto um modelo (STDI) para a optimização de sistemas de radiologia digital.

Avaliação da dose glandular média (MGD) em três sistemas mamográficos

Este estudo tem por objectivos determinar a Dose Glandular Média - Mean Glandular Dose (MGD) - em 3 sistemas de Mamografia e comparar os valores obtidos com os referenciais internacionais. O estudo foi realizado num sistema analógico de Écran-Película (EP) e em dois sistemas de imagem digital (CR e DR). Foi efectuado o cálculo da Entrance Surface Air Kerma (ESAK) e da MGD em três equipamentos a partir de uma amostra de dados referentes a 30 mulheres assintomáticas, com idades compreendidas entre os 40 e 64 anos. Em cada equipamento objecto de análise, foram recolhidos os dados referentes a 10 mulheres. Foram consideradas as projecções crânio-caudal (CC) e oblíqua médio-lateral (MLO). A análise de resultados revelou que o valor de MGD varia quando se compara os três sistemas. Nas incidências CC os valores de MGD obtidos foram de 1,54 mGy (EP), 1,78 mGy (CR) e 0,82 mGy (DR). Nas incidências MLO o valor de MGD foi de 1,53 mGy no sistema EP, de 1,78 mGy no CR e 0,87 mGy no sistema DR. Constata-se que o valor de MGD na incidência de CC é inferior ao valor de MGD na incidência MLO, excepto para o sistema EP. Verifica-se também que o sistema EP apresenta maior variabilidade nos dados de MGD comparativamente com os restantes sistemas. O sistema DR é o que apresenta a menor variabilidade de valores MGD e também valores de MGD mais baixos. Comparando os resultados deste estudo com as referências internacionais, verifica-se que a MGD se encontra abaixo do limite de 2 mGy recomendado. ABSTRACT - This study aims to estimate the Mean Glandular Dose (MGD) associated with three different mammographic systems and compare the results with recommended international reference values. The systems included in the study included a conventional Screen-Film (SF) system and two digital mammography systems (CR and DR). Entrance Surface Air Kerma (ESAK) and MGD associated with each equipment were calculated. A sample of 30 healthy women (age ranging from 40 to 64 years old) undertaking screening mammography was considered in this study. The mammographic exam includes two projections, cranio-caudal (CC) and medio-lateral oblique (MLO). The MGD results obtained for CC projection were 1,54 mGy (SF), 1,78 mGy (CR) and 0,82 mGy (DR). MGD values for the MLO projection were 1,53 mGy (SF), 1,78 mGy (CR) and 0,87 mGy (DR). Results show that MGD value is slightly lower in the CC projection than in MLO, except for the SF system (1,54 mGy; 1,53 mGy). In addition the MGD for the SF system varied more than that associated with the digital systems. The DR system allows a narrow variation of MGD values and also lower MGD values. Comparing this study results with the international references we concluded that MGD values are below the 2 mGy recommended value for the three systems evaluated.

Medições de dose no cristalino e na tiróide em tomografia computorizada: projecto

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Protecção Contra Radiações

Avaliação da dose absorvida na tiróide, em cintigrafias com 123I e Na99mTcO4 utilizando modelos biocinéticos e métodos de Monte Carlo

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Protecção contra Radiações

Assessment of patient dose in digital systems

The assessment of patient dose has gained increased attention, still being an issue of concern that arises from the use of digital systems. The development of digital technology offers the possibility for a reduction of radiation dose around 50% without loss in image quality when compared to a conventional screen–film system. Digital systems give an equivalent or superior diagnostic performance and also several other advantages, but the risk of overexposure with no adverse effect on image quality could be present. This chapter refers to the management of patient dose and provides an explanation of dose-related concepts. In this chapter, exposure influence in dose and image representation and the effects of radiation exposure are also discussed.

Erros de distribuição em dose unitária: tipos e causas

Os erros de medicação são um problema de saúde pública com uma repercussão económica importante, afectando a qualidade de vida dos utentes e os custos em saúde. Ao nível da farmácia hospitalar, “que tem como principal função a dispensa dos medicamentos aos doentes de acordo com a prescrição médica, nas quantidades e especificações solicitadas, de forma segura e no prazo requerido, promovendo o uso seguro e racional do medicamento,” o erro de distribuição é definido como a discrepância entre a ordem prescrita pelo médico e o atendimento dessa ordem, podendo gerar oportunidades de erros de administração. Os erros classificam-se em função da etapa do circuito do medicamento em que ocorrem: prescrição, distribuição e administração. A distribuição de medicamentos em sistema de dose unitária (DMDU) está descrita como imperativo para aumentar a segurança no circuito do medicamento, prevendo uma distribuição diária de medicamentos, em dose individual unitária, para um período de 24 horas. Sempre que possível, a DMDU deverá apoiar-se em equipamentos semi-automáticos, para redução dos erros. Sendo a qualidade e segurança uma preocupação crescente e uma prioridade dos sistemas de saúde, os profissionais de saúde devem intervir activamente na melhoria dos sistemas de utilização dos medicamentos para garantir a segurança do doente. Consequentemente, vários estudos têm sido desenvolvidos para verificar os tipos de erros mais frequentes em farmácia hospitalar. Objectivo do estudo: identificar os principais erros de distribuição em dose unitária descritos na literatura nos últimos 5 anos e as suas causas, através de uma revisão sistemática.

Estudo dosimétrico comparativo do Acuros® XB: algoritmo avançado de cálculo de dose com o AAA – Anisotropic Analytical Alghorithm, em tratamentos de radioterapia externa com a técnica de RapidArc™

Mestrado em Radioterapia.

Avaliação da distribuição de dose no CTV-PTV através de imagem guiada em doentes com carcinoma da próstata

Mestrado em Radioterapia.

Otimização de dose em mamografia

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Imagem Digital com Radiação X.

Influência do volume vesical na diminuição da dose recebida na bexiga e no PTV em doentes com tumor de reto tratados com belly-board

Introdução: O cancro retal continua a ser um dos principais problemas de saúde a nível mundial, sendo a toxicidade gastro-intestinal e génito-urinária os efeitos tardios da radioterapia mais reportados. A utilização da Belly-Board para minimizar essa toxicidade, reduzindo o volume de bexiga e intestino delgado irradiados é recomendada. No entanto, o protocolo mais adequado para o volume vesical nestes doentes é ainda tema de controvérsia. Objetivo: Avaliar a influência do volume vesical na dose recebida na bexiga e no PTV, em doentes com tumor de reto, posicionados em decúbito ventral, com belly-board. Materiais e Métodos: 38 doentes com tumor de reto tratados no CHBM, agrupados em dois grupos: o 1º grupo, com 19 doentes que realizaram tratamento com bexiga cheia e o 2º grupo, com 19 doentes que realizaram tratamento com bexiga vazia. Os dados foram obtidos através dos HDV’s e foram comparadas as doses máximas no PTV e a percentagem de volume de bexiga que recebe 50Gy. Foi utilizado o teste estatístico U-Mann Whitney com um nível de significância de 0,05. A hipótese de pesquisa deste estudo propõe que os dois grupos diferem significativamente entre si e a hipótese nula propõe que os dois grupos não diferem significativamente entre si, para ambas as variáveis. Resultados: Não se observaram diferenças estatisticamente significativas entre os grupos no que diz respeito à dose máxima no PTV. No que se refere à percentagem de volume de bexiga que recebe 50Gy verificaram-se diferenças estatisticamente significativas, tendo o grupo de doentes que realizaram tratamento com bexiga cheia apresentado valores mais baixos. Conclusões: Este estudo demonstrou o benefício da utilização do protocolo de bexiga cheia em doentes com tumor de reto tratados com belly-board, na diminuição da percentagem de volume de bexiga que recebe 50Gy.

Comparação do cálculo de dose com os algoritmos Analytical Anisotropic Algorithm e Pencil Beam Convolution na patologia de pulmão

Mestrado em Radioterapia.

Avaliação da dose efetiva recebida pelo técnico de radiologia no contexto ocupacional

Introdução – As funções a desempenhar pelos técnicos de radiologia (TR) envolvem exposição ocupacional às radiações ionizantes, podendo acarretar potenciais efeitos biológicos. Metodologia – De modo a avaliar a dose efetiva recebida pelo TR nos diferentes métodos de estudo radiológico em que este trabalha, procedeu-se à realização de um estudo exploratório-descritivo. Efetuaram-se medições com dosímetros termoluminescentes em cinco valências radiológicas e foram aplicados questionários aos TR para determinar o tempo total de trabalho, bem como as medidas gerais de proteção radiológica utilizadas durante o período de medições. Resultados – Verificou-se que as doses efetivas, calculadas por hora, foram mais elevadas na valência de radiologia de intervenção, com os dados obtidos sobre a proteção plumbínea, sendo que a valência com menor dose efetiva calculada por hora foi a de mamografia, que apresentou um valor de medição igual a zero. Conclusões – Com o presente estudo conclui-se que existem diferenças de dose efetiva recebida de acordo com a função desempenhada pelo TR. Pela extrapolação dos valores calculados para doses efetivas anuais, verificou-se que os valores correspondentes a cada valência se encontram muito abaixo do limite anual legal de 20mSv.

10 kVp rule – An anthropomorphic pelvis phantom imaging study using a CR system: impact on image quality and effective dose using AEC and manual mode

Purpose - This study aims to investigate the influence of tube potential (kVp) variation in relation to perceptual image quality and effective dose (E) for pelvis using automatic exposure control (AEC) and non-AEC in a Computed Radiography (CR) system. Methods and materials - To determine the effects of using AEC and non-AEC by applying the 10 kVp rule in two experiments using an anthropomorphic pelvis phantom. Images were acquired using 10 kVp increments (60–120 kVp) for both experiments. The first experiment, based on seven AEC combinations, produced 49 images. The mean mAs from each kVp increment were used as a baseline for the second experiment producing 35 images. A total of 84 images were produced and a panel of 5 experienced observers participated for the image scoring using the two alternative forced choice (2AFC) visual grading software. PCXMC software was used to estimate E. Results - A decrease in perceptual image quality as the kVp increases was observed both in non-AEC and AEC experiments, however no significant statistical differences (p > 0.05) were found. Image quality scores from all observers at 10 kVp increments for all mAs values using non-AEC mode demonstrates a better score up to 90 kVp. E results show a statistically significant decrease (p = 0.000) on the 75th quartile from 0.37 mSv at 60 kVp to 0.13 mSv at 120 kVp when applying the 10 kVp rule in non-AEC mode. Conclusion - Using the 10 kVp rule, no significant reduction in perceptual image quality is observed when increasing kVp whilst a marked and significant E reduction is observed.

Image quality and dose analysis for a PA chest X-ray: comparison between AEC mode acquisition and manual mode using the 10 kVp ‘rule’

Purpose - To compare the image quality and effective dose applying the 10 kVp rule with manual mode acquisition and AEC mode in PA chest X-ray. Method - 68 images (with and without lesions) were acquired using an anthropomorphic chest phantom using a Wolverson Arcoma X-ray unit. These images were compared against a reference image using the 2 alternative forced choice (2AFC) method. The effective dose (E) was calculated using PCXMC software using the exposure parameters and the DAP. The exposure index (lgM provided by Agfa systems) was recorded. Results - Exposure time decreases more when applying the 10 kVp rule with manual mode (50%–28%) when compared with automatic mode (36%–23%). Statistical differences for E between several ionization chambers' combinations for AEC mode were found (p = 0.002). E is lower when using only the right AEC ionization chamber. Considering the image quality there are no statistical differences (p = 0.348) between the different ionization chambers' combinations for AEC mode for images with no lesions. Considering lgM values, it was demonstrated that they were higher when the AEC mode was used compared to the manual mode. It was also observed that lgM values obtained with AEC mode increased as kVp value went up. The image quality scores did not demonstrate statistical significant differences (p = 0.343) for the images with lesions comparing manual with AEC mode. Conclusion - In general the E is lower when manual mode is used. By using the right AEC ionising chamber under the lung the E will be the lowest in comparison to other ionising chambers. The use of the 10 kVp rule did not affect the visibility of the lesions or image quality.

Increasing source to image distance for AP pelvis imaging: impact on radiation dose and image quality

Aim - A quantative primary study to determine whether increasing source to image distance (SID), with and without the use of automatic exposure control (AEC) for antero-posterior (AP) pelvis imaging, reduces dose whilst still producing an image of diagnostic quality. Methods - Using a computed radiography (CR) system, an anthropomorphic pelvic phantom was positioned for an AP examination using the table bucky. SID was initially set at 110 cm, with tube potential set at a constant 75 kVp, with two outer chambers selected and a fine focal spot of 0.6 mm. SID was then varied from 90 cm to 140 cm with two exposures made at each 5 cm interval, one using the AEC and another with a constant 16 mAs derived from the initial exposure. Effective dose (E) and entrance surface dose (ESD) were calculated for each acquisition. Seven experienced observers blindly graded image quality using a 5-point Likert scale and 2 Alternative Forced Choice software. Signal-to-Noise Ratio (SNR) was calculated for comparison. For each acquisition, femoral head diameter was also measured for magnification indication. Results - Results demonstrated that when increasing SID from 110 cm to 140 cm, both E and ESD reduced by 3.7% and 17.3% respectively when using AEC and 50.13% and 41.79% respectively, when the constant mAs was used. No significant statistical (T-test) difference (p = 0.967) between image quality was detected when increasing SID, with an intra-observer correlation of 0.77 (95% confidence level). SNR reduced slightly for both AEC (38%) and no AEC (36%) with increasing SID. Conclusion - For CR, increasing SID significantly reduces both E and ESD for AP pelvis imaging without adversely affecting image quality.