Metrologia dei campi di radiazioni di bassa energia

The conversion coefficients from air kerma to ICRU operational dose equivalent quantities for ENEA’s realization of the X-radiation qualities L10-L35 of the ISO “Low Air Kerma rate” series (L), N10-N40 of the ISO “Narrow spectrum” series (N) and H10-H60 of the ISO “High Air-kerma rate” (H) series and two beams at 5 kV and 7.5 kV were determined by utilising X-ray spectrum measurements. The pulse-height spectra were measured using a planar high-purity germanium spectrometer (HPGe) and unfolded to fluence spectra using a stripping procedure then validate with using Monte Carlo generated data of the spectrometer response. HPGe portable detector has a diameter of 8.5 mm and a thickness of 5 mm. The entrance window of the crystal is collimated by a 0.5 mm thick Aluminum ring to an open diameter of 6.5 mm. The crystal is mounted at a distance of 5 mm from the Berillium window (thickness 25.4 micron). The Monte Carlo method (MCNP-4C) was used to calculate the efficiency, escape and Compton curves of a planar high-purity germanium detector (HPGe) in the 5-60 keV energy. These curves were used for the determination of photon spectra produced by the X-ray machine SEIFERT ISOVOLT 160 kV in order to allow a precise characterization of photon beams in the low energy range, according to the ISO 4037. The detector was modelled with the MCNP computer code and validated with experimental data. To verify the measuring and the stripping procedure, the first and the second half-value layers and the air kerma rate were calculated from the counts spectra and compared with the values measured using an a free-air ionization chamber. For each radiation quality, the spectrum was characterized by the parameters given in ISO 4037-1. The conversion coefficients from the air kerma to the ICRU operational quantities Hp(10), Hp(0.07), H’(0.07) and H*(10) were calculated using monoenergetic conversion coefficients. The results are discussed with respect to ISO 4037-4, and compared with published results for low-energy X-ray spectra. The main motivation for this work was the lack of a treatment of the low photon energy region (from a few keV up to about 60 keV).

Valutazione della fluenza fotonica di un tubo a raggi X tramite metodi semiempirici basati su simulazioni Montecarlo

Il lavoro svolto in questa tesi si inserisce in una ricerca iniziata pochi anni fa dal Dott. Bontempi. Riguarda la stima della fluenza fotonica tramite due metodi diversi da quelli adottati nella letteratura. I metodi proposti dalla letteratura valutano operativamente la fluenza fotonica ad alta intensità. Sono basati sulla correlazione tra fluenza fotonica e quantità dosimetriche, come l’esposizione o l’Air Kerma. Altre correlano la valutazione dell’HVL con la fluenza dei fotoni. Sebbene queste metodologie siano semplici da implementare, la valutazione della fluenza dei fotoni è ottenuta tramite il concetto di equivalenza del fascio monocromatico. Questo causa discrepanze nella valutazione della reale quantità di fotoni emessa dalla sorgente di raggi X. Il Dott. Bontempi ha sviluppato due diverse metodologie per il calcolo della fluenza: il primo metodo è basato sul calcolo del Kerma unito ad un modello semi empirico per il computo dello spettro dei raggi X. Il secondo metodo è invece basato sulla valutazione della funzione nNPS registrata in un’immagine a raggi X e quella ottenuta simulando il sistema sorgente-rivelatore.

Radiation exposure of patients who undergo CT of the trunk

PURPOSE: To determine the radiation dose delivered to organs during standard computed tomographic (CT) examination of the trunk. MATERIALS AND METHODS: In vivo locations and sizes of specific body organs were determined from CT images of patients who underwent examinations. The corresponding CT investigations were then simulated on an anthropomorphic phantom. The resulting doses were measured at 70 different sites inside the phantom by using thermoluminescent dosimeters. On the basis of measurements of free-in-air air kerma at the rotation axis of the CT gantry, conversion factors were calculated so that measurements could be used with different models of CT equipment. RESULTS: Starting from the dose values recorded, the mean organ doses were determined for 21 organs. The skin received 22-36 mGy; the lungs, less than 1-18 mGy; the kidneys, 7-24 mGy; and the ovaries, less than 1-19 mGy, depending on the type of CT examination performed. CONCLUSION: These values are high compared with other x-ray examinations and should be minimized as much as possible. The number of tomographic sections obtained should be kept as low as possible according to diagnostic need.

Evaluation of PRESAGE® dosimeters for brachytherapy sources and the 3D dosimetry and characterization of the new AgX100 125I seed model

With continuous new improvements in brachytherapy source designs and techniques, method of 3D dosimetry for treatment dose verifications would better ensure accurate patient radiotherapy treatment. This study was aimed to first evaluate the 3D dose distributions of the low-dose rate (LDR) Amersham 6711 OncoseedTM using PRESAGE® dosimeters to establish PRESAGE® as a suitable brachytherapy dosimeter. The new AgX100 125I seed model (Theragenics Corporation) was then characterized using PRESAGE® following the TG-43 protocol. PRESAGE® dosimeters are solid, polyurethane-based, 3D dosimeters doped with radiochromic leuco dyes that produce a linear optical density response to radiation dose. For this project, the radiochromic response in PRESAGE® was captured using optical-CT scanning (632 nm) and the final 3D dose matrix was reconstructed using the MATLAB software. An Amersham 6711 seed with an air-kerma strength of approximately 9 U was used to irradiate two dosimeters to 2 Gy and 11 Gy at 1 cm to evaluate dose rates in the r=1 cm to r=5 cm region. The dosimetry parameters were compared to the values published in the updated AAPM Report No. 51 (TG-43U1). An AgX100 seed with an air-kerma strength of about 6 U was used to irradiate two dosimeters to 3.6 Gy and 12.5 Gy at 1 cm. The dosimetry parameters for the AgX100 were compared to the values measured from previous Monte-Carlo and experimental studies. In general, the measured dose rate constant, anisotropy function, and radial dose function for the Amersham 6711 showed agreements better than 5% compared to consensus values in the r=1 to r=3 cm region. The dose rates and radial dose functions measured for the AgX100 agreed with the MCNPX and TLD-measured values within 3% in the r=1 to r=3 cm region. The measured anisotropy function in PRESAGE® showed relative differences of up to 9% with the MCNPX calculated values. It was determined that post-irradiation optical density change over several days was non-linear in different dose regions, and therefore the dose values in the r=4 to r=5 cm regions had higher uncertainty due to this effect. This study demonstrated that within the radial distance of 3 cm, brachytherapy dosimetry in PRESAGE® can be accurate within 5% as long as irradiation times are within 48 hours.

Incorporação do espalhamento Compton no modelo de TBC modificado

No último século, houve grande avanço no entendimento das interações das radiações com a matéria. Essa compreensão se faz necessária para diversas aplicações, entre elas o uso de raios X no diagnóstico por imagens. Neste caso, imagens são formadas pelo contraste resultante da diferença na atenuação dos raios X pelos diferentes tecidos do corpo. Entretanto, algumas das interações dos raios X com a matéria podem levar à redução da qualidade destas imagens, como é o caso dos fenômenos de espalhamento. Muitas abordagens foram propostas para estimar a distribuição espectral de fótons espalhados por uma barreira, ou seja, como no caso de um feixe de campo largo, ao atingir um plano detector, tais como modelos que utilizam métodos de Monte Carlo e modelos que utilizam aproximações analíticas. Supondo-se um espectro de um feixe primário que não interage com nenhum objeto após sua emissão pelo tubo de raios X, este espectro é, essencialmente representado pelos modelos propostos anteriormente. Contudo, considerando-se um feixe largo de radiação X, interagindo com um objeto, a radiação a ser detectada por um espectrômetro, passa a ser composta pelo feixe primário, atenuado pelo material adicionado, e uma fração de radiação espalhada. A soma destas duas contribuições passa a compor o feixe resultante. Esta soma do feixe primário atenuado, com o feixe de radiação espalhada, é o que se mede em um detector real na condição de feixe largo. O modelo proposto neste trabalho visa calcular o espectro de um tubo de raios X, em situação de feixe largo, o mais fidedigno possível ao que se medem em condições reais. Neste trabalho se propõe a discretização do volume de interação em pequenos elementos de volume, nos quais se calcula o espalhamento Compton, fazendo uso de um espectro de fótons gerado pelo Modelo de TBC, a equação de Klein-Nishina e considerações geométricas. Por fim, o espectro de fótons espalhados em cada elemento de volume é somado ao espalhamento dos demais elementos de volume, resultando no espectro total espalhado. O modelo proposto foi implementado em ambiente computacional MATLAB® e comparado com medições experimentais para sua validação. O modelo proposto foi capaz de produzir espectros espalhados em diferentes condições, apresentando boa conformidade com os valores medidos, tanto em termos quantitativos, nas quais a diferença entre kerma no ar calculado e kerma no ar medido é menor que 10%, quanto qualitativos, com fatores de mérito superiores a 90%.

Analisi statistica sull'esposizione media di operatori di radiologia interventistica

Questo lavoro si pone l'obiettivo di fornire stime della dose efficace annua e della dose al cristallino annua per operatori di radiologia interventistica. Ci si concentra inoltre sulla dose al cristallino vista la recente direttiva EURATOM che dovrà essere recepita dalla normativa italiana entro febbbraio 2018. Ci si è occupati di una equipe di tre medici radiologi operanti presso il reparto di Neuroradiologia dell'Ospedale Bellaria di Bologna che lavora principalmente con un angiografo biplanare. Il lavoro sperimentale ha avuto inizio delineando il campo di radiazione presente nella sala operatoria ed in particolare, nei pressi del primo medico operatore che è risultato essere quello più esposto alle radiazioni. Il campo di radiazione è stato definito tramite misurazioni con camera a ionizzazzione utilizzando dei fantocci in PMMA simulanti un paziente. Determinati i valori del campo di radiazione e stabiliti alcuni parametri fissi si è cercato un parametro (possibilmente registrato dalla macchina) che permettesse una correlazione tra il carico di lavoro degli operatori e la dose da essi ricevuta in modo da ricavare stime sul lungo periodo. Questo è stato individuato nel DAP totale (registrato automaticamente dopo ogni intervento e presenti nei report) grazie alla presenza di mappe isokerma fornite dalla ditta costruttrice dell'angiografo. Tali mappe forniscono una relazione tra Kerma e DAP al variare di alcuni parametri di macchina. Affinchè fosse possibile utilizzare le mappe isokerma ne è stata necessaria la verifica tramite ulteriori misure sperimentali (nelle stesse condizioni operative definite nelle mappe). Effettuata la verifica si è determinato il carico di lavoro degli operatori per quattro mesi, assunto come periodo sufficientemente lungo per una stima sulla dose assorbita annua. Combinando i carichi di lavoro con i valori di dose assorbita rilevati si sono ottenute le stime obiettivo della tesi che vengono discusse sotto vari aspetti.