IAEA International Atomic Energy Agency Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии Л19: Оптимизация защиты в маммографии Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии2 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 маммографии3 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 маммографии4 Обзор / цели Применение принципов радиационной защиты в маммографии, включая конструирование, контроль качества и дозиметрию

IAEA International Atomic Energy Agency Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 1: Введение в физику маммографии Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии6 Введение в физику маммографии Рентгеновская маммография – это самый надёжный метод обнару- жения рака молочной железы Это самый популярный метод просмотра молочной железы в раз- личных развивающихся странах Для того, чтобы получить маммо- граммы высокого качества при допустимой дозе облучения, необходимо использовать правильное оборудование

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии7 Главные компоненты маммографической системы Маммографическая рентгеновская трубка Устройство для компрессии молочной железы Отсеивающая решётка Приёмник изображения Автоматическое реле экспозиции

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии8 Геометрия при маммографии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии9 Главные характеристики маммографи- ческой системы Контраст: способность системы сделать видимыми небольшие различия между плотнос- тями 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 International Atomic Energy Agency Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 2: Важные физические параметры Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии11 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 маммографии12 Изменение контраста при изменении энергии излучения Энергия (кэВ) 1,0 0,1 0,01 0,001 Ca 5 (PO 4 ) 3 OH кальсификации 0,1мм Железистая ткань 1 мм Контраст Контраст уменьшается в 6 раз при повышении энергии с 15 до 30 кэВ Контраст железистой ткани резко уменьшается при энергии излучения свыше 27 кэВ

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии13 Составляющие суммарной нерезкос- ти изображения Нерезкость приёмника: (комбинация экран-плёнка) может быть порядка 0,1 – 0,15 мм (полная ширина на половине мак- симума функции рассеяния точки) с мини- мальной 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 маммографии14 Доза облучения молочной железы Доза облучения очень быстро снижается с увеличением глубины из-за низкоэнер- гетического спектра излучения Величина дозы: средняя доза облучения железы зависит от ткани, которая очень склонна к канцерогенезу под действием излучения

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии15 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 маммографии16 Зависимость средней дозы облучения молочной железы от энергии фотонов (кэВ) ,2 8 cм Средняя доза обл. груди (произв. един.) Рисунок показывает быстрое воз- растание дозы с уменьшением энер- гии фотонов и с увеличением тол- щины грудной железы Для 8 cм толщины груди доза увели- чивается в 10 раз при уменьшении энергии от 30 до 15 кэВ При 20 кэВ доза увеличивается в 7 раз при увеличении толщины от 2 до 8 cм 2 cм

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии17 Составляющие шума в изображении 1) Квантовые флуктуации 2) Свойства приёмника излучения 3) Факторы проявления плёнки Квантовые флуктуации и зернистость плёнки являются важными составляю- щими шума при маммографии

IAEA International Atomic Energy Agency Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 3: Маммографическая рентгеновская трубка Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии19 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 маммографии20 Рентгеновский спектр в маммографии На рисунке показан обычный спектр излучения при мам- мографии, получен- ный при использо- вании Мо мишени и Мо фильтра Энергия (кэВ) Относительное число фотонов Рентгеновский спектр при 30 кВ на трубке с Мо мишенью и 0,03 мм Мо фильтром

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии21 Основные характеристики рентгенов- ского 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 маммографии22 Варианты оптимизации рентгенов- ского 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 реко- мендуется только для толстой молочной железы

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии23 Варианты оптимизации рентгенов- ского 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 маммографии24 Зависимость суммарной нерезкости от уве- личения изображения и фокусного пятна 1,0 1,5 2,0 Увеличение 0,15 0,10 0,05 0,80,8 Суммарная нерезкость (мм) Для нерезкости приёмника 0,1 мм Увеличение может улучшить нерезкость, если фокусное пятно мало Если фокусное пятно слишком велико, увеличение повысит нерезкость 0,40,4 0,20,2 0,10,1 0,01

IAEA International Atomic Energy Agency Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 4: Размер фокусного пятна Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии26 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 маммографии27 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 MoMo + 25 мкм Mo W + 60 мкм MoW + 50 мкм Rh W + 40 мкм PdRh + 25 мкм Rh

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии28 Фильтрация излучения при маммо- графии 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 опре- делить 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 International Atomic Energy Agency Part 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 5: Высоковольтный генератор Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии30 Новые спецификации для экрано- плёночной маммографии Почти линейная форма напряжения с колебаниями не больше, чем у системы с шестипульсным выпрямлением Напряжение на трубке должно быть 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 мАс Должна быть обеспечена возможность повторения снимков при самых высоких нагрузках с интервалами < 30 секунд

IAEA International Atomic Energy Agency Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 6: Отсеивающая решётка Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии32 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 соответ- ственно [Dance et al.]

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии33 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 улуч- шения контраста (ФУК) и Букки (ФБ)

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии34 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) ФУКФБ ,25 1,38 1,54 1,68 1,85 2,06 2,24

IAEA International Atomic Energy Agency Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 7: Автоматическое реле экспозиции Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии36 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, распо- ложенное 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 International Atomic Energy Agency Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 8: Дозиметрия Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии38 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 желе- зы (AGD) является дозиметрической величиной, рекомендуемой для оценки риска

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии39 Дозиметрические величины AGD не может быть измерена непосредственно, но она определяется при измерениях со стандартным фантомом при обычных уставках маммографической уста- новки Входная поверхностная воздушная КЕРМА, (ESAK) измеренная в свободном воздухе, ста- ла наиболее часто используемой величиной для дозиметрии пациентов в маммографии Для других целей можно использовать вход- ную поверхностную дозу, включающую рас- сеяние

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии40 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 (соот- ветствующий 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 International Atomic Energy Agency Часть 19: Оптимизация защиты в маммографии Тема 9: Контроль качества Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии42 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 маммографии43 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 маммографии44 l Обработка плёнок Базовые параметры (температура, время обработки, оптическая плотность плёнки) Плёнка и проявочная машина (сенситометрия) Тёмная комната («безопасный свет», просачивание света ) l Просмотр плёнок Негатоскоп (яркость, равномерность) Окружающая среда (освещение комнаты) Параметры, рассматриваемые программой КК (2)

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии45 l Свойства системы Контрольный уровень дозы (входная поверхностная доза или средняя доза облучения груди) Качество изображения (прост- ранственное разрешение, конт- раст изображения, пороговый контраст, время экспозиции) Параметры, рассматриваемые программой КК (3)

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии46 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: специ- альная регулировка оборудования не требуется Введение в измерения

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии47 Два типа экспозиции: l Эталонная экспозиция предназначе- на для получения информации о сис- теме при определённых условиях, независимых от клинических уставок l Рутинная экспозиция предназначена для получения информации о сис- теме при клинических условиях, зависимых от используемых уставок Введение в измерения

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии48 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) Введение в измерения

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии49 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 Введение в измерения

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии50 - Напряж. на трубке - уср-во для компресс. - плексигл. фантом - отсеив. решётка Расст. Фокус-детектор - фототаймер - АРЭ - упр. опт. плотностью Эталонная экспозиция 28 кВ в контакте с фантомом 45 мм присутствует соот.в. фок. расст. решётки близко к грудной клетке вкл., среднее значение среднее значение Рутинная экспозиция клинические уставки в контакте с фантомом 45 мм присутствует соотв. фок. расст. решётки клинические уставки включено клинические уставки Параметры и уставки эталонной или рутинной экспозиции В таблице показаны параметры и уставки эталонной или рутинной экспозиции с установкой плексиглазового фантома:

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии51 Резюме Конечной целью правильного использо- вания оборудования для экрано-плёноч- ной маммографии является получение отличных изображений при минимально возможной дозе облучения молочной железы Для достижения этой цели необходимо следовать хорошо разработанному про- токолу контроля качества

IAEA 19: Оптимизация защиты в маммографии52 Где получить информацию European Protocol on Dosimetry in Mammography. EUR EN. Dance D. R., and Day G. J The computation of scatter in mammography by Monte Carlo methods Phys. Med. Biol. 29, Birch R, Marshall M and Ardran G M Catalogue of spectral data for diagnostic X-Rays SRS30. European Guidelines for quality assurance in mammography screening, 3rd Edition (2001) ISBN