IAEA International Atomic Energy Agency PROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN RADIODIAGNÓSTICO Y EN RADIOLOGÍA INTERVENCIONISTA Parte 18: Optimización de la protección

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PROTECCIÓN RADIOLÓGICA EN RADIODIAGNÓSTICO Y EN RADIOLOGÍA

INTERVENCIONISTA

Parte 18: Optimización de la protección en un tomógrafo TC

Ejercicio práctico – Control de calidad

Material de entrenamiento del OIEA sobre Protección Radiológica en radiodiagnóstico y en radiología intervencionista

IAEA18: Optimización de la protección en un tomógrafo TC 2

Perspectiva general / Objetivos

Descripción del test de control de calidad en:

• Exactitud, uniformidad, linealidad y ruido CT

• Resolución en bajo y alto contraste

• Sensibilidad en eje Z

• Alineamiento, exactitud en desplazamiento de la camilla

• Medida de la inclinación (angulación) del gantry

• Dosimetría



Tema 1: Control de calidad



Parámetros físicos de la imagen TC

Calidad de imagen

• Puede expresarse en términos de parámetros físicos tales como la uniformidad, linealidad, ruido, resolución espacial, resolución en bajo contraste

• Depende de las características tecnológicas del tomógrafo, los factores de exposición usados y las condiciones de visión de la imagen

• La calidad puede evaluarse midiendo cuantitativamente con maniquíes de test y por la presencia de artefactos

• Las medidas deberían hacerse periódicamente


Funcionamiento del tomógrafo: parámetros técnicos (I)

Maniquíes de test

• Para propósitos de calibración y evaluación de las características de los tomógrafos TC, se usan maniquíes de forma humana estandarizada u objetos de test de una forma particular, tamaño y estructura,

• Deben tener en cuenta los parámetros a comprobar: número CT; uniformidad; ruido; resolución espacial; espesor de corte; dosis; posicionamiento de la camilla


Funcionamiento del tomógrafo: parámetros técnicos (II)

Exactitud del número CT• El número CT depende del voltaje del tubo, la filtración, del espesor del objeto• El número CT del agua es por definición igual a 0

• El número CT medido debería ser < ± 4 HU en la ROI central Linealidad del número CT• Se refiere a la relación lineal entre el número CT calculado y el coeficiente de

atenuación lineal de cada elemento del objeto• Las desviaciones de la linealidad deberían ser < ± 5 HU

Uniformidad del número CT• Se refiere al hecho de que un número CT de cada píxel en la imagen de un

objeto homogéneo debería ser el mismo en distintas regiones• La diferencia en el número CT entre una región central y una periférica de un

objeto de test homogéneo debería ser < 8 HU

• Las diferencias son debidas en mucho al endurecimiento del haz


Ruido• Es la fluctuación estadística local (desviación típica) del número CT de

una Región de Interés (ROI) homogénea• Afecta fuertemente a la resolución en bajo contraste• El ruido es por encima de todo dependiente de la dosis de radiación

• El ruido en la imagen debe medirse sobre un área de alrededor del 10% del área transversal del objeto de test

• Problema médico: obtener una imagen con un nivel de ruido aceptable manteniendo la dosis al paciente tan baja como sea razonablemente alcanzable

Funcionamiento del tomógrafo: parámetros técnicos (III)

dosisRuido 1


Funcionamiento del tomógrafo: parámetros técnicos (IV)

Resolución espacial

• La resolución en alto contraste determina el tamaño mínimo de detalle visualizado en el plano del corte con un contraste > 10% – Se ve afectado por:– El algoritmo de reconstrucción– La anchura del detector– El espesor efectivo de corte– La distancia objeto -- detector– El tamaño de mancha focal del tubo de rayos X– El tamaño de la matriz


Funcionamiento del tomógrafo: parámetros técnicos (V)

Resolución espacial

• La resolución en bajo contraste determina el tamaño del detalle que puede reproducirse visiblemente cuando solo hay una pequeña diferencia en densidad relativa con relación al área circundante– La resolución en bajo contraste se ve

considerablemente limitada por el ruido. – El umbral de percepción en relación al contraste y al

tamaño de detalle puede determinarse, por ejemplo, mediante una curva contraste-detalle.


Funcionamiento del tomógrafo: parámetros técnicos (VI)

Espesor de corte• Se determina en el centro del

campo de visión como la distancia entre los dos puntos del perfil de sensibilidad a lo largo del eje de rotación en la cual la respuesta ha caído al 50%

• El uso de colimación pos-paciente para reducir el ancho de corte en la imagen lleva a aumentos muy significativos de dosis al paciente

Posicionamiento de la camilla• La exactitud de posicionamiento de

la camilla del paciente se evalúa moviendo la camilla cargada una distancia definida y moviéndola a continuación en sentido contrario hasta la posición inicial


Requisitos mínimos: tomógrafo TC (I)

• Ruido en la imagenLa desviación típica de los números CT en una ROI central de 500 mm2 para un maniquí de agua o tejido equivalente no debería variar en más del 20% del nivel base

• Valores del número CTLa desviación típica de los números CT para un maniquí de agua o tejido equivalente y materiales de diferentes densidades debería ser <± 20 HU ó 5%.

• Uniformidad del número CTLa desviación típica de los números CT en una ROI de 500 mm2 para agua o material de tejido equivalente en el centro y en la periferia de los maniquíes < 1.5% del valor base


Requisitos mínimos: tomógrafo TC (II)

• Índice de dosis en tomografía computarizada (CTDI)El CTDI para un corte individual para cada filtro de conformación de haz disponible y para cada espesor de corte no debería desviarse más del ± 20% del nivel de base

• Espesor de corte irradiadoLa anchura a media altura (FWHM) del perfil de dosis no debería diferir más del ± 20% del nivel de base

• Resolución en alto contraste (resolución espacial)La FWHM de la función de dispersión puntual de un alfiler, o la función de respuesta de borde de un borde no debería diferir en más del ± 20% del nivel de base

• Resolución en bajo contrasteDeberían verse en la imagen agujas de polistireno de 0.35 cm de diámetro insertadas en un maniquí corporal uniforme de agua



Tema 2: Ruido



Comportamiento en imagen (ruido)

• El ruido se evalúa generalmente usando maniquíes cilíndricos, bien rellenos de agua o fabricados con un material equivalente a tejido

• Una vez adquirida una imagen axial del maniquí, el ruido se obtiene de la desviación típica en el número CT en una región de interés (ROI) colocada centralmente dentro de la imagen



Región deinterés (ROI)



• Las cifras de ruido se dan en las especificaciones de los fabricantes para un maniquí específico (ej., maniquí de QA del fabricante) y para parámetros de estudios tomográficos especificados

• Deben seguirse exactamente estas condiciones para las finalidades del test de aceptación

• Los fabricantes detallan frecuentemente el ruido a un valor particular de dosis en superficie

• Si este es el caso, la dosis para cortes axiales puede medirse pegando una cámara de ionización a la superficie del maniquí



• Los niveles de base del ruido de deben obtenerse para varios protocolos de estudio tomográficos que sean de uso clínico, con el maniquí de control de calidad para medidas de rutina del ruido

• Para asegurar que las cifras de ruido son exactas y representativas, es esencial encontrar el valor medio para varios estudios (10 estudios)



Tema 3: Uniformidad y linealidad TC



Uniformidad del número CT

• La uniformidad del número CT puede evaluarse al mismo tiempo que se mide el ruido, colocando cuatro ROIs adicionales (N, E, S y O) en posiciones cerca del borde de la imagen de un maniquí uniforme

• El número medio CT se anota a continuación para las cuatro regiones y para la central

• Se calcula la desviación respecto del valor central • Puede merecer la pena comprobar la uniformidad

del número CT para campos de visión grandes



Imagen axial de un maniquí homogéneo



• La linealidad del número CT se evalúa con un maniquí que contenga inserciones de diferentes materiales (que deberían cubrir un amplio margen de números CT)

• Un ejemplo de maniquí adecuado para usar en pruebas de aceptación es el Catphan (The Phantom Laboratory, Salem, NY), que contiene cuatro insertos con números CT desde aproximadamente -1000 HU hasta +1000 HU





Tema 4: Resolución en bajo y alto contraste



Resolución en bajo contraste

• La resolución en bajo contraste (o detectabilidad en bajo contraste) se cita a menudo en la documentación de especificaciones, como el más pequeño objeto visible a un contraste dado para una dosis dada

• Dado que esta medida se refiere directamente al comportamiento en imagen, es un parámetro importante a verificar en pruebas de aceptación

• Deben adquirirse al menos 20 imágenes del inserto de bajo contraste (LCR) y ser vistas acto seguido por al menos 3 observadores, en condiciones óptimas de visión y obtener una media


Resolución en bajo contraste

Imagen típica del inserto LCR del Catphan


Resolución espacial (alto contraste)

• Hay dos grandes categorías de técnicas de medida: – Las que implican análisis de la función de difusión

puntual, usualmente mediante el cálculo de la función de transferencia de modulación (MTF)

– Las que implican análisis objetivo o evaluación visual de imágenes de un maniquí de resolución de barras.

• La resolución se define como la frecuencia espacial (en pares de líneas/cm) a las que la modulación cae al 50%, 10% o 2% de la MTF

• Estas cifras se dan frecuentemente para más de un algoritmo de reconstrucción, ej., para barridos de resoluciones estándar y alta


Resolución espacial (alto contraste)

• El número de pares de líneas por cm con visibilidad límite en la imagen equivale aproximadamente al 2% del valor de la MTF

• Este resultado puede compararse con el 2% de la MTF, si se cita este dato en la especificación del fabricante



Tema 5: Sensibilidad en eje Z



Sensibilidad Z (ancho de corte grafiado)

Medidas en modo axial

• Los maniquíes usados para medias axiales pueden contener láminas metálicas delgadas, hilos, o disposiciones de huecos de aire, inclinados un ángulo respecto del plano de imagen

• Los fabricantes deben poder suministrar un maniquí apropiado o, alternativamente, el Catphan contiene un inserto adecuado para este ensayo

Nota: para obtener medidas con sentido, el espesor de las láminas, hilos o huecos no puede ser mayor que la anchura de corte nominal ensayada. Podría haber problemas en anchos por debajo del mm que se ofrecen en tomógrafos multicorte



Medidas en modo axial

• Los fabricantes de maniquíes pueden citar la tolerancia para cada selección de espesor nominal de corte de la documentación de especificaciones

• Las medidas de sensibilidad Z en modo axial puede usarse para comprobar que los anchos de corte grafiados están dentro de las tolerancias

• Pueden también usarse en conjunción con medidas de ancho de corte irradiado para evaluar la exactitud de la colimación pos-paciente y para calcular la eficiencia geométrica del tomógrafo



Vista plana de un objeto de test usado para medir anchuras de corte grafiadas en cortes axiales



Tema 6: Alineamiento



Alineamiento de las luces indicadoras con planos de corte, coronal y sagital

• Se pueden usar varios métodos para realizar estos tests

• Las técnicas descritas aquí son inmediatas de implantar y requieren poco equipamiento especializado de test


Concordancia entre luces interna y externa del plano de corte

• Usar una película envuelta en un sobre, recomendada para esta medida, aunque puede utilizarse también un trozo de papel o tarjeta

• La película envuelta se coloca plana sobre la mesa e iluminada por la luz externa del plano de corte

• Se marca en el sobre de la película la posición de la luz y se mueve la mesa automáticamente al plano de corte

• Si la distancia entre las luces interna y externa es correcta, la luz interna debe coincidir ahora con la marca del sobre de la película.


Coincidencia de las luces internas del plano de corte y el plano de corte

• Se dan pinchazos en un trozo de película de verificación de terapia (o similar) a lo largo de la línea de la luz interna del plano de corte, y se expone la película a un corte axial estrecho y se revela

• La coincidencia entre las perforaciones y la exposición del haz de rayos X indica alineamiento entre las luces internas y el plano de corte



• En tomógrafos multicorte, las perforaciones (y, por tanto, la luz de alineamiento interna) coinciden usualmente con el centro de los cuatro cortes

• Para planificar un estudio con el haz de rayos X centrado con las luces del plano de corte interno en cero, será necesario centrar los cortes primero y último simétricamente alrededor de cero (ej., cuatro cortes desde – 7.5 mm a + 7.5 mm en un corte de 4 x 5 mm)


Z

X

Pinchazos en la película en la

posición de la luz del plano de corte

Exposición del haz de rayos X



Luces de los planos coronal y sagital

• Como marcador para realizar esta prueba puede usarse un objeto largo, estrecho, con un número CT alto respecto del aire, tal como la mina de un lápiz o un clip para papel estirado. El marcador se sujeta sobre la mesa del paciente y se alinea, usando las luces indicadoras, para que esté posicionado en el isocentro, paralelo al eje Z y perpendicular al plano de corte

• Si las luces indicadoras están alineadas exactamente a los planos coronal y sagital, el marcador debería aparecer como un punto a exactamente x = 0, y = 0, en la imagen axial.



Tema 7: Exactitud del desplazamiento de la camilla



Exactitud del desplazamiento de la camilla

• Puede usarse una regla o cinta métrica colocada a lo largo de la mesa, para comprobar que el grado de movimiento de la mesa indicado en el gantry concuerda con la distancia real movida

• Debe colocarse una carga de aproximadamente 70- 80 kg sobre la mesa para simular el paso del paciente

• El test debe realizarse dos veces: llevando la camilla desde y hacia el gantry


Evaluación de la exactitud del indicador de distancia

Exactitud del desplazamiento de la camilla


Exactitud en incremento de corte axial

• La verificación de exactitud de incremento entre cortes axiales sucesivos puede hacerse colocando una película envuelta en su sobre en la mesa (en el plano del isocentro) y exponiéndola a una secuencia de cortes axiales

• Pueden usarse cortes estrechos separados por un incremento de paso de camilla mayor de un ancho de corte, y medir la distancia entre las líneas en la película expuesta


Exactitud en el desplazamiento de la camilla en tomógrafos helicoidales• En tomografía helicoidal, no es suficiente usar un test

mecánico simple porque la distancia grafiada depende de la velocidad de la camilla y del software del tomógrafo

• Un método de evaluar la exactitud de la distancia grafiada es usar un objeto de test de perspex que contenga dos pequeños marcadores radioopacos, separados por una distancia fija (ej.:20 cm)

• El objeto de test se grafía en modo de radiografía de proyección de cortes (SPR) y se planifica un barrido helicoidal para comenzar en el primer marcador y finalizar a una distancia x del primer marcador

• Si el movimiento de la camilla es exacto durante el barrido helicoidal, los marcadores deben ser claramente vistos en las imágenes primera y última de la serie


Exactitud en el desplazamiento de la camilla en tomógrafos helicoidales



Tema 8: Medida de la inclinación (angulación) del gantry



Inclinación (angulación) del gantry

• La exactitud de la angulación del gantry (indicada en el equipo) puede evaluarse sujetando una película empaquetada en un sobre, en la mesa del paciente, en el extremo del lado del gantry

• La película debe sostenerse verticalmente (ej., pegándola a un bloque de perspex), para que esté paralela al plano sagital e interseque los planos de corte y coronal según ángulos rectos


Inclinación (angulación) del gantry

• Se hacen tres exposiciones axiales sobre la misma película:– Una para la máxima inclinación superior del gantry, – Una para la máxima inclinación inferior del gantry, – Una a 0º de inclinación del gantry

• Los tres planos de corte deben ser visibles en la película revelada

• Los ángulos + y - entre los planos de corte a la máxima inclinación relativa a la de 0º debe igualar los ángulos de inclinación mostrados en el gantry


Evaluación de la exactitud en la inclinación del gantry



Tema 9: Dosimetría



Dosimetría – CTDI en aire

• El índice de dosis en tomografía computarizada (CTDI) en aire puede medirse usando una cámara de ionización de tipo “lápiz” de 10 cm, dividida en dos por el plano de corte en el isocentro, sujeta de la mesa del paciente

• La cámara de ionización puede sujetarse usando un estativo de laboratorio químico con mordaza, si no se dispone de un soporte adecuado


Cámara de ionización

Mesa




• Al poner en servicio un tomógrafo TC, merece la pena medir el CTDI en aire en las siguientes condiciones:– Para todos los filtros de conformación del haz

– Para todas las anchuras de corte nominales

– Para todos los valores de kV clínicos

– Para un intervalo de tiempos de barrido

– Para un intervalo de posiciones de mA



Índice de dosis en tomografía computarizada (CTDI)

• T es el espesor nominal del corte

• D(z) es el perfil de dosis a lo largo del eje de rotación del tubo.



Para el modo helicoidal, el CTDI se modifica debido a que una posible superposición de cortes está aumentando la dosis en cada ancho nominal del corte. La dosis promedio de escaneo múltiple (MSAD) en este caso se calcula dividiendo el CTDI por el factor pitch p.

Donde pitch es definido como:

p = Avance de la camilla por rotaciónEspesor nominal del corte


Posiciones de cortes axiales

Corte helicoidal (pitch 1)

Dosimetría – CTDI en aire (helicoidal)


Dosimetría - CTDI en maniquíes de perspex

• Se coloca el maniquí de cuerpo sobre la mesa del paciente y el maniquí de cabeza sobre el soporte de cabeza

• Los maniquíes se alinean centrados en el isocentro del corte

• La cámara de ionización se inserta en la cavidad central o en una de las periféricas del maniquí (las restantes se rellenan con barras de perspex)



• Las medidas de dosis en el centro se usan para calcular el CTDI central

• El CTDI periférico se mide en cuatro posiciones al menos alrededor del maniquí, para conseguir un verdadero promedio

Nota: si la rotación del gantry se inicia desde diferentes posiciones angulares en barridos sucesivos puede ser necesario hacer varias medidas en cada posición, para conseguir una dosis media representativa


Maniquí de cabezaManiquí de cuerpo (o anillo para colocar sobre maniquí de cabeza)

Inserción para tapar los agujeros



• Los CTDIs central y periféricos se usan para calcular el CTDI ponderado, CTDIw:

• Los CTDIws pueden compararse con los niveles de referencia diagnósticos para exploraciones tomográficas estándar


)( CTDI3

2 + CTDI

3

1

C

1 = CTDI p100,c100,wn


Ejemplo de valores de CTDI en algunas unidades de TC

FAD(mm): distancia foco—ejeS (mm): espesor del corte

Model kV FAD S

nCTDI (mGy / mAs)

Aireponderado

cabeza cuerpo

Siemens HIQ 133 700 10 0.195 0.161 (0.83) 0.093 (0.48)

Siemens Plus S 120 700 10 0.128 0.110 (0.86) 0.062 (0.48)

Siemens Plus S 137 700 8 0.161 0.082 (0.51)

GE Pace 120 525 10 0.344 0.200 (0.58) 0.094 (0.27)

Philips LX 120 606 10 0.200 0.160 (0.80) 0.081 (0.41)


Perfiles de dosis (anchura de corte irradiada)

• La medida de las anchuras de corte irradiadas, para todas las anchuras de corte nominales seleccionables, provee un test directo de funcionalidad de colimación del haz pre-paciente y permite calcular eficiencias geométricas para el tomógrafo

• La eficiencia geométrica (GE) se define como:GE = ancho de corte irradiado 100 %

ancho de corte grafiado

• Se recomienda que el valor de GE se muestre en la consola si es menor del 70%



• Primer método: exponer una película de rayos X envuelta en un sobre, sujeta en aire en el isocentro, a cada uno de los posibles anchos de corte

• Una vez revelada, los perfiles de densidad óptica pueden trazarse usando un microdensitómetro de muestreo, o medir su anchura usando una regla

• Para proporcionar un perfil de dosis exacto, puede aplicarse una curva de calibración que convierta perfiles de densidad óptica en perfiles de dosis, a partir de los cuales pueden deducirse los anchos de corte irradiados (FWHM de los perfiles de dosis)

• Técnica alternativa: medir perfiles de dosis usando TLDs


Medida de anchuras de corte irradiadas para un intervalo de ancho nominal de corte seleccionado



Programa de control de calidad

Ejemplo de programa de control de calidad en una unidad TC

Parámetro físico Nivel ex-periencia

Frequen-cia

Priori-dad Nivel de actuación

Ruido en imagenA día/sem Alta Base ± 20%

B 1 a* Alta *más cortes/parámetros

Valores número CTA día/sem Alta agua: ± 10 HU

Otros materiales ± 20 HU

B 1 a* Alta *más cortes/parámetros

Uniformidad número CT B 1 a Alta > ± 1.5%

CTDI A 1 a Alta Base ± 20%

Espesor corte irradiado B 1 a Alta > ± 20% or 1 mm

Espesor corte grafiado B 1 a Media > ± 20% or 1 mm

Resolución alto contraste B 1 a Alta Base ± 20%

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