Corrections to absorbed dose calculations for tissue inhomogeneities (Marc R. Sontag and J. R. Cunningham) Università Cattolica di Roma Facoltà di Medicina.

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1 Corrections to absorbed dose calculations for tissue inhomogeneities (Marc R. Sontag and J. R. Cunningham) Università Cattolica di Roma Facoltà di Medicina e Chirurgia Scuola di Specializzazione in Fisica Sanitaria Luca Indovina Andrea Pentiricci Medical Physics, Vol. 4, No. 5, Sept/Oct 1977

2 INTRODUZIONE Laccuratezza nei calcoli di dose è limitata dallimpossibilità di definire correttamente geometria e densità delle strutture vicine alle disomogeneità CT scanners algoritmo di treatment planning fattore limitante non esiste una soglia di accettabilità clinica ufficialmente riconosciuta 10% sopra dose ottimale: aumento necrosi 10% sotto dose ottimale: diminuisce probabilità di controllo locale desired goal +5% tutte le sorgenti derrore +2% per ogni componente BATHO algorithm

3 effetto di una disomogeneità sulla dose in un punto calcolo dose in P = energia depositata in P fluenza in P componente primaria componente secondaria introduzione di una disomogeneità altera primario e secondario effetto predominante sulla componente primaria: < 1 g/cm 3 decremento attenuazione primario > 1 g/cm 3 incremento attenuazione primario

4 Determinazione della dose nel punto Q Effetto della disomogeneità sulla dose nel punto Q Nellipotesi che il mezzo irradiato sia omogeneo e tessuto equivaqlente ad acqua o muscolo, si ottiene un CF (Correction Factor) che tiene conto della presenza della disomogeneità.

5 algoritmi tradizionali effective attenuation coefficient isodose shift effective SSD 1. non tiene conto della distanza frontale della disomogeneità rispetto al punto di calcolo 2. non è considerata alterazione dovuta al diffuso d / d eff è utilizzato per stimare la variazione di attenuazione Si commette un errore del 10% se il punto di calcolo non è sufficientemente lontano dalla disomogeneità Metodo per determinare CF ICRP Rep. No. 24 (1976) d eff : spessore effettivo o radiologico

6 fattore di correzione: Batho algorithm metodo di Batho punto di calcolo al di sotto della disomogeneità, ma sempre allinterno del materiale tessuto equivalente (forma originale) punto di calcolo anche allinterno della disomogeneità (forma generale) punto sia sotto che allinterno della disomogeneità, disomogeneità multiple fattore di correzione per la presenza del tessuto

7 densità doppia generalizzando, se volumi di densità unitaria sono compattati in un unico volume di densità fisica, la dose in P sarà relazione tra la dose in un mezzo tessuto equivalente e la dose in un mezzo a densità relativa 2 fattore di correzione: Batho algorithm

8 2 strati ad ugual densità correzione per il cambio della densità nello strato inferiore, di spessore d 1 e densità 2 correzione per laggiunta di un materiale di spessore (d 2 -d 1 ) e densità 2 fattore di correzione: Batho algorithm (generalizzazione) D 4 in un punto P sottostante a due zone a densità diverse.

9 P è in un materiale tessuto equivalente e al di sotto della disomogeneità P è allinterno della disomogeneità, al di sotto di materiale tessuto equivalente differenze nel numero atomico tra le due regioni a densità diverse: rapporto di en è esaminata solo la geometria al di sopra del punto di calcolo (problemi legati al backscattering…) la dose in un punto è indipendente dallo spessore dello strato al di sopra della disomogeneità condizioni di equilibrio elettronico dimensioni laterali di tutti gli strati sono al max come quelle del campo generalized Batho fattore di correzione: Batho algorithm (generalizzazione)

10 metodi sperimentali materiale tessuto equivalente, simile al tessuto del muscolo approssima il polmone: densità più bassa, natura porosa, numero atomico simile approssima losso: stesso numero atomico, alta densità usato come materiale tessuto equivalente o come disomogeneità ad alta densità, vicina a quella del tessuto muscolare tutti gli attenuatori sono piatti, con dimensioni laterali più grandi della max dimensione del campo letture relative, con c.i. Farmer senza cappuccio di buildup no correzioni con en

11 misure con sughero punti sperimentali: CF calcolato come rapporto tra letture in un fantoccio di polistirene con e senza sughero linea tratteggiata: linear attenuation method, correzione del 5% /cm di tessuto mancante linea solida: generalized Batho CF<1 nei primi cm:decremento nel diffuso, non compensato da un analogo decremento nel primario CF<1 dopo i primi cm: anche se cè meno radiazione diffusa, lattenuazione del primario continua a diminuire allinterfaccia sughero/polistirene i punti sperimentali crescono più velocemente a causa dellaumentato backscattering al di sotto della disomogeneità CF dipende solo da variazioni del primario: buon accordo tra punti sperimentali e metodo lineare comportamento per punti vicini alla disomogeneità complesso: Batho preferibile rispetto al metodo lineare (errori anche del 10%)

12 variazione di CF in funzione della profondità lungo lasse centrale in un fantoccio di sughero a parità di profondità, CF cresce con le dimensioni del campo CF ha valori intorno allunità nei primi cm, poi continua a crescere correzione di Batho approssima i valori misurati nell1% correzione di Batho è più bassa

13 fantoccio con disomogeneità di sughero di spessore pari a 5.7cm: CF per punti al di sotto di essa buon accordo con Batho valori misurati più bassi CF non varia molto con le dimensioni del campo

14 misure con alluminio come cambiano le cose con una disomogeneità ad altà densità? CF>1 a causa della elevata densità del materiale da cui viene il diffuso trend opposto accordo entro il 2%, dovuto alla grande differenza di densità tra alluminio e polistirene rispetto al caso precedente non tutto il diffuso dovuto allalluminio raggiunge il punto di calcolo del CF al crescere del campo leffetto diventa più evidente per punti al di sotto della disomogeneità laccordo torna entro l1% (scattering trascurabile)

15 ipotesi di Batho sulle dimensioni laterali della disomogeneità (più grandi rispetto al campo) non si accorda con la pratica clinica decremento del numero di punti dove avviene lo scattering dato che il polistirene è meno denso dellalluminio componente primaria non risulta influenzata dalla variazione nel fantoccio (dipende solo dallo spessore che resta inalterato) un punto nella disomogeneità dovrebbe rilevare un decremento di dose, e di conseguenza nel CF: ciò non può essere evidenziato dal metodo di Batho, che in definitiva porta ad una sovrastima anche del 10%

16 CONCLUSIONI generalized Batho method predice la dose in punti disomogenei con accuratezza accettabile dal punto di vista clinico. Per disomogeneità multiple, CF è il prodotto dei singoli fattori di correzione migliore rispetto ai metodi tradizionali problemi legati allo scattering: errori per disomogeneità con piccole dimensioni laterali e per fasci ad alta energia (interazioni Compton sono meno predominanti: la percentuale di diffuso diminuisce)

17 FINE

18 considerazioni primario funzione dello spessore attraversato secondario è anche funzione della posizione e della dimensione laterale della disomogeneità effetto predominante sulla componente primaria: < 1 g/cm 3 decremento attenuazione primario > 1 g/cm 3 incremento attenuazione primario