Het standaard model voor

dosimetrie in de mammografie

26 maart 2010

Ruben van Engen

Overzicht

• Inleiding

• Model van de borst (Hammerstein 1979)

• Model van Dance (1990)

• Correctie voor compositie en • Correctie voor compositie en röntgenspectra (Dance 2000)

• Nieuwe S-factoren (Dance 2009)

• Europese richtlijn dosislimieten

• Dosis referentie niveau’s

Inleiding

Midden jaren ’70 begin jaren ’80:

- Risico schatting mammografie werd belangrijk

- Introductie van verschillende grootheden:- Introductie van verschillende grootheden:

Mid-breast dose

Mean breast dose

Average glandular dose (Mean glandular dose)

- Aanbevolen door ICRP in 1987

Inleiding

• Mean glandular dose is niet direct meetbaar

• Intree Kerma in lucht wel meetbaar

• Met behulp van modellen moet de • Met behulp van modellen moet de glandulaire dosis berekend worden uit de Intree Kerma in lucht

Model van de borst (Hammerstein 1979)

- 5 mm huidrand (vet)

Hammerstein (1979)

- 5 mm huidrand (vet)

- Kern: homogene mix van vet en glandulair weefsel

- 50% klierweefsel, 50% vetweefsel

CC projectie

Dwarsdoorsnede

Dance (1990)

Aanname:

- Model van de borst (Hammerstein)

- Compressieplaat aanwezig

- Bucky tafel

- Mo/Mo anode/filter combinatie

Dance (1990)

MGD = Kair · g

g-factor: fractie van de energie welke

geabsorbeerd wordt door de borstgeabsorbeerd wordt door de borst

Kair: intree air Kerma t.h.v. perspex

g-factor: bepaald d.m.v. Monte Carlo simulaties �

HVL afhankelijk

(IPSM Report 59 1989, European Protocol 1996)

- g-factor afhankelijk van anode/filter

combinatie en buisspanning

- simplificatie: g-factor alleen afhankelijk

Dance (1990)

g-factor

Dikte PMMA HVL (mm Al)

(cm) 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6

2 0.378 0.421 0.460 0.496 0.529 0.559 0.575- simplificatie: g-factor alleen afhankelijk

van HVL en borstdikte

- werkte redelijk goed: tot ± 5% nauwkeurig

3 0.261 0.294 0.326 0.357 0.388 0.419 0.448

4 0.183 0.208 0.232 0.258 0.285 0.311 0.339

4.5 0.155 0.177 0.198 0.220 0.245 0.272 0.295

5 0.135 0.154 0.172 0.192 0.214 0.236 0.261

6 0.106 0.121 0.136 0.152 0.166 0.189 0.210

7 0.086 0.098 0.111 0.123 0.136 0.154 0.172

8 0.074 0.085 0.096 0.106 0.117 0.133 0.149

Dance (2000)

Na 1990:

• Nieuwe röntgenspectra: Mo/Rh, Rh/Rh

Hiervoor voldoen de g-factoren uit 1990 niet.niet.

-> Correctiefactor op de g-factor voor het röntgenspectrum (s-factor)

Dance (2000)

• Borstcompositie aanname (50%

glandulariteit) is een te grote simplificatie

90

100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Gecomprimeerde borstdikte (mm)

Gla

nd

ula

rite

it (

%)

40-49

50-64

Dance (2000)

-> Introductie van de c-factor,

deze factor corrigeert voor het verschil in

borstcompositie t.o.v. een borst die voor 50% uit

glandulair en 50 % uit vetweefsel bestaatglandulair en 50 % uit vetweefsel bestaat

(huidige discussie in USA:

“the myth of the 50-50 breast”)

Dance (2000)

MGD = Kair · g · c · s

g-factor: fractie van de energie welke

geabsorbeerd wordt door de borst K intree geabsorbeerd wordt door de borst Kair intree

Kerma in lucht

c-factor: correctie voor verschil in glandulariteit

ten opzichte van 50%

s-factor: correctie voor verschil in anode/filter

combinatie

(Dance 2000)

s-factor

Mo/Mo 1.000

Mo/Rh 1.017

Rh/Rh 1.061

c-factor

Perspexdikte

[cm]

HVL

[mm Al]

0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60

2.0 0.889 0.895 0.903 0.908 0.913 0.917 0.921

3.0 0.940 0.943 0.945 0.946 0.950 0.952 0.953 Rh/Rh 1.061

W/Rh 1.042

3.0 0.940 0.943 0.945 0.946 0.950 0.952 0.953

4.0 1.043 1.041 1.041 1.039 1.038 1.036 1.035

5.0 1.164 1.160 1.151 1.150 1.144 1.139 1.134

6.0 1.254 1.245 1.236 1.231 1.226 1.217 1.208

7.0 1.299 1.292 1.282 1.275 1.270 1.260 1.249

8.0 1.307 1.299 1.291 1.288 1.283 1.273 1.263

Dance (2000)

• PMMA heeft een verzwakking ongeveer gelijk aan een borst van 50% klier en 50% vetweefsel

(Mo/Mo 28 kV)

• Overeenkomst tussen de PMMA dikte

(mm)

Equivalente

borstdikte (mm)verzwakking van PMMA

en een gemiddelde

gecomprimeerde borst.

(50-64 jaar)

(mm) borstdikte (mm)

20 21

30 32

40 45

50 60

60 75

70 90

80 103

Dance (2009)

• Digitale mammografie: nieuwe anode-flter combinaties

- W/Ag met verschillende filterdikten voor verschillende fabrikanten (50 -75 µm)verschillende fabrikanten (50 -75 µm)

- W/Al (0.5 mm dik, Sectra Microdose)

Dance (2009)

Target Filter kV range

(kV)

s-factor using

Boone

spectra

Maximum error

%

W 50 µm Ag 25-40 1.063 2.6

• W/Ag anode filtercombinatie:

W 50 µm Ag 25-40 1.063 2.6

W 55 µm Ag 25-40 1.054 2.6

W 60 µm Ag 25-40 1.048 2.9

W 65 µm Ag 25-40 1.043 3.1

W 75 µm Ag 25-40 1.037 4.1

W 50-75 µm Ag 25-40 1.042 4.6

• Eén s-factor voor W/Ag

Dance (2009)

• W anode in combinatie 0.5 mm Al:

• Breed spectrum

Dance (2009)

PMMA

thickness

(mm)

Equiv breast

thickness

(mm)

s-factor

• Niet mogelijk om één s-factor voor W/0.5 mm Al te geven

(mm) (mm)

20 21 1.075

30 32 1.104

40 45 1.134

45 53 1.149

50 60 1.160

60 75 1.181

70 90 1.198

80 103 1.208

Dance (2009)

Breast thickness

Typical glandularity

20 mm

100 %

110 mm

3%

Equivalent PMMA

thickness

Dance et al 2000

(MC calculation)

19.17 63.19

WAl (0.5mm) 25kV

HVL 0.360 mm Al

19.36 63.50

• Bij gebruik van W/Al en W/Ag:

Is de conversie tabel PMMA dikte naar MoRh 27 kV

HVL 0.405 mm Al

19.42 63.38

MoMo 35 kV

HVL 0.423 mm Al

19.38 64.02

MoRh 35 kV

HVL 0.471 mm Al

19.34 63.89

RhRh 35 kV

HVL 0.507 mm Al

19.20 63.88

WRh 27 kV

HVL 0.534 mm Al

19.31 63.52

WRh 35 kV

HVL 0.607 mm Al

19.18 64.04

WAl (0.5mm) 40 kV

HVL 0.616 mm Al

18.87 64.74

PMMA dikte naar gemiddelde borstdikte nog geldig?

• Maximale fout: 2 mm (bij grootste dikten en meest harde spectra)

Dance (2009)

• 1990: geen strooistraling meegenomen

• 2000: meetkamer in contact met compressieplaat

• 2009: Calculation geometry Relative value of incident

air kerma

Chamber in contact with

compression paddle

1.000

Compression paddle raised

50 mm above chamber

0.968

Scatter free measurement 0.929

• 2009:

• 2010: Eu richtlijn: meetkamer in contact met compressieplaat

Glandulaire dosis

Toekomst (2010):

• Tomosynthese

- T-factor afhankelijk van hoek, dosis per

opname en aantal opnamenopname en aantal opnamen

Eerste resultaten geven aan dat de dosis

gering verschilt van projectie mammografie

- Nieuwe röntgenspectra: W/Al (0.7 mm dik)

en hogere buisspanning (tot 49 kV)

• Europese Richtlijnen,

vierde editie (2006)

• Limieten o.a. op (glandulaire)

dosis en beeldkwaliteit

Implementatie van het model van Dance

dosis en beeldkwaliteit

• Onderscheid in:

- acceptable (limiet)

- achievable values (gewenst)

Perspexdikte Eq.Borstdikte Glandulaire dosis

acceptable achievable level

[cm] [cm] [mGy] [mGy]

2.0 2.1 < 1.0 < 0.6

3.0 3.2 < 1.5 < 1.0

4.0 4.5 < 2.0 < 1.6

Implementatie van het model van Dance

4.0 4.5 < 2.0 < 1.6

4.5 5.3 < 2.5 < 2.0

5.0 6.0 < 3.0 < 2.4

6.0 7.5 < 4.5 < 3.6

7.0 9.0 < 6.5 < 5.1

• Limieten bepaald uit film-scherm mammografie

• Bij 5 cm borstdikte: limiet in intreedosis

- m.b.v. Mo/Mo 28 kV omgerekend naar glandulaire dosis ~ 3 mGy

- relatie tussen gemeten glandulaire dosis

Implementatie van het model van Dance

- relatie tussen gemeten glandulaire dosis bij verschillende perspexdikten uit film-scherm mammografie

- curve geschaald naar 3 mGy

Limieten op beeldkwaliteit

• Contrast-Detail analyse

• Voorgeschreven waarden:

Acceptable:

– Gemeten beeldkwaliteit bij film-scherm – Gemeten beeldkwaliteit bij film-scherm mammografie

– 97.5% van de film-scherm systemen voldoet

Achievable:

– Gemiddelde beeldkwaliteit bij een aantal digitale mammografie systemen (2003)

Praktijk (gegeneraliseerd)

Praktijk:

- Meeste DR systemen: Wanneer opnamen gemaakt worden met de “achievable” dosis wordt ongeveer de “achievable” dosis wordt ongeveer de “achievable” beeldkwaliteit bereikt

- Meeste CR systemen: Wanneer opnamen gemaakt worden met “acceptable” dosis wordt ongeveer de “acceptable” beeldkwaliteit bereikt

Dosis Referentie Niveau

• CR systemen hebben meer dosis nodig om dezelfde kwaliteit te bereiken

• Onderscheid tussen dosis referentieniveau van DR en CRvan DR en CR

• CR: DRN is “acceptable” waarde uit EU richtlijn

• DR: DRN is “achievable” waarde uit EU richtlijn

• Alleen 3, 5 en 7 cm in DRN

Observatie

Contrast-detail curves

1

perspexdikte DR CR

(cm) Glandulaire dosis (mGy)

3 1.05 1.11

5 1.73 2.70CR

Praktijkvoorbeeld:

0.01

0.1

0.1 1

diameter (mm)

go

ud

dik

te (

mic

rom

ete

r)

5 1.73 2.70

7 2.94 4.48DR

Voldoet niet aan DRN

Voldoet wel aan DRN

Hogere beeldkwaliteit

Observatie

• Is DRN een dosislimiet?

• Bij opstellen DRNs: prikkel tot optimalisatie

• Nu: meer als limietwaarde gebruikt

-> voorbeeld vorige dia: systeem met hogere -> voorbeeld vorige dia: systeem met hogere

beeldkwaliteit en lagere dosis wordt afgekeurd

wanneer beide DRNs als limiet worden

gehanteerd

Observatie

• Er zijn twee DRNs voor mammografie, voor andere modaliteiten (CT, Thorax, X-abdomen) één DRN en haalbaar niveau

• Voor de mammografie zou gekozen • Voor de mammografie zou gekozen kunnen worden om één DRN (b.v. huidige DRN voor CR) en één haalbare waarde (DRN voor DR) te stellen.

• Meer in lijn met DRN van andere modaliteiten en EU richtlijn

Observatie

• Voor beoordeling van (de instellingen van) een systeem zou een risico - baten afweging verricht moeten worden

• Risico: Inductie van tumoren ten gevolge van stralenbelasting

• Baten: detectie van tumorendetectie van tumoren(of als afgeleide: dosis – beeldkwaliteit)

Voor het bevolkingsonderzoek op borstkankerscreening geldt:

„Tegenover elk sterfgeval ten gevolge van straling worden 250-400 gevallen van sterfte door het bevolkingsonderzoek voorkomen.“

(Bron: stralingsbelasting bij het bevolkingsonderzoek naar borstkanker in Nederland, 2005)

Observatie

• Risico - baten: 1 – 250/400

• Realiseer: dat bij stralingsreductie de kant van de 1 verminderd wordt

• Wanneer hierdoor een x-percentage minder gedetecteerd wordt is dit aan de kant van de gedetecteerd wordt is dit aan de kant van de 250/400

• Verschillen screening – diagnostiek

• Er zijn aanwijzingen (niet gepubliceerd) dat een achteruitgang in beeldkwaliteit van ca. “achievable” naar “acceptable” tot 20% minder detectie kan opleveren

Dosisniveau screening

• Uitgangspunt:

Beeldkwaliteitsniveau screening: “achievable”

• Hierbij hoort een dosis van ongeveer • Hierbij hoort een dosis van ongeveer “achievable”,

bij kleinere borstdikten (kleiner risico) is de dosis soms gering hoger dan “achievable”, bij grotere borstdikten (groter risico) fors lager