Ottimizzazione in radiografia convenzionale
Il principio di ottimizzazione è la base della responsabilità del tecnico di radiologia è chiede al TSRM di mettere in atto tutte le strategie tecnico-pratiche che permettono di ottenere l’immagine radiografica a un livello di dose che basta alla formulazione della diagnosi per rispondere al quesito clinico. 1,3,6
Questo articolo definisce il principio di ottimizzazione e i suoi obiettivi, ed offre una piccola guida pratica sugli accorgimenti tecnico-pratici per ottimizzare la dose e la qualità dell’immagine radiografica, concludendo con una ricca bibliografia che elenca le raccomandazioni e normative più importanti a livello nazionale ed internazionale, insieme ai riferimenti a un vasto numero di articoli scientifici che approfondiscono il concetto.
Il principio di ottimizzazione
Originariamente espresso con “limitare le dosi quanto più possibile” (keeping doses as low as possible) 2 , il principio di ottimizzazione è stato riformulato varie volte e la più recente pubblicazione dell’ICRP3, tradotta in italiano nel 2008, riporta le seguente definizione:
Principio di ottimizzazione della protezione: la probabilità di incorrere in esposizioni, il numero di persone esposte e l'entità delle loro dosi individuali, dovrebbero essere tenute tanto basse quanto ragionevolmente ottenibile, in considerazione dei fattori economici e sociali. Questo significa che il livello di protezione dovrebbe essere il migliore ottenibile nelle circostanze considerate, massimizzando il margine di beneficio rispetto al danno. Per evitare che questo procedimento di ottimizzazione possa determinare gravi disuguaglianze, ci dovrebbero essere restrizioni sulle dosi o sui rischi per gli individui derivanti da una specifica sorgente (vincoli di dose o di rischio e livelli di riferimento). 3,6
Il principio di ottimizzazione riguarda la scelta delle attrezzature, la produzione dell’informazione diagnostica appropriata o del risultato terapeutico, la delega degli aspetti pratici, i programmi per la garanzia di qualità, inclusi il controllo della qualità, l'esame e la valutazione delle dosi o delle attività somministrate al paziente.6
Gli obiettivi del principio di ottimizzazione, che sono prevenire gli effetti deterministici e ridurre a un livello accettabile gli effetti non-deterministici (stocastici) delle radiazioni ionizzanti sulle persone esposte per scopi medici o professionali, possono essere raggiunte attraverso l’applicazione di misure e interventi a due livelli: in fase di progettazione e costruzione delle apparecchiature, per ridurre l’influenza di errori sistematici e durante il funzionamento quotidiano, in cui l’ottimizzazione della protezione durante esami radiografici ha una ricaduta diretta sul paziente. 2,6
Ottimizzazione che riguarda le attrezzature
Il primo passo per l’ottimizzazione, definito all’interno della EURATOM 43/97, recepita dalla legislazione italiana con il D.lgs. 187/00, elenca tutta una serie di presupposti e interventi relativi alle attrezzature che impiegano radiazioni ionizzanti:
- collaudo delle apparecchiature, prima dell’uso iniziale, e controlli di qualità regolari;
- divieto di impiegare apparecchiature di fluoroscopia senza intensificazione di brillanza;
- presenza di un dispositivo che riporta la quantità di radiazioni prodotte durante la procedura radiologica per le attrezzature di nuova istallazione;
- impiego di apparecchiature adeguate e controlli di qualità appositamente programmati per le procedure speciali come esami radiografici pediatrici, programmi di screening e procedure ad alte dosi (es: radiologia interventistica e tomografia computerizzata). 5,6
Ottimizzazione durante la pratica quotidiana
Nella scelta dell’esecuzione delle procedure radiografiche ci si trova sempre di fronte a una serie di opzioni che cambiano il livello di esposizione al paziente o il livello di qualità dell’immagine finale. È importante che il TSRM sia a conoscenza delle conseguenze di ogni sua scelta e decisione e che gli siano chiari i concetti della radioprotezione, della radiobiologia e della fisica delle radiazioni insieme ad un’approfondita conoscenza delle attrezzature impiegate nello specifico settore dove sta operando.
Tuttavia, molte scelte hanno anche una ricaduta diretta sull’entità delle risorse impiegate e sui costi economici, compresi i costi sociali meno facilmente quantificabili, quali i rischi per la salute del personale sanitario. Perciò è particolarmente rilevante per ogni TSRM ricevere una formazione di base che comprenda tutti gli aspetti elencati in precedenza e che ogni professionista riconosca il valore della formazione continua.
Gli accorgimento tecnico-pratici per un ottimizzazione delle procedure di acquisizione, elaborazione, visualizzazione e distribuzione delle immagini radiografiche possono essere riassunti in un breve ABC.
Adeguare la tecnica di esposizione:
Mentre per le radiografie con sistemi schermo-film la scelta dei parametri kV e mAs è legata alla curva di risposta del sistema stesso, in radiografia digitale le combinazioni di kV e mAs che possono produrre un’immagine diagnosticabile sono più numerosi, ed è proprio questo il motivo, per il quale si dice, che il range dinamico dei sistemi digitali è più ampio.
Questo aspetto fa sì che la tendenza di aumentare i mAs e quindi la dose (dose creep) è molto frequente una volta introdotto un sistema di imaging digitale; soprattutto per le procedure radiografiche a tecnica libera (senza sistema di esposimetro automatico).
L’adeguamento della tecnica radiografica, a prescindere dal tipo di rilevazione impiegato, deve tenere conto dei seguenti aspetti:
kV:
I kV vanno scelti per adeguarli all’anatomia del paziente da radiografare (alla parte anatomica più spessa e più densa) e al contrasto che si vuole ottenere sull’immagine finale, tenendo conto che kV più alti:
• cambiano lo spettro delle radiazioni X portando l’energia media a valori più alti aumentando quindi il potere di penetrazione dei raggi X;
• richiedono una diminuzione dei mAs in modo da tenere costante il segnale che arriva al rivelatore dell’immagine (come guida si può usare la regola del 15% che dice: all’aumento del 15% dei kV è richiesta la diminuzione dei mAs di un fattore 2 e viceversa) 7. Questo comporta un notevole risparmio di dose entrata cute per il paziente che può essere compreso tra il 30 e 35%.
• aumentano in maniera significativa la quantità di radiazione diffusa, creata all’interno del paziente, che può avere un effetto negativo sul contrasto dell’immagine finale. Mentre con i sistemi schermo-film il parametro contrasto non è modificabile una volta ottenuta l’immagine, con i sistemi digitali si può e si deve ottimizzare il contrasto con il post-processing. 8,9
mAs:
Ovviamente, come già visto in precedenza, la manipolazione del kV non può stare da sola e i mAs devono essere adeguati. Diversi autori hanno descritto i tentativi di trovare il valore di mAs più basso per raggiungere un livello di rumore quantistico accettabile all’occhio del radiologo. Questo è un problema specialmente per i sistemi di imaging che impiegano rivelatori digitali.
I mAs vanno sempre scelti in base all’impostazione della sensibilità del sistema, sia esso tradizionale o digitale, in base al livello di qualità dell’immagine e certamente in base all’anatomia da radiografare. Essenzialmente si tratta di valutare la qualità dell’immagine in funzione dei mAs, e quindi della dose, in un approccio strutturato, valutando per ogni immagine il livello di rumore riscontrabile.
Anche le caratteristiche di assorbimento delle radiazioni sono diverse nei sistemi CR e DR rispetto ai sistemi schermo-pellicola. Ciò significa che le tecniche di esposizione sviluppate per il sistema tradizionale potrebbero aver bisogno di essere rivalutate. Ci si può aspettare che kV più alti e l’adattamento dei mAs (riducendoli) possano portare a una notevole riduzione della dose al paziente fino a quando la riduzione del contrasto non è grave. Tuttavia, deve essere esercitata cautela nello svolgere quest’aumento di kV, affinchè il rivelatore veda abbastanza contrasto, al fine di applicare correttamente l'elaborazione dell’immagine.
Per un approfondimento dell’argomento dei parametri espositivi, quale kV, mAs, distanza ecc. si rimanda alla lettura degli articoli citati in bibliografia. 10, 21-43
Buona centratura e posizionamento del paziente:
Il malposizionamento è le causa più frequente per esami ripetuti in radiografia tradizionale, così come nella radiografia digitale. L’elaborazione delle immagini digitali non può ricostituire caratteristiche anatomiche che non sono proiettate sul rivelatore. Ogni ripetizione evitata rappresenta un risparmio del 100% in dose al singolo paziente.
Collimazione corretta:
Meno anatomia è esposta alla radiazione minore è l'effetto negativo per il paziente, e meno radiazione diffusa si creerà. Meno radiazione diffusa significa un migliore contrasto sull'immagine. Meno diffusione significa anche meno dose agli organi in prossimità del campo di radiazione. Questi concetti valgono sia per la radiografia con schermo-film che per la radiografia con rivelatori digitali.
Per le tecnologie digitali sono stati sviluppati software in grado di localizzare il bordo di collimazione sulle immagini digitali. Trovare il campo di esposizione consente al dispositivo digitale di ottimizzare il contrasto per la regione di interesse clinico. Ci sono delle regole di collimazione per alcuni rivelatori digitali per assistere il software nella ricerca dei bordi di collimazione. I TSRM hanno bisogno di capire e seguire queste regole.11
Una serie di fattori possono interferire con il rilevamento automatico dei bordi del campo di radiazione: collimazioni non parallele, l'uso di più campi su un rivelatore, centratura non allineata, presenza di protesi metalliche (soprattutto quando si sovrappongono i confini) e tutto ciò può compromettere la qualità dell’immagine.
Detettori più efficienti ad assorbire e convertire la radiazione in segnale utile:
Il rumore quantistico impone il limite inferiore per la quantità di radiazione che può essere utilizzata per produrre un'immagine.12 La quantità di rumore in un'immagine dipende dall’efficienza del sensore a catturare le radiazioni e la sua conversione in segnale. Questa quantità, conosciuto come Detective Quantum Efficiency (DQE), è di circa 2,4 volte superiore nei sistemi DR in confronto a sistemi CR.
La DQE per i sistemi CR può essere migliorata tramite la lettura del segnale da entrambi i lati del plate oppure da plates dove la struttura del materiale radiosensibile è aghiforme che consente di produrre rilevatori con uno spessore maggiore e quindi più efficiente senza sacrificare la risoluzione spaziale.
Elevare la sensibilità del sistema - utilizzare meno radiazioni per fare l'immagine:
I rivelatori schermo-pellicola sono suddivisi in differenti classi di sensibilità che si riferiscono alla dose richiesta per ottenere una radiografia esposta correttamente.
Tipicamente, vengono utilizzati sistemi con valori 100, 200 e 400 (o superiore), dove il valore più alto significa poter lavorare con meno dose. Molti sistemi di radiografia digitale sono progettati per fornire una stima dell’esposizione incidente basata su un concetto simile e hanno adottato la nomenclatura "classe di sensibilità" o simile.13
Utilizzando meno radiazioni si rende l'immagine più rumorosa e bisogna quindi definire quanto rumore è accettabile per il radiologo senza compromettere l’efficacia diagnostica. Tuttavia, la letteratura non riporta peggioramenti significativi della qualità dell’immagine se si passa ad una sensibilità più alta del sistema di imaging.14,15
Filtri aggiuntivi:
Forse il modo più semplice per farlo è quello di aggiungere un filtro di 2-3 mm di alluminio (Al) o di 0,1-0,2 mm di rame (Cu) per filtrare i raggi X meno energetici che contribuiscono solo alla dose del paziente e per niente all'immagine. Con i filtri bisogna modificare la tecnica d’esposizione (mAs aumentati) e forse ci sarà la necessità di cambiare le impostazioni dell’elaborazione immagine, se si lavora con sistemi di imaging digitale.
Un esempio recente unisce la tecnica ad alti kV con una filtrazione addizionale di 1,6mm Cu e 1mm di Al per ottimizzare la visualizzazione delle vie aeree pediatriche. 16,17
In questo contesto però bisogna tenere conto che un filtro modifica lo spettro dei raggi X e aumenta il potere di penetrazione. In base alla proiezione radiografica eseguita l’utilizzo del filtro può sì diminuire la dose entrata cute, ma aumenta anche la dose efficace negli organi radiosensibili esposti, specie se situati in zone più profonde del corpo. 16,17
Griglia anti-diffusione:
L’utilizzo della griglia impone almeno un aumento del 100% della dose al paziente, perché circa la metà della radiazione che altrimenti contribuisce all'immagine è assorbita dalla griglia stessa. Un’anatomia spessa genera una notevole quantità di radiazione diffusa, che degrada il contrasto sull'immagine. Le condizioni quando la griglia anti-diffusione dovrebbe essere impiegata non sono universalmente accettate, ma si suggerisce l’utilizzo della griglia ogni volta che la parte del corpo è di spessore superiore a 10-12 cm e quando la tensione applicata al tubo radiogeno è maggiore di 70kV.
Artefatti per il disallineamento della griglia con il raggio centrale del tubo a raggi X contribuiscono a ulteriori esami ripetuti e aumento della dose ai pazienti oltre a compromettere la qualità d’immagine. Bisogna quindi prestare attenzione alla centratura del raggio centrale, soprattutto per gli esami eseguiti al letto del paziente.
Indumenti di protezione:
Gli indumenti di protezione servono a non far arrivare raggi (diretti o diffusi) su organi radiosensibili e devono essere utilizzati in modo tale, da non coprire strutture anatomiche di interesse clinico. In termini quantitativi si può dire che vengono assorbiti ca. il 93% dei raggi X diffusi e il 90% dei raggi X primari; queste percentuali variano secondo il contenuto di Pb del materiale costituente. Un camice di 0.25mm Pb equivalente assorbirà meno radiazione rispetto a un camice di 0.35mm Pb equivalente.
In presenza di sistemi di imaging digitale il posizionamento delle protezioni di piombo non è più banale, ma può influenzare negativamente la qualità dell'immagine. Questo perché i software di elaborazione dei dati dell’immagine sono programmati a cercare i confini dell’area esposta e quando la protezione di Pb maschera il bordo dei raggi X, creando un bordo irregolare o curvo, l’immagine finale spesso si presenta con degli artefatti e con il contrasto diminuito. Inoltre, la presenza di materiale fortemente radiopaco come il Pb sull’immagine digitale cambia la distribuzione dei valori dei pixel (l’istogramma) che risulterà in un’immagine presentata su monitor con meno contrasto.
LDR – livelli diagnostici di riferimento:
Il concetto dei livelli diagnostici di riferimento è riconosciuto internazionalmente per l'ottimizzazione della dose al paziente. Come valori di riferimento sono scelte grandezze facili da misurare che hanno un rapporto diretto con la dose del paziente e che permettono di conseguenza una gestione efficiente della dose. Se nell'ambito di esami standard i valori di riferimento sono superati, il personale competente deve adottare provvedimenti correttivi. I valori di riferimento non sono da intendere come valori limite e devono essere utilizzati soltanto nel quadro dell'ottimizzazione della dose al paziente.
La determinazione dei livelli diagnostici di riferimento (LDR) ha lo scopo di mettere a disposizione dei responsabili un mezzo semplice per valutare la propria prassi nonché per ottimizzare applicazioni specifiche delle radiazioni. I LDR non sono quindi da intendere come valori limite. Tuttavia, in caso di divergenza importante rispetto ai LDR, il responsabile ha l'obbligo di mettere in atto un processo di ottimizzazione se non è in grado di giustificare la divergenza.6
Monitorare l'indice di esposizione:
Mentre con i sistemi schermo-pellicola una sotto- o sovraesposizione si nota subito, perché l’immagine risulta troppo chiara o troppo scura, con un sistema digitale una sotto- o sovraesposizione passa inosservata. La maggior parte dei produttori di CR e DR calcolano un indicatore di esposizione basato sulla quantità di segnale che ha raggiunto il rivelatore o sulle condizioni di esposizione, e forniscono questi dati nel DICOM header di ogni immagine.
I programmi che monitorano l'indice di esposizione hanno dimostrato di essere efficaci nel controllare i fattori di esposizione in DR e CR.18
Ci si può chiedere perché un indicatore di esposizione è necessario: perché non basta guardare il valore di grigio dei pixel sull'immagine digitale? Il valore di grigio è il risultato della trasformazione post-acquisizione dei dati dell’immagine per rendere ottimale la visualizzazione su monitor. Lo sganciamento dell’acquisizione dalla visualizzazione permette di applicare qualsiasi LUT (Look Up Table). I valori dei pixel possono anche essere diversi sulla stazione di
acquisizione e sul display per la refertazione / consultazione. I valori dei pixel dipendono anche dalla scelta della Sensitivity Class o Speed Class, un parametro che regola l’amplificazione del segnale (es: AGFA). I valori dei pixel variano anche in funzione dell’energia o della filtrazione del fascio di raggi X.
Inoltre è di fondamentale importanza la selezione corretta della proiezione radiografica dal menu di identificazione dell’immagine, perchè il software confronterà i dati dell’immagine attuale con dei dati “standard” salvati nella memoria del PC. Una scelta sbagliata può portare a un’elaborazione non corretta e una visualizzazione non ottimale oltre cha al calcolo sbagliato dell’indice di esposizione. Infine, non ci si può dimenticare che un’immagine non correttamente identificata non può essere accettata come prova in sede legale.
Radiologia Pediatrica:
Le dimensioni anatomiche dei pazienti pediatrici sono molto diversi da quelli della popolazione adulta e in genere le immagini hanno meno contrasto.
L'elaborazione delle immagini se si lavora con tecnologie digitali, come l'analisi dell’istogramma, che si basa sulle proiezioni degli adulti, può essere inappropriata per i pazienti pediatrici. Alcuni produttori di sistemi CR e DR offrono software specifici per gli esami pediatrici.19,20
Si può arrivare a una riduzione della dose, amplificando di più il segnale, cioè selezionando una Sensitivity Class più alta. Per migliorare il contrasto e quindi aumentare la diagnosticabilità dell’immagine si possono modificare i parametri dell’elaborazione.20
Controlli di Qualità
L’implementazione di un programma periodico di controllo di qualità sulle apparecchiature impiegate in radiodiagnostica (apparecchiature radiologiche e accessori, sviluppatrici, diafranoscopi, lettori dei plates CR, monitor di refertazione,…) può garantire un efficiente sistema di gestione della dose al paziente e della valutazione della qualità delle immagini. I controlli di qualità, oltre ad essere definiti e prescritti dalla legge 6 , possono essere eseguite dal TSRM e sono un’importante strumento di crescita culturale del professionista e della professione in toto.
Zum Abschluss - Conclusioni
Concettualmente, l'ottimizzazione sembra essere un semplice principio secondo il quale si riesce a minimizzare i rischi connessi alla procedura radiografica se si mantiene bassa la dose da radiazioni ionizzanti ed si applica un’efficace protezione dalle radiazioni. In pratica, gli strumenti per raggiungere l'ottimizzazione devono affrontare molteplici fattori, e possono variare dal semplice al complesso.
Gli orientamenti pratici per l’ottimizzazione nell’ambito della radiografia convenzionale con sistemi di imaging digitale riguardano principalmente le competenze professionali degli utenti dei sistemi e la creazione di un efficace programma di controllo di qualità specificamente progettato per tenere un buon equilibrio tra la qualità dell’immagine e la dose al paziente. Una sostanziale riduzione della dose associata a esami radiografici è possibile, e per raggiungere questo obiettivo, oltre alla formazione adeguata dei professionisti coinvolti nel processo radiologico, è importante il livello di lavoro di squadra tra i professionisti della catena di imaging.
I TSRM e i tecnici delle ditte devono cooperare per assicurare che i dispositivi siano correttamente configurati e gestiti. L’esperto di fisica medica e il radiologo devono cooperare per assicurare che le dosi sono monitorate e mantenute al livello più basso compatibile con la qualità diagnostica desiderata. I costruttori e i scienziati dell’ imaging devono cooperare al fine di migliorare le prestazioni dei sistemi hardware e software per la produzione di immagini. I radiologi devono sostenere e incoraggiare il personale nel reparto ad apprezzare l'importanza di un programma di controllo di qualità efficace. Inoltre, i TSRM e i radiologi che utilizzano la tecnologia dovrebbero ricevere una formazione adeguata per sviluppare le competenze professionali relative alla tecnologia utilizzata e devono svolgere anche un ruolo importante nel programma di controllo della qualità.
Una radiologia che lavora verso l’ottimizzazione della pratica guadagnerà senza dubbio vantaggi incommensurabili da un programma di controllo della qualità efficace e da TSRM abili che utilizzano correttamente la tecnologia.
Bibliografia
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) sintesi su alcune di esse. Li ho trovati nei vari testi (Merril's, Clark's e Mazzucato) e ce ne sono moltissime...trovate quindi la lista sottostante con:
