Study of the spatial variation of the dose-‐rate distribution in an ... - ITN

3 downloads 16 Views 2MB Size Report
CriTcal organ doses, per KAP (μGy/(Gy.cm2)), of the cardiologist as a. funcTon of energy ... Increasing the tube voltage – increases the organ doses per KAP for.
  Study  of  the  spatial  variation  of   the  dose-­‐rate  distribution  in  an   interventional  cardiology  room   using  Monte  Carlo  calculations         M.  Bap'sta,  C.  Figueira,  P.  Teles  ,  G.  Cardoso,  P.  Araújo,  P.  Vaz  

Outline   •  Introduc'on   •  Aim  of  the  work   •  Valida'on  methodology   •  Dose  and  Dose  rate  distribu'on   •  Voxel  phantom  study   •  Conclusions  

Introduction   •  Interven'onal  cardiology  (IC)  procedures:   •  long  exposure  'mes;    

•  the  operator  has  to  work  near  the  pa'ent,  next  to  the  X-­‐ray  source  –   high  radia'on  doses;    

•  the  scaRered  radia'on  (pa'ent  and  medical  equipment),   makes  medical  staff  exposed  to  a  non-­‐uniform  radia'on  field;    

•  a  significant  exposure  of  sensi've  organs  and  'ssues  of  the   body,  such  as  the  eye  lens,  thyroid  and  extremi'es.  

Aim  of  the  work   •  Assess  the  dose  and  dose  rate  distribu'on  around  the   fluoroscopic  equipment;   •  Calculate  the  dose  in  cri'cal  organs  such  as:  eye  lens,  thyroid,   tes'cles  and  legs.  

Validation  methodology   •  Equipment:  Siemens  Ar's  zee  biplane  

Siemens Medical

Validation  methodology   •  Interven'onal  Cardiaology  room  

Control  Room  

(HGO floor plan)

Procedure  Room  

Validation  methodology   •  Thermo-­‐Luminescent  Dosimeter  (TLD)  measurements   •  4  TLDs  LiF:Mg,Ti;   •  The  holder  has  two  detec'on  zones,  with  specific  filters  to  obtain   the  values  of  Hp(10)  and  Hp(0,07)  

TLD  crystal   Aluminium  card   Filter  for  Hp  (10)   Filter  for  Hp  (0,07)  

Validation  methodology   •  TLD  placement   •  Floor  stand,  with  X-­‐ray  tube  under  and  image  detector  over  the   pa'ent  table;   •  Posterior-­‐Anterior  (PA)  projec'on;   •  4  set  of  measurements.    

Detector   120  cm  

TLD  placement   60  cm  

Acquisi'on  parameters   Voltage  (kVp)  

80  

Current  (mA)  

20  

Irradia'on  Time  (s)  

10  

Mode  

Fluoroscopy  

Field  of  view  (cm2)  

15x15  

Validation  methodology   •  State  of  the  art  Monte  Carlo  code  MCNPX  2.7.0  was  used:   •  •  •  •  • 

Tally  F6  (energy  deposi'on  over  a  cell)  –Hp  (10)  and  Hp  (0,07);   X-­‐ray  spectrum  of  80  kVp  generated  by  IPEM  78;   X-­‐ray  simplified  to  point  source  –  emission  of  a  cone  of  photons;   Only  primary  radia'on  was  taken  into  account;   108  primary  par'cles  simulated  –  sta's'cal  uncertainty  less  than  1%.  

Validation  methodology   •  Results:  TLD  Measurements  vs  Simula'on  

•  Uncertain'es:   • 

Small  changes  on  the  TLDs  posi'on,  in  rela'on  to  the  primary    x-­‐ray  beam.  

• 

TLD  measurements  uncertain'es  are  of  about  10-­‐20%;  

• 

Material  considered  for  the  pa'ent  table  (composi'on  is  not  well-­‐known);  

• 

Spa'al  and  energy  distribu'on  and  the  intensity  of  the  photon  fluence  could  be  of  

               the  order  of  15%-­‐20%.  

Dose  and  dose  rate   distribution     •  X-­‐ray  spectrum  of  80  kVp   generated  by  IPEM  78;   •  PA  projec'on  acquisi'on;   •  8  spheres  of  air  were   distributed,  at  100cm  from   the  floor,  over  4  radial   distances  (50,  100,  150  and   200  cm)  ;   •  Tally  F4  (photon  fluence  in  a   cell)  was  used.  

Dose  and  dose  rate   distribution     •  The  Tally  F4  results  were  normalized  with  Kerma-­‐area  product  (KAP)   –  air  sphere  over  30cm  of  X-­‐ray  source;   •  109  par'cles  simulated  –  sta's'cal  uncertainty  between  1%  and  5%.  

Image  obtain  with  SURFER  11  sojware  

Dose  and  dose  rate   distribution    

•  Isodose  curves  for  the  dose  rate  distribu'on  were  obtained  with  Mesh  Tally   card  (Type  1)  

•  Dose  rate  of  about  200-­‐400  mGy/hour  –  primary  X-­‐ray  beam;   •  Dose  rate  of  about  –20mGy/hour  –    medical  staff  may  be  posi'oned;   •  Pa'ent  not  simulated  –  shielding  or  scaRer  effects  not  taken  into  account.  

Voxel  phantom  study   •  Voxel  phantom:  Golem   •  Adult  male,  38  years  old,  1.76  m   height  and  a  weight  of  68.9  kg   •  Resolu'on:  2.08  x  2.08  x  8  mm3;  

Thyroid  Collar  (0,35  mm  Pb)   Lead  apron  (0,5  mm  Pb)  

Voxel  phantom  study   •  Geometry  simulated  

Voxel  phantom  study   •  X-­‐ray  spectrum  generated  by  IPEM  78  sojware  of:  60,   80,  100  and  120  kVp;   •  Between  5x108  and  1x109  primary  par'cles  were   simulated;   •  Tally  F6  was  used;   •  Pa'ent  was  simulated  as  a  box  of  water;   •  The  cri'cal  organ  doses  were  normalized  with  KAP:   cm2  

•  15x15   of   area   and   1cm   thick   air   cell   was   placed  between  opera'on   table  and  pa'ent    

Organ  

Nº  of    voxels  

Eye  lens  

26  

Thyroid  

709  

Tes'cles  

581  

Right  Leg  (adipose)  

72680  

Lej  Leg  (adipose)  

70165  

Voxel  phantom  study   •  Cri'cal  organ  doses,  per  KAP  (μGy/(Gy.cm2)),  of  the  cardiologist  as  a   func'on  of  energy  for  the  PA  projec'on  were:   Organ  Doses  (μGy/(Gy.cm2))  

1.2  

60  kVp  

1.0  

80  kVp   100  kVp  

0.8  

120  kVp  

0.6   0.4   0.2   0.0   LeO  leg  

Right  leg   Eye   Testes   Thyroid   Eyelenses   lens Testicles

•  Increasing  the  tube  voltage  –  increases  the  organ  doses  per  KAP  for   all  organs  (linearity)     •  Eye  lens  –  High  radiosensi'vity,  but  not  shielded  

Conclusions   •  We  were  able  to  simulate  a  C-­‐Arm  fluoroscopic  system,  considering   the   good   agreement   achieved   between   the   MCNPX   simula'on   values  and  TLD  measurements.     •  The   exposure   to   the   primary   X-­‐ray   beam   may   occur   when   the   cardiologist   manipulates   catheters   and   guidewires   within   the   imaging  field  of  view,  resul'ng  in  high  doses  (200-­‐400  mGy/hour).     •  Organs  doses,  per  KAP,  depend  on  tube  voltage,  proximity  with  x-­‐ray   source,   radiosensi'vity   and   the   use   of   personal   protec've   equipment.           •  In   the   future,   we   hope   to   validate   more   complex   scenarios   (other   projec'ons   irradia'ons)   in   order   to   perform   a   more   detailed   dose   assessment,  both  for  pa'ent  and  medical  staff.  

References   Ay,  M.  R.  (2005).  Assessment  of  different  computa'onal  models  for  genera'on  of  X-­‐rayspectra  in   diagnos'c  radiology  and  mammography.  Medical  Physics,  32.     Koukorava,  C.  C.  et  al.(2011).  Study  of  the  parameters  affec'ng  operator  doses  in  interven'onal   radiology  using  Monte  Carlo  simula'ons.  Radia3on  Measurements,  46,  1216-­‐1222.     Siiskonen,  T.  T.  et  al.  (2007).  Monte  Carlo  simula'ons  of  occupa'onal  radia'on  doses  in   interven'onal  radiology.  The  Bri3sh  Journal  of  Radiology,  80,  460-­‐468.     Siemens  Medical.  (2008).  Ar's  zee/  Ar's  zeego  -­‐  Operator  manual  volume  2:  System  opera'on.   Siemens  AG,  Medical  Solu3ons,  103.          

Thank  you!  

Suggest Documents