Published May 2000 | Version v1
Journal article

A method for optimization of patient dose estimation in conventional radiology

  • 1. Azienda Unita' Sanitaria Locale 6, Livorno (Italy). Unita' Ospedaliera di Fisica Sanitaria
  • 2. Azienda Ospedaliera Pisana, Pisa (Italy). Unita' Ospedaliera di Fisica Sanitaria

Description

The method recommended by Report no. 34 (1982) of the International Commission on Radiological Protection (ICRP) for patient dose computation in diagnostic radiology is based on tabulated dosimetric data obtained from Monte Carlo simulations on anthropomorphic phantoms described by simple mathematical functions. When computing the dose absorbed by an adult patient, this method suffers from two main limitations: first, the geometrical parameters and in particular focus to film distance and film size are fixed, which makes the dosimetric data of limited use when the examination geometry differs form the ICRP standard. In addition, when patient size and mass differ considerably from the corresponding quantities of the mathematically described phantom (the so-called reference man, with a height of 174 cm and a mass of 70.9 Kg) the ICRP method may lead to great errors in dose estimate. The aim of the present paper is to indicate a method to overcome the above limitations. The algorithm proposed in this work is based on the method suggested by Huda Gkanatsios in order to compute the effective dose through a linear first of the energy imparted per unit dose-area product a function of the half value thickness and by using a fit coefficients depending on both phantom thickness and peak voltage. It was devised a procedure to normalize the dose computed with this methods with respect to the equivalent effective dose obtained with the ICRP method. Therefore it was determined the dependence of the absorbed dose on focus-to-film distance, film size and patient anatomy. It was found that for each value of patient mass the dose dependence on film size can be approximated by a polynomial function, while the dose dependence on focus-to-film distance can be approximated by a power law. If the above parameters vary in a limited range close to the ICRP standard, a linear fit can be performed without introducing a considerable error. The linear fit coefficients, on the other hand, were found to depend on the average body surface, a parameter which takes into account both patient height and mass. Thus, determining the normalization factor for each projection and each view allows to estimate the absorbed dose under different geometrical conditions. The method has been verified by considering four of the most common X-ray procedures (chest AP, cervical spine LAT, lumbar spine AP and head LAT). The average error on dose estimation is about 13 %. In the very next future the method will be extended to all the projections and views of ICRP Report no. 34, and we plant to integrate the described algorithm in a computer program devoted to the automatic computation of patient dose

Abstract (Italian)

Il metodo raccomandato dalla International Commission on Radiological Protection (ICRP) nel suo Report n. 34(1982) per il calcolo della dose al paziente negli esami di radiodiagnostica e' basato su dati dosimetrici tabulati ottenuti mediante simulazioni Monte Carlo su fantocci antropomorfi descritti da semplici funzioni matematiche. Nel caso del calcolo della dose per un paziente adulto, le limitazioni principali di questo metodo sono due: in primo luogo i parametri geometrici dell'esame - e in particolare la distanza fuoco-pellicola e il formato della pellicola- sono fissi, e questo rende problematico l'utilizzo dei dati dosimetrici nelle condizioni effettive in cui si e' svolto l'esame, che in genere non coincideranno con quelle standard ICRP. Inoltre quando le dimensioni e la massa del paziente differiscono sensibilmente da quelle del fantoccio utilizzato nelle simulazioni (il cosidetto uomo di riferimento, di altezza pari a 174 cm e massa di 70,9 Kg) il metodo ICRP puo' portare a errori considerevoli nella stima della dose. Lo scopo del presente lavoro e' quello di indicare una possibile via di uscita per superare queste limitazioni. L'algoritmo proposto in questo lavoro si basa sull'applicazione del metodo suggerito da Huda e Gkanatsios per il calcolo della dose efficace mediante interpolazione lineare dell'energia impartita per unita' di prodotto area-dose in funzione dello spessore emivalente e mediante coefficienti che dipendono dallo spessore del fantoccio e dalla tensione di picco utilizzata. Abbiamo individuato un processo di normalizzazione con il quale e' stato possibile rapportare la dose calcolata secondo la procedura summenzionata all'equivalente di dose efficace al corpo intero ottenuta col metodo ICRP. In questo modo si e' riuscito a determinare la dipendenza della dose dalla distanza fuoco-pellicola, dal formato della pellicola e dall'anatomia del paziente. Si e' trovato che - fissata la massa del paziente - la dipendenza della dose dalle dimensioni della pellicola puo' essere approssimata da una funzione di tipo polinomiale, mentre la dipendenza dalla distanza fuoco-pellicola puo' essere approssimata da una legge di potenza. Per variazioni relativamente piccole di questi parametri rispetto agli standard ICRP, si puo' utilizzare un'approssimazione lineare con un errore contenuto. I coefficienti delle approssimazioni lineari possono a loro volta essere messi in relazione con la superficie corporea media, parametro questo che tiene contemporaneamente conto sia dell'altezza che della massa del paziente. Pertanto, una volta determinato il fattore di normalizzazione per ciascun esame e per ciascuna proiezione radiologica, e' possibile stimare la dose assorbita dal generico paziente nelle piu' diverse condizioni geometriche. Il metodo e' stato verificato su quattro tra le procedure radiodiagnostiche piu' comuni (torace nella proiezione antero-posteriore, rachide cervicale nella proiezione laterale, rachide lombare nella proiezione anteroposteriore e cranio nella proiezione laterale). L'errore medio sulla stima della dose e' valutato circa del 13%. Il metodo sara' prossimamente esteso a tutti gli esami e le proiezioni contemplate dal Report ICRP n. 34 e verra' implementato in un programma per il calcolo automatico della dose al paziente

Additional details

Additional titles

Original title (Italian)
Un metodo per l'ottimizzazione della stima della dose al paziente nella radiologia tradizionale

Publishing Information

Journal Title
Radiologia Medica
Journal Volume
99
Journal Issue
5
Journal Page Range
p. 368-373
ISSN
0033-8362

INIS

Country of Publication
Italy
Country of Input or Organization
Italy
INIS RN
32006129
Subject category
S62: RADIOLOGY AND NUCLEAR MEDICINE;
Descriptors DEI
BIOMEDICAL RADIOGRAPHY; NUCLEAR MEDICINE; RADIATION DOSES; RADIOLOGY
Descriptors DEC
DIAGNOSTIC TECHNIQUES; DOSES; MEDICINE; NUCLEAR MEDICINE; RADIOLOGY