Approcci alla riduzione della dose in Angiografia

Dose e rischio radiologico in Angiografia

In Angiografia si utilizzano diversi parametri relativi alla dose: dose detettore, dose ingresso paziente, dose rate e DAP (Prodotto Dose Area) trattati nei successivi paragrafi.

In passato, quando in angiografia si utilizzava la tecnologia tradizionale su pellicola fotografica, la regola generale seguita era: tanto maggiore è la dose, tanto migliore sarà la qualità dell'immagine. A valle dei progressi raggiunti nelle tecnologie di imaging, esiste ancora un'interelazione tra migliore qualità e risparmio di dose?In linea di massima si, ad una bassa dose corrisponde una minore visibilità e per ottenere una migliore qualità dell'immagine è necessario impiegare dosi superiori, considerando anche altri fattori. Per ottenere immagini di una particolare qualità bisogna scegliere la dose "corretta", ovvero quella ideale per il tessuto bersaglio.
La soluzione consiste quindi nell'utilizzare al meglio sia la dose che le apparecchiature. Una buona qualità dell'immagine può essere espressa in termini di detectability (rilevabilità). Esempio riportato da Rose:¹

I moderni sistemi di rilevamento aiutano ad ottenere risultati di alta qualità selezionando la qualità immagine desiderata mediante impostazione di un adeguato protocollo; la dose d'ingresso richiesta rimane automaticamente costante (per quanto possibile) attraverso la regolazione dell'output del tubo. Questo controllo automatico della dose controbilancia le differenti corporature dei pazienti.

La dose è massima nel punto d'ingresso del fascio nel paziente. La dose d'ingresso assorbita è una misura importante: rappresenta la dose cumulativa in ingresso per tutta la durata del procedimento, misurata in mGy (1.000 mGy = 1 Gy), estremamente importante nella determinazione di eventuali danni da ustione.

I sistemi di detezione visualizzano e riportano soltanto una stima della dose d'ingresso nel paziente all'Interventional Reference Point (IRP). Nell'effettiva area di esposizione i valori possono essere differenti in base alla corporatura del paziente e ad altri parametri, come il tavolo e la posizione dell'arco a C.

L'IRP è il punto di misurazione per:

Prodotto Dose Area (DAP) in μGy m²

Dose in mGy

Dose rate in mGy/min

Nota: l'IRP non cambia al variare dell'altezza del tavolo.

Come regola generale, tanto più l'entrata del fascio è vicina al tubo, tanto maggiore è la reale dose in ingresso al paziente e viceversa.

Nel sistema Artis di Siemens sono state integrate due norme di sicurezza per fluoroscopia:

1. Come impostazione predefinita, il dose rate (kerma in aria) in una posizione specifica (30 cm davanti al detettore) è limitato a un certo livello (es. 10 R/min = 87 mGy/min per Europa e Stati Uniti). Si presume che questo punto sia identico al punto di ingresso nella cute del paziente.
2. È possibile aumentare il dose rate utilizzando il tasto “Fluoro +” (pulsante high-contrast) con relativo allarme acustico. 
3. Ogni cinque minuti, durante l'esame fluoroscopico, sul display è visibile un messaggio con emissione di un suono che ricorda all'operatore la dose applicata. Se l'operatore non riconosce questo segnale, l'esposizione alle radiazioni si arresta al termine dei successivi cinque minuti.

Negli interventi sull'encefalo è stata riportata la dose media in ingresso al paziente. Le dimensioni del cranio presentano lievi variazioni tra gli individui, mentre esistono notevoli differenze nelle dimensioni corporee. Un aumento dello spessore di circa 3 cm determina un raddoppio della dose d'ingresso con dose detettore costante (Figura 4). Questa regola si basa sul presupposto che il tessuto sia in grado di assorbire le radiazioni in maniera molto simile all'acqua utilizzando un fascio di una certa qualità.

Nell'aria i raggi X viaggiano in linea retta. L’intensità di un fascio di raggi X diminuisce allontanandosi dalla sorgente e tale diminuzione e’ proporzionale al quadrato della distanza. La dose D alla distanza d dalla macchia focale F scende a 1/4 al doppio della distanza (2d) e a 1/9 al triplo della distanza (Figura 6). La legge dell'inverso del quadrato per la dose di radiazioni dimostra che al doppio della distanza dal punto di emissione la dose D si riduce di quattro volte attraversando il quadruplo della superficie.

Il DAP di una determinta area esposta ad una dose costante è definita come dose times area ed è indipendente dalla distanza dalla sorgente.

Esempio per le distanze d₁ = d e d₂ = 2d, dosi associate D₁ = D e D₂ = 1/4 D e aree irradiate a₁ = a e a₂ = a d₂²/d₁² = 4a da cui:

DAP₁ = D₁ · a₁ = D · a

DAP₂ = D2 · a₂ = 1/4 D · 4a = D · a = DAP₁

Ciò significa che il Prodotto Dose Area rimane costante a distanze differenti.

Legge dell'inverso del quadrato:
La legge dell'inverso del quadrato per la dose di radiazioni mostra che al doppio della distanza la dose D diminuisce quattro volte rispetto al quadruplo della superficie, diffondendosi su una superficie quadruplicata.

La determinazione della dose efficace dipende da diversi fattori, in particolare dalla diversa sensibilità degli organi alle radiazioni. E' utile ricordare che il midollo osseo è molto più sensibile alle radiazioni del fegato (vedi paragrafo "Dose Equivalente ed Efficace"). Il grado con cui gli organi vengono colpiti dalle radiazioni dipende anche dall'angolo del fascio radiogeno. Poiché in angiografia la distribuzione della dose non è "omogenea" come in CT, questi fattori devono essere considerati nella valutazione del danno conseguente all'irradiazione.

La conversione della dose ingresso paziente e il DAP alla dose efficace è affidabile soltanto quando

sono noti i parametri radiografici e la direzione del fascio che attraversa il corpo. Nell'odierna angiografia, il ruolo della dose efficace non è significativo come, per esempio, in CT.

Ricordiamo: la dose efficace include la sensibilità alle radiazioni dei vari organi e corrisponde alla somma

delle dosi equivalenti in tutti gli organi irradiati moltiplicata per i rispettivi fattori di ponderazione tissutale.

In angiografia esistono diversi parametri che influenzano la dose.

• L'interruttore a pedale controlla il tempo di permanenza del raggio nel corpo e, quindi, la durata dell'esposizione; un tempo minore vuol dire meno radiazioni.
• Al fine di visualizzare movimenti rapidi senza effetti stroboscopici si utilizzano elevati frame rate. Tuttavia, tanto maggiore è il frame rate, tanto più aumenta la radiazione. E' quindi consigliabile utilizzare il più basso frame rate possibile.
• SID: secondo la legge del quadrato con dose detettore costante, una distanza maggiore tra sorgente e imager determina un aumento della dose in ingresso al paziente. Aumentando la SID da 105 cm (=SID 1) a 120 cm (=SID 2), la dose ingresso paziente (cioè la dose aIl'IRP) aumenta di circa il 30%.¹

¹Se non variano gli angoli dell'arco a C, posizione del tavolo, paziente e dose detettore richiesta.

Progressi nella riduzione della dose in Angiografia

Nel presente paragrafo si parlerà di diverse tecnologie realizzate o sviluppate da Siemens per ridurre, monitorare e refertare la dose di radiazioni erogata nelle procedure di radiologia interventistica.
Siemens concentra i propri sforzi nell'implementazione delle attuali metodologie utilizzabili per il risparmio, il monitoraggio e la riduzione della dose e, in qualità di leader nella riduzione della dose, pone una costante attenzione allo sviluppo di soluzioni proprietarie. Prima azienda ad offrire moltissime funzionalità per il risparmio e il controllo delle dosi di radiazioni nella routine interventistica, Siemens è uno dei principali fornitori di soluzioni all'avanguardia del settore.

I nostri prodotti seguono fedelmente il principio ALARA, As Low As Reasonably Achievable (Tanto bassa quanto è ragionevolmente ottenibile) al fine di ridurre la dose di radiazioni al più basso livello possibile. Il raggiungimento del livello minimo di esposizione alle radiazioni è il fulcro della filosofia adottata nella ricerca e sviluppo CARE (Combined Applications to Reduce Exposure). Per mantenere la posizione di leader e migliorare l'assistenza ai pazienti, collaboriamo a stretto contatto con moltissimi esperti presso Università e Centri di Radiodiagnostica pubblici e privati ??di tutto il mondo affinché il frutto del nostro incessante lavoro possa concretizzarsi in un'offerta di soluzioni utili nella pratica clinica quotidiana.

Oltre all'implementazione delle più recenti tecnologie, ai nostri sforzi per ridurre la dose in ambito angiografico affianchiamo appositi training per familiarizzare con i fattori e le metodologie di riduzione della dose, cercando di fornire massima trasparenza a tutti i nostri prodotti dose-saving. Offriamo anche una vasta gamma di prodotti dose-monitoring per tecnici e medici radiologi interventisti e workshop dedicati alla riduzione della dose.
La figura 1 illustra i nostri prodotti per il risparmio, monitoraggio e refertazione della dose e gli strumenti per angiografia disponibili in ogni sistema Artis

Ridurre la dose durante le procedure interventistiche è importante non solo per il paziente ma anche per il cardiologo e il personale addetto presente nella sala esame. Integrando in Artis zee una vasta gamma di funzionalità dose-saving, Siemens riduce al minimo la dose sia per gli operatori sanitari che per i pazienti.

CARE Vision offre frequenze di impulso variabili. La frequenza d'impulso dei sistemi Artis può essere adattata secondo le necessità cliniche: da 30 impulsi al secondo (p/s) in vari step fino a 0,5 p/s. Questo è il modo più semplice per ridurre l'esposizione del paziente. Il dimezzamento della frequenza riduce la dose di circa la metà.
La riduzione da 30 p/s a 7,5 p/s comporta un risparmio dose del 75% 2 (figura 2).
Riduzione della dose al paziente tramite diminuzione della frequenza implusi durante la fluoroscopia.
Figura 2

CAREfilter consente la riduzione della dose cutanea grazie alla regolazione dello spessore del filtro. Ulteriori filtri di rame riducono tale dose attraverso l'indurimento del fascio. La filtrazione variabile da 0,2 a 0,9 mm in fluoroscopia e da 0,0 a 0,9 mm durante l'acquisizione digitale, è regolata automaticamente in funzione dell'assorbimento della dose d'ingresso lungo il percorso del fascio radiante che attraversa il paziente. L'inserimento del filtro automatico mantiene sempre la più bassa dose cutanea possibile senza degradare la qualità dell'immagine. La selezione del filtro è visualizzata nella sezione visualizzazione dati del monitor. Aumentando la prefiltrazione da 0,2 a 0,9 mm a 70 kV si ottiene un risparmio di dose di circa il 50% (figura 3).
Figura 3

Utilizzando il fermo ultima immagine (LIH) come riferimento, CAREprofile permette una collimazione priva di radiazioni e l'impostazione della posizione del filtro semitrasparente per il preciso puntamento della regione d'interesse.
Figura 4

CAREposition consente il posizionamento dell'oggetto senza alcuna radiazione. La visualizzazione grafica del contorno dell'immagine successiva permette il panning del tavolo senza esposizione alle radiazioni da fluoroscopia (figura 5).
CAREprofile e CAREposition possono ridurre il tempo totale di fluoroscopia da 0,5 a 3 minuti. Ciò può risultare in un risparmio di dose per fluoroscopia normale con SID di 100 cm e spessore equivalente del fantoccio e del tavolo di 207 mm a 70 kV da 12 a 70 mGy.1
Durante il panning del piano del tavolo, l'annotazione grafica del campo si sposta alla nuova posizione sul LIH.
Figura 5

L'operatore può ridurre facilmente l'esposizione alle radiazioni modificando il protocollo fluoroscopico, cioè variando il tableside ECC/TSC1 da "Fluoro med" a "Fluoro low" durante la fluoroscopia utilizzando il touch screen oppure aumentando l'esposizione a "Fluoro high" in caso di oggetto di un certo spessore o accentuata angolazione (figura 6)

Il passaggio tra le tre diverse modalità può essere effettuato lato tavolo nella Examination tab card o nella sala controllo in Examination Set (figura 6). "Fluoro low" significa usualmente che la dose è dimezzata rispetto a "Fluoro med."

Per pazienti particolarmente sensibili all'esposizione, è possibile creare uno speciale protocollo di acquisizione a basso dosaggio. Un pedale dell'interruttore può essere configurato per un'acquisizione low-dose alternativa a ECC/ TSC (figura 7).
E' possibile ottenere un risparmio di dose del 67%1 utilizzando una dose di acquisizione di 80 nGy/f, invece che 240 nGy/f, per la Cardiologia Interventistica e una dose di acquisizione di 0,8 µGy/f, al posto di 2,4 µGy/f, per la Radiologia Interventistica.
Figura 7

Nella maggior parte dei casi, con il protocollo low-dose di syngo DynaCT si ottengono immagini di qualità accettabile con i più bassi valori possibili di dose (figura 8). Questo protocollo è ideale per soggetti radiosensibili, come i pazienti pediatrici, e offre immagini diagnostiche di qualità adeguata. Nella pratica clinica, deve essere considerato l'equilibrio tra la dose e la qualità dell'immagine. Per i requisiti di cui sopra, un run high-contrast DR rotational 3D di cinque secondi con 0,36 Gy/f può essere ridotto a 0,1 Gy/f. Il passaggio da 0,36 µGy/f a 0,1 µGy/f determina fino al 72% di risparmio di dose.1 Con syngo DynaCT è possibile ottenere una Low-Dose con 0,1 mSv di dose efficace.
In combinazione con syngo InSpace3D/3D Fusion, i risultati Low-Dose di syngo DynaCT possono essere uniti ai risultati diagnostici ottenuti in CT, MR o PET•CT in fase preinterventistica. L'insieme di tali dati rappresenta un'eccellente risorsa, sia ai fini della pianificazione di procedure interventistiche che come guida durante il loro svolgimento.
Figura 8

La modalità Slab consente di collimare l'immagine dall'alto verso il basso prima di eseguire il run rotazionale 3D (figura 9). I vantaggi si concretizzano in una dose inferiore, dovuta alla piccola superficie esposta, e in una migliore qualità dell'immagine, data la diminuzione dello scattering della radiazione.
Figura 9

I sistemi Artis possono memorizzare su hard disk le ultime 1024 immagini fluoroscopiche (figura 10). Tale funzionalità può essere utilizzata per la documentazione e consente di evitare ulteriori acquisizioni digitali. L'operatore deve premere soltanto un pulsante sulla console ECC/TSC.
In caso di specifici protocolli d'esame in fluoroscopia cardiaca, utilizzando la registrazione al posto dei risultati di acquisizione digitale si otterrà un risparmio di dose di un fattore da 8 a 10 al minuto a 15 fps^.1
Figura 10

¹Nickoloff et al., Cardiovasc Intervent Radiol (2007) 30:168-176.

Un modo semplice per ridurre la dose negli esami pediatrici e in particolare su bambini o pazienti particolarmente esili, quando ci si attende uno scattering trascurabile, è quello di rimuovere la griglia antidispersione dalla sede del detettore piatto ( figura 11).
Il grid factor (cioè l'assorbimento della radiazione primaria dovuto alla griglia antidispersione rispetto all'aria libera) è pari a 1,35 traducendosi in un risparmio dose del 26% quando la griglia viene rimossa.
Figura 11

Il monitoraggio della dose al paziente è un altro elemento utile per il controllo dell'esposizione alle radiazioni. Per facilitare il compito del Radiologo interventista, i sistemi Artis possono monitorare la dose al paziente in vari modi. Ciò consente una maggiore trasparenza sulla dose di radiazione applicata durante e dopo la procedura. Le sezioni successive illustrano come monitorare la dose con i sistemi Artis.

CAREwatch visualizza i valori di dose durante l'esame di un paziente sui monitor presenti sia in sala esame che in sala controllo (figura 12).
1 Quando la radiazione è off sono visibili il prodotto dose-area e la dose accumulata al IRP (figura 12).
2 Quando la radiazione è on sono visibili il prodotto dose-area e il rateo di dose al IRP.
Figura 12

CAREguard offre un'efficace metodo di controllo della dose in ingresso al paziente (ovvero kerma in aria al punto di riferimento entrata paziente PERP1). Possono essere definiti tre singoli valori soglia della dose (bassa, media e alta). Se la dose d'ingresso accumulata supera una delle tre soglie:

1. E' udibile un avviso acustico
2. Sul display lampeggia un indicatore della dose ingresso paziente
3. Sull'ECC/touch screen appare un avviso popup

¹PERP = Patient entrance reference point = IRP.

La registrazione dell'esposizione del paziente dopo un intervento è sempre più richiesta da diversi Paesi e Autorità regolatorie. Per soddisfare le normative attuali e future, con i sistemi Artis è possibile produrre un'accurata documentazione della dose di esposizione migliorando il dose reporting e l'analisi all'interno della struttura sanitaria.

Al completamento dell'esame sul paziente, insieme alle immagini acquisite vengono memorizzati il protocollo d'esame o del paziente e le informazioni complete per singolo run. Al termine del protocollo sono riportate le informazioni sulla dose: numero di esposizioni, tempo totale di fluoroscopia, prodotto dose-area totale e dose complessiva al IRP. Tali valori sono presentati in ogni riga corrispettiva (figura 16).
Figura 16

CAREreport, il DICOM structured dose report, contiene tutte le informazioni relative all'anagrafica paziente, alla procedura e alla dose. Con l'utilizzo di software interni o di programmi disponibili in commercio, tali informazioni possono essere filtrate per ulteriori elaborazioni, tra cui l'analisi della dose (figura 17).
CAREreport offre dose reporting affidabile e adattabiltà ad eventuali nuovi requisiti normativi.
Figura 17

Il tubo radiogeno GIGALIX è stato progettato sulla base della speciale tecnologia flat emitter che genera impulsi brevi e potenti. Rispetto alla tecnologia a filamento, la corrente massima più alta dell'emettitore piatto abilita CLEARpulse e migliora la qualità delle immagini in situazioni difficili come in caso di pazienti obesi o angolazioni ripide. Le piccole macchie focali quadrate del GIGALIX offrono una risoluzione spaziale più elevata in tutte le applicazioni cliniche e facilitano la visualizzazione di vasi sanguigni e dispositivi di piccole dimensioni.
Insieme alla risoluzione a più alto contrasto, ciò si traduce in un miglioramento fino al 70% della visibilità di dispositivi di piccole dimensioni2.
Con CLEARpulse la lunghezza dell'impulso può essere diminuita permettendo la visualizzazione più nitida di oggetti in movimento come i vasi coronarici.
Inoltre, CLEARpulse ottimizza lo spettro dei raggi X attraverso la diminuzione della tensione del tubo radiogeno richiesta e permettendo una filtrazione aggiuntiva. Insieme alle piccole macchie focali, tutto ciò genera immagini di qualità equivalente con una riduzione di dose che può raggiungere il 60%2.
Nella linea di prodotti Artis Q, il tubo radiogeno GIGALIX conquista una duplice vittoria: qualità delle immagini migliorata e dose significativamente inferiore per pazienti e personale sanitario.

La matrice attiva del detettore Artis Q.zen consente l'amplificazione del segnale direttamente in ogni pixel in cui è generato. L'amplificazione on-pixel migliora in maniera significativa il rapporto segnale-rumore elettronico rispetto ai detettori al silicio amorfo e, per la prima volta, consente un'imaging a dosaggio molto basso, fino a soli 6 nGy per impulso.
Noi chiamiamo questa nuova modalità di acquisizione “imaging ultra-low-dose”.
Ora è quindi possibile ottenere la visualizzazione dei cateteri EP riducendo l'esposizione alle radiazioni in sala esame sia per i pazienti che per il personale sanitario, dato particolarmente importante in procedure complesse di lunga durata come l'isolamento delle vene polmonari. Il detettore fornisce immagini di alta qualità anche quando in sala esame si utilizzano altri sistemi, tra cui i sistemi di mappaggio, senza schermature supplementari.
Quando si trattano neonati e bambini, la riduzione dell'esposizione assume un'importanza ancora più significativa. Nelle procedure interventistiche complesse eseguite in Cardiologia pediatrica e Radiologia in particolare, l'imaging ultra-low-dose potrebbe contribuire a ridurre notevolmente l'esposizione. Nell'imaging 3D, la tecnologia ultra-fast readout del nuovo detettore al silicio cristallino permette un incremento del frame rate fino a 99 f/s. Inoltre, il detettore al silicio cristallino fornisce una copertura maggiore rispetto ai detettori di piccole dimensioni offrendo la visualizzazione del cuore in toto.

Radioprotezione del personale medico in Angiografia

Oltre a proteggere i pazienti da un'eccessiva esposizione alle radiazioni, è necessario proteggere anche l'intero personale sanitario dalle radiazioni scattered (deviate). La radiazione di scattering non proviene direttamente dal tubo radiogeno, in quanto è per lo più deviata (scattered) dal paziente, dal lettino o da altri dispositivi situati all'interno del percorso del fascio di raggi X (figura 1). La maggior parte di tale radiazione è di solito generata quando il fascio di raggi X colpisce il paziente.

La radiazione di scattering è indicativamente proporzionale al prodotto dose per area (DAP). Se l'area del campo irradiato è dimezzata, analogamente tale radiazione si riduce del 50%.

La protezione dall'esposizione alla radiazione di scattering del personale medico realizzabile con idonee schermature è del 99%, quindi altamente efficace.

Il sistema RaySafe i2 per dosimetria è indispensabile ai fini della creazione di un'efficace cultura della sicurezza in ambito di radioprotezione.
Utilizzando tale sistema, sia gli operatori sanitari che il management trarranno beneficio dalla conoscenza acquisita specifica del settore. Il trattamento dei pazienti ritornerà ad essere il fulcro della loro attenzione, evitando di preoccuparsi dell'esposizione a radiazioni superflue

i2 Dosimeter
Dosimetro attivo che misura e registra la radiazione ad ogni secondo. I dati sono trasferiti sul display i2 in modalità wireless e in tempo reale.
Esente da manutenzione, facile da indossare e personalizzabile con diversi colori e nomi.

A comprehensive overview on dose issues and image quality can be found in the following article: Stephen Balter et al. ACCF/AHA/HRS/SCAI Clinical Competence Statement on Physician Safety and Image Quality in Fluoroscopically Guided Invasive Cardiovascular Procedures, Journal of the American College of Cardiology, Vol. 44, No. 11, 2004.