DESARROLLO DE MANIQUÍ Y METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN DE KERMA EN
PROFUNDIDAD E ÍNDICE DE KERMA PARA TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA DE HAZ
CÓNICO
W. O. Batista1; M. V. T. Navarro1; A. F. Maia2
1Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, 40300-010, Rua Emídio Santos, SN, Barbalho,
Salvador - BA, Brasil
2Programa de Pós-graduação em Física da Universidade Federal de Sergipe, 49100-000, São Cristóvão - SE, Brasil
RESUMEN
Las nuevas tecnologías se presentan con frecuencia no acompañadas de herramientas para las evaluaciones dosimétricas y control de calidad. En este estudio, se presenta un maniquí de bajo costo y una propuesta de metodología para las evaluaciones dosimétricas en la tomografía computarizada de haz cónico (CBCT). El maniquí desarrollado tiene las dimensiones típicas de la cara humana, fue construido en PMMA y lleno de agua. Se evaluaron tres dispositivos con diferentes conceptos tecnológicos y hacemos una propuesta de un nuevo índice, el índice del producto kerma-altura (PKIH), como
una opción para el uso de producto kerma-área. Nuestros resultados muestran perfiles kerma relativamente uniformes para escáneres con campos de visión (FOV) de grandes diámetros y uniformes para FOV de pequeños diámetros. Con respecto a los valores obtenidos para los índices de kerma, encontramos valores mucho altos para los equipos FOV con diámetro pequeño. Los resultados indican que: (1) hay una necesidad de maniquís especiales para su uso en CBCT, (2) el uso de PKA en la evaluación de protocolos en
equipos diferentes puede dar lugar a falsas interpretaciones, (3) el nuevo índice es una adecuada alternativa para el uso de PKA en CBCT.
Palabras claves: CBCT; PKA; Índice de Kerma y
Dosimetría.
I. INTRODUCCIÓN
El primer modelo comercial para la adquisición de imágenes volumétricas para aplicaciones en radiología dental basado en técnica de tomografía de haz cónico fue presentado por Mozzo et al. en 1998 El uso del índice Cw
se hace inviable por cuenta de características particulares de los escáneres como ejemplo los varios ejes de rotación. En consecuencia, los maniquís dosimétricos actuales no tienen la característica necesaria para permitir que las medidas dosimétricas en escáneres de haz cónico. El objetivo de este trabajo es presentar el desarrollo y validación de un maniquí y una metodología para evaluar el índice de kerma en la TC de haz cónico.
El maniquí que hemos desarrollado, cuya solicitud de patente fue depositada, tiene una estructura PMMA, llena de agua y las dimensiones típicas, es decir, diámetro de la cara humana (3).
II. MATERIALES Y MÉTODOS
Con el uso de la cámara de Farmer y el maniquí, se evaluaron los valores de kerma en aire en varios sitios dentro y fuera del campo de radiación en aplicaciones con escáneres de TC de haz cónico. Con esta disposición experimental, se determinó el perfil de kerma lo largo de la dirección radial del maniquí. Las figuras 1(a) y 1(b) muestran el maniquí y las posiciones de medición, sistema de coordenadas (x, y, z) con el origen usando situado en el centro de la maniquí, coordenada z = 0 límite inferior del campo de visión, de acuerdo a la Figura 1(a), y con la cara frontal encuentra de acuerdo con la orientación que se muestra en la Figura 1 (a) y (b). Inicialmente, para la primera medición, la cámara de ionización fuera insertada en la posición correspondiente al eje de rotación del escáner CT. Dependiendo del modelo y tamaño de campo de visión, el eje de rotación puede ser único o puede variar siguiendo el contorno de
la arcada dental.
La disposición de los conductos también permite el desplazamiento de la posición de la cámara de ionización de acuerdo con el eje de rotación. A partir de los valores de kerma en profundidad, se calculó el índice de kerma como se define en el informe del proyecto SEDENTEXCT (4,6) como en la Ecuación 1.
(1) donde KI es el índice de kerma, Ki es el valor de kerma en profundidad y N es el número de posiciones medidas en el interior del maniquí. Examinar la información relativa a la distribución de kerma a lo largo del eje z, significa definir un nuevo índice: el producto del índice de kerma (KI) por la altura del campo de visión (H), el nombre del producto kerma índice por la altura, PKIH, como Ecuación 2.
(2) Teniendo en cuenta que el kerma en (x, y, z) se puede aproximar por el índice, KI, la ecuación 2 se convierte simplemente en el producto de KI por la altura H, como
en la Ecuación 3.
(3)
Tres equipos de TC de haz cónico fueran evaluados. La Tabla 1 presenta las principales características de los equipos de tres TC de haz cónico. Normalmente FOV con altura de hasta 6 cm se utilizan para obtener imágenes de un arco dental (maxilar o de la mandíbula), o de la unidad dental. Por otro lado, FOV con altura superior a 6 cm normalmente sirven para obtener imágenes de dos arcadas dentales (maxilar y la mandíbula), o unidades dentales situados en ambos arcadas dentales. Por lo tanto se comparan las técnicas y protocolos que proporcionan el mismo propósito clínico independiente de
diseño tecnológico.
II. RESULTADOS Y DISCUSIONES
Las medidas del perfil de kerma a lo largo de la dirección radial demostrar claramente que, para el escáner i-CAT, la distribución de kerma tiene valores prácticamente uniformes en profundidad (figura 2) que varían de 0,90 mGy (120 kV / 9,65 mAs) para el campo de visión más pequeña = ∅ 16 cm x 6 cm, a 1,12 mGy (120 kV / 9,65 mAs) para FOV = ∅ 16 cm x 13 cm. Este comportamiento es un resultado del valor de la tensión y las condiciones de filtración elevadas que aumentan la energía efectiva del haz. Para el escáner Kodak 9500, se encontró que los valores de kerma en profundidad a lo largo de la dirección radial también son aproximadamente uniforme (Figuras 3 y 4) en la mayor medida y los valores están en el rango de 0,46 mGy (64 kV / 8 mA) a 2,01 mGy (84 kV/10 mA) para FOV = ∅ 15 cm x 9 cm y 0.52 mGy (64 kV / mA 8) a 2,26 mGy (84 kV/10 mA) para FOV = ∅ 20 cm x 18 cm. Los valores altos para estas mediciones con diferente tensión del tubo de sólo 64 kV a 84 kV son el resultado del alto producto de la corriente por el tiempo de exposición. Para el caso particular del 9000 scanner Kodak - cuya FOV = ∅ 5,0 cm x 3,7 cm, la distribución de kerma en profundidad a lo largo de la dirección radial en el maniquí dosimétrico no es uniforme. El comportamiento no uniforme se muestra en la Figura 5 presenta sus valores más altos en la región centrada sobre el eje de rotación de los equipos, que coincide con el centro de la imagen. Fuera de este volumen, los valores son comparables a los valores obtenidos para los otros dos escáneres, i-CAT y Kodak 9500 que tienen gran campo de visión. Otro aspecto importante a destacar es los valores en el centro de la imagen que se diferencian desde el centro del maniquí para el escáner Kodak 9000. Los valores de kerma rango imagen central de 2,96 mGy
valores de la dosis son bastante altos en comparación con los resultados de los otros dos equipos. Esto ocurre debido al tiempo en el que el escáner de haz permanece muy cerca de este punto durante la rotación y también debido a la proximidad del centro de la imagen a la superficie lateral del maniquí.
El índice de kerma, KI (5) y PKIH muestra una relación
lineal con la PKA, como se ver en la Figura 6. Estos
índices muestran también una segunda característica para ser analizados en los protocolos de evaluación de imágenes en comparación con el uso de la PKA para el
mismo propósito. Comparar o evaluar protocolos de imágenes utilizando los valores del PKA no contemplan la
distribución de energía depositada en profundidad. Por lo tanto, para fines de comparación protocolos similares, se observa que el análisis sobre la base de los valores de la PKA puede proporcionar una conclusión falsa sobre la
exposición de los pacientes. La figura 10 muestra una comparación entre los valores de la PKA para los
exámenes de protocolos en el escáner Kodak 9500 (con HFOV = 9,0 cm) y Kodak 9000 con protocolos para fines
similares en el escáner i-CAT (con HFOV = 6,0 cm y HFOV =
8.0 cm). En este caso, se observa que los valores de la PKA derivan de Kodak 9000, que tiene unas dimensiones
de FOV ∅ 5 cm x 3,7 cm, son equivalentes a los valores de escáner i-CAT con 9,6 mAs y dimensiones del campo de visión mucho mayor ∅ 16 cm x 6 cm o ∅ 16 cm x 8 cm. La misma comparación para los valores de la PKA
derivadas de los protocolos de imágenes en el equipo Kodak 9500 con dimensiones de campo de visión FOV =
∅ 15 cm x 9 cm se observa que los valores de PKA para
los protocolos de niño son perfectamente comparables a los obtenidos con los valores derivados de los escáneres i-CAT con 9,60 mAs. Para ambos protocolos de adultos, los valores obtenidos con este equipo son superiores a los obtenidos por el equipo de i-CAT con 18,36 mAs. La figura 8 muestra una comparación entre los valores del nuevo índice, PKIH, para los tres equipos evaluados. Se
observa que, debido a valores de KI, los valores PKIH
derivados de protocolos de niño en la Kodak 9000 son comparables con los valores PKIH derivados de equipo de
Kodak 9500, cuyo campo de visión es más grande en diámetro y altura. Sin embargo, para los dos protocolos de adultos, PKIH valores obtenidos para este equipo están
situados entre los valores obtenidos con 6 y 8 cm FOV para el equipo i-CAT clásica usando 18,36 mAs. Se puede observar que el análisis utilizando únicamente los valores del PKA conduce a la evaluación errónea sobre la
exposición de los pacientes en términos de distribución de kerma en profundidad. Esta limitación en el uso de índice de PKA para la evaluación de protocolos de imagen
que implican diferentes equipos es debido al hecho de que los dispositivos son diferentes en términos de parámetros asociados con la generación de rayos X y también en términos de la geometría. Por lo tanto, las evaluaciones utilizando los valores de PKA son útiles para
embargo, tiene limitaciones cuando se utiliza para comparar los diferentes protocolos utilizados en los equipos CBCT. Al analizar por separado el protocolo 3, para el adulto típico, se observa en la Figura 7 que los valores de la PKA para los escáneres Kodak 9000 y 9500
son casi idénticos a los valores derivados de los protocolos i-CAT con 9,60 mAs y HFOV = 8 cm y con 18.36
mAs y HFOV = 8 cm, respectivamente. Es importante
analizar el mismo protocolo utilizando el PKIH índice
(Figura 8). Valores PKIH para los escáneres de la Kodak
9000 y 9500 son más altos que los valores derivados de los protocolos i-CAT con 18,36 mAs y HFOV = 6 cm y con
18,36 mAs y HFOV = 8 cm, respectivamente.
IV.CONCLUSIONES
Los perfiles de kerma en profundidad muestran una simetría razonable para el campo de visión, cuyo diámetro es aproximadamente el diámetro de la maniquí. Los perfiles son asimétricos para aquellos casos en los que el diámetro del campo de visión es menor que el diámetro del maniquí. La utilización de la PKA índice para evaluar protocolos
sólo es útil para evaluar protocolos en el mismo equipo o un equipo similar en términos de parámetros relacionados con la generación de los rayos X y la geometría. El índice propuesto, que tiene en cuenta la distribución a lo largo de la coordenada z, es útil para comparar diferentes protocolos entre los equipos. Por lo tanto, llegamos a la conclusión de la adecuación de la metodología y la evaluación espectro de kerma en escáneres de TC de haz cónico.
V. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
1 MOZZO, P. et al. A new volumetric CT machine for dental imaging based on the cone-beam technique:
preliminary results. Eur Radiol, 8, 1558-1564 (1998). 2 INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY.
Dosimetry in Diagnostic Radiology: An International Code Of Practice. Technical Reports Series No. 457. Vienna. 2002.
3 LOFTHAG-HANSEN, S. et al. Calculating effective dose on a cone beam computed tomography device: 3D Accuitomo and 3D Accuitomo FPD. Dentomaxillofac Radiol, 37, 72–79 (2008).
4 SEDENTEXCT - SAFETY AND EFFICACY OF A NEW AND EMERGING DENTAL X-RAY MODALITY. Project Final Report. [S.l.]. (2011).
5 SEDENTEXCT. D2.1: Definition of a standard index for characterizing the CBCT dose distribution. [S.l.], p. 46. (2010).
Contacto para correspondencia: Autor: Wilson Otto Batista
País:Brasil
Correo electrónico:[email protected]
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1
3
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7
x
y
A
n
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ri
o
r
Po
ste
ri
o
r
Figura 1 - Posiciones de medida en el maniquí. Los círculos gris representa el FOV y las líneas con puntos representa el contorno de la arcada dentaria y las cruces representa: (a) el centro del FOV coincidente con el eje del maniquí; (b) el centro de rotación.
Tabla 1 – Características técnicas de los equipos evaluados.
Fabricante Modelo kV mA Filtración (mm de Al) Receptor de Imagen FOV1 (cm) SID2
(cm) KODAK 9000 3D 60-90 2-15 >8 CCD3 5,0 x 3,7 62
KODAK 9500 60-90 2-15 >8 a-Si flat panel 15 x 9 20 x 18 62
Imaging
Sciences i-CAT classical 120 3-7 >10 a-Si4 flat panel
16 x 13 16 x 8 16 x 6 76
1 - FOV – Field of View. El primero número es el diámetro y el segundo es altura. 2 - SID -
Distancia fuente receptor de imagen. 3 – CCD Charge Coupled Device. a-Si – Amorphous Silicon.
Figura 2 - Medida de perfil de kerma en agua para el escáner i-CAT.
Figura 3 - Medida de perfil de kerma in agua para el escáner Kodak 9500 con .
Figura 4 - Medida de perfil de kerma en agua para el escáner Kodak 9500 con .
Figure 5 – Medida de perfil de kerma en agua, a través del centro do FOV, para el escáner Kodak 9000 con FOV= 5,0 cm x 3,7 cm
Figura 6 – Relación lineal entre PKIH y PKA.
156 238
421 486
131 174
218 236 152
211 300
420
0 100 200 300 400 500 600
V
al
ue
s
of
PKA
Protocolos de examenes Comparacion de protocolos: Valores PKA
Figure 7 – Comparación de valores de PKA para cuatro diferentes protocolos en los tres equipos evaluados.
5,05 8,27
17,09 18,84
6,95 9,7
12,13 13,29
5,58 7,53
11,16 15,06
0 3 6 9 12 15 18
Va
lue
s
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PKIH
Protocolos de examenes
Comparacion de protocolos: Valores PKIH
