Medical Radiology and radiation safety Medical Radiology and radiation safety Медицинская радиология и радиационная безопасность 1024-6177 2618-9615 23954 10.12737/article_5c0e7486915d55.10064971 Радиационная физика, техника и дозиметрия Radiation physics, technology and dosimetry Радиационная физика, техника и дозиметрия Evaluation of the Dose Index using Cone-Beam Computed Tomography for Pediatric Patients Оценка индекса дозы при использовании протоколов сканирования компьютерной томографии в коническом пучке для пациентов детского возраста Лисовская А. О. Lisovskaya A. O.

аспирант архитектуры;

graduate student of architecture;

 Логинова А. А. Loginova A. A. Галич К. А. Galich K. A. Беляев В. Н. Belyaev V. N.

доктор физико-математических наук;

doctor of physical and mathematical sciences;

 Нечеснюк А. В. Nechesnyuk A. V.

кандидат медицинских наук;

candidate of medical sciences;

 Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева Минздрава РФ Москва Россия Dmitry Rogachev National Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology Moscow Russian Federation Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Москва Россия National Research Nuclear University MEPhI Moscow Russian Federation Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева Минздрава РФ Москва Россия Dmitry Rogachev National Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology Moscow Russian Federation Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Москва Россия National Research Nuclear University MEPhI Moscow Russian Federation Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» Москва Россия National Research Nuclear University MEPhI Moscow Russian Federation Национальный медицинский исследовательский центр детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева Минздрава РФ Москва Россия Dmitry Rogachev National Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology Moscow Russian Federation 63 6 65 70 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/23954/view

Цель: Оценить индексы дозы в фантомах различных размеров при стандартных режимах компьютерной томографии в коническом пучке (конКТ). Материал и методы: Использована методика, основанная на абсолютных и относительных измерениях дозового распределения для протоколов сканирования конКТ. Измерения абсолютной дозы проводились на периферии и в центре фантома FREEPOINT (CIRS) с помощью камеры фармеровского типа FC65-P для каждого из исследуемых протоколов сканирования. Фантом FREEPOINT высотой 20 см, шириной 30 см и длиной 30 см использовался для имитации грудной клетки и таза большого размера, внутренний вкладыш диаметром 16 см – для таза малого размера и для головы–шеи. С помощью двумерной матрицы детекторов I’mRT MatriXX (IBA) измеряли профили дозы, полученные результаты обрабатывали по программе OmniPro-I’mRT, а затем рассчитывали индексы дозы DLP (произведение длина–доза). Результаты: Были определены индексы дозы для пяти протоколов, соответствующих трем областям сканирования (голова–шея, грудная клетка и таз). Для протоколов сканирования области головы и шеи Head and Neck S20 и Head and Neck M20 значения индексов дозы составили 51,82 и 90,25 мГр×см соответственно. Наименьший индекс дозы получили для протокола головы и шеи Fast Head and Neck S20 (13,28 мГр×см). Было установлено, что размер сканируемого объекта сильно влияет на величину индекса дозы и, как следствие, на итоговую дозовую нагрузку на пациента. Так, для протокола области грудной клетки Chest M20 при сканировании фантома малого размера индекс дозы составил 305,42 мГр×см, а фантома большого размера – 187,53 мГр×см. Аналогичные результаты были получены для протокола сканирования тазовой области Pelvis M15. Максимальный индекс дозы был получен для фантома малого размера – 846,93 мГр×см, в то время как индекс дозы для фантома большого размера составил 563,79 мГр×см. Было показано, что для педиатрических пациентов необходимо использовать несколько протоколов, соответствующих областям сканирования. Использование протокола Pelvis M15 для тазовой области при сканировании головы может увеличить дозу в 96 раз по сравнению со стандартным низкодозным протоколом Fast Head and Neck S20. Заключение: Рутинное использование конКТ в клинической практике требует осмысленного выбора протокола сканирования исходя из полученных результатов оценки индекса дозы.

Purpose: Cone-beam computed tomography (CBCT) is an indispensable procedure for accurate patient positioning during radiation therapy (RT) in many clinical cases. However, the patients get an additional dose using CBCT. This dose is neither therapeutic nor diagnostic. It is very difficult to obtain the reliable information about the dose distribution within the patient using the CBCT. Despite this, there is a need to control the additional dose for the pediatric patients and reduce it. There are different approaches of imaging dose evaluation. Most accurate methods are based on the Monte-Carlo calculation and thermoluminescent dosimeters-based measurements. However, the implementation of these methods is complex and cumbersome, that makes impossible their application in routine clinical practice. The evaluation of dose indexes is an accessible and convenient alternative. The purpose of this study is evaluation of the cone beam computed tomography dose indexes for different imaging protocols and object sizes. Material and methods: The technique based on absolute and relative dose measurements for CBCT was used in this study. Absolute dose measurements were performed at the periphery and center of the FREEPOINT (CIRS) phantom using the Farmer type chamber FC65-P for each CBCT protocols. FREEPOINT (20 cm height, 30 cm width, 30 cm length) was used for imitation big chest and pelvis. Inner insert (16 cm diameter) of the phantom was used for imitation head, small chest and pelvis. The dose profiles were measured using I’mRT MatriXX (IBA) and analyzed by OmniPro-I’mRT software, dose indexes DLP (dose–length product) were calculated. Results: The dose indexes were identified for five protocols corresponding three scanning areas (Head and Neck, Chest and Pelvis). The dose indexes were 51.82 and 90.25 mGy×cm using Head and Neck S20 and Head and Neck M20 protocols respectively. The lowest dose index was obtained 13.28 mGy×cm for Fast Head and Neck S20. It was established that the scanning object size strongly affects on the dose index values and, as result, on the absorbed dose within the patient. The dose indexes were 305.42 and 187.53 mGy×cm using scanning protocol Chest M20 for small and big phantoms respectively. The similar results were obtained for scanning protocol Pelvis M15. The highest dose index was obtained 846.93 mGy×cm for the small phantom, while the dose index was 563.79 mGy×cm for the big phantom. The necessity of several clinical protocols to scan different areas was shown. Using of the Pelvis M15 protocol for head scanning may increase the additional point dose 96 times in comparison with Fast Head and Neck S20 protocol. Conclusion: The dose indexes were evaluated taking into account the size of the scanning object for different imaging protocols. Routine use of CBCT in clinical practice requires a sensible choice of the scanning protocol based on the results of the dose index estimation.

 лучевая терапия с контролем по изображениям (ЛТКИ) компьютерная томография в коническом пучке излучения протокол сканирования индекс дозы дозовая нагрузка IGRT CTCB dose index scanning protocols visualization dose

Islam M., Purdie T., Norrlinger B. et. al. Patient dose from kilovoltage cone beam computed tomography imaging in radiation therapy // Med. Phys. 2006. Vol. 33. P. 1573-1582. DOI: 10.1118/1.2198169. Islam M, Purdie T, Norrlinger B, et al. Patient dose from kilovoltage cone beam computed tomography imaging in radiation therapy. Med Phys. 2006;33:1573-82. DOI: 10.1118/1.2198169 Хоружик С.А., Михайлов А.Н. Доза облучения при компьютерно-томографических исследованиях: дозиметрические параметры, измерение, способы снижения, радиационный риск // Вестник рентгенол. и радиол. 2007. № 6. С. 53-62. Khoruzhik SA, Mikhailov AN. Radiation dose during computed tomographic studies: dosimetric parameters, measurement, modes of reduction, radiation risk. J Radiol Nucl Med. 2007;6:53-63. Russian. Alaei P., Spezi E. Imaging dose from cone beam computed tomography in radiation therapy. // Physica Medica. 2015. Vol. 31. № 7. P. 647-658. DOI: 10.1016/j.ejmp.2015.06.003. Alaei P, Spezi E. Imaging dose from cone beam computed tomography in radiation therapy. Physica Medica. 2015;31(7):647-58. DOI: 10.1016/j.ejmp.2015.06.003 Ding G., Munro P., Pawlowski J. et. al. Reducing radiation exposure to patients from kV-CBCT imaging // Radiother. Oncol. 2010. Vol. 97. № 3. P. 585-592. DOI: 10.1016/j.radonc.2010.08.005. Ding G, Munro P, Pawlowski J, et al. Reducing radiation exposure to patients from kV-CBCT imaging. Radiotherapy and Oncology. 2010;97(3):585-92. DOI: 10.1016/j.radonc.2010.08.005. Brenner D. Induced second cancers after prostate-cancer radiotherapy: no cause for concern // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2006. Vol. 65. P. 637-639. DOI: 10.1016/j.radonc.2010.08.005. Brenner D. Induced second cancers after prostate-cancer radiotherapy: no cause for concern. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2006;65:637-39. DOI: 10.1016/j.radonc.2010.08.005 Murphy M.-J., Balter J., BenComo J. et al. The management of imaging dose during image-guided radiotherapy: Report of AAPM Task Group 75 // Med. Phys. 2007. Vol. 34. P. 4041-4063. DOI: 10.1118/1.2775667. Murphy MJ, Balter J, BenComo J et al. The management of imaging dose during image-guided radiotherapy: Report of AAPM Task Group 75. Med Phys. 2007;34:4041-63. DOI: 10.1118/1.2775667 Календер В. Компьютерная томография. Основы, техника, качество изображений и области клинического использования. - М.: Техносфера, 2006. 344 с. Kalender WA. Computer Tomography: Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications. Moscow: Technosphera. 2006. 344 p. Russian. Marks L., Yorke E., Jackson A. et al. Use of normal tissue complication probability models in the clinic // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2010. Vol. 76. № 3. P. 10-19. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2009.07.1754 . Marks L, Yorke E, Jackson A, et al. Use of normal tissue complication probability models in the clinic. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2010;76(3):10-19. Doi: 10.1016/j.ijrobp.2009.07.1754 Marchant T., Joshi K. Comprehensive Monte-Carlo study of patient doses from cone-beam CT imaging in radiotherapy // J. Radiol. Prot. 2017. Vol. 37. № 1. P. 13-30. DOI: 10.1088/1361-6498/37/1/13. Marchant T, Joshi K. Comprehensive Monte-Carlo study of patient doses from cone-beam CT imaging in radiotherapy. J Radiol Prot. 2017;37(1):13-30. DOI: 10.1088/1361-6498/37/1/13. Groves A., Owen K., Courtney H. et al. 16-detector multislice CT: dosimetry estimation by TLD measurement compared with Monte-Carlo simulation // Brit. J. Radiol. 2004. Vol. 77. P. 662-665. DOI: 10.1259/bjr/48307881. Groves A, Owen K, Courtney H, et al. 16-detector multislice CT: dosimetry estimation by TLD measurement compared with Monte-Carlo simulation. BJR. 2004;77:662-65. DOI: 10.1259/bjr/48307881 Amer А., Marchant Т., Sykes J.R. et. al. Imaging doses from the Elekta Synergy X-ray cone beam CT system // Brit. J. Radiol. 2007. Vol. 80. P. 476-482. DOI: 10.1259/bjr/80446730. Amer A, Marchant T, Sykes JR, et al. Imaging doses from the Elekta Synergy X-ray cone beam CT system. BJR. 2007;80:476-82. DOI: 10.1259/bjr/80446730 Buckley J., Wilkinson D., Malaroda A., Metcalf P. Investigation of the radiation dose from cone beam CT for image guided radiotherapy: a comparison of methodologies // J. Appl. Clin. Med. Phys. 2018. Vol. 19. № 1. P. 174-183. DOI: 10.1002/acm2.12239. Buckley J, Wilkinson D, Malaroda A, Metcalf P. Investigation of the radiation dose from cone beam CT for image guided radiotherapy: a comparison of methodologies. J. Appl. Clin. Med. Phys. 2018;19(1):174-83. DOI: 10.1002/acm2.12239 Chair C.-M., Coffey C., DeWerd L. et al. AAPM protocol for 40-300 kV X-ray beam dosimetry in radiotherapy and radiobiology // Med. Phys. 2001. Vol. 28. № 6. P. 868-893. DOI: 10.1118/1.1374247. Chair CM, Coffey C, DeWerd L, et al. AAPM protocol for 40-300 kV X-ray beam dosimetry in radiotherapy and radiobiology. Med Phys. 2001;28(6):868-93. DOI: 10.1118/1.1374247 Dixon R., Anderson A., Bakalyar D. et al. Comprehensive Methodology for the Evaluation of Radiation Dose in X-Ray Computed Tomography. Report of AAPM Task Group. No. 111. 2010. P. 20740-23846. Dixon R, Anderson A, Bakalyar D, et al. Comprehensive Methodology for the Evaluation of Radiation Dose in X-Ray Computed Tomography. Report of AAPM Task Group. 2010;111: 20740-3846. Scandurra D., Lawford C. A dosimetry technique for measuring kilovoltage cone-beam CT dose on a linear accelerator using radiotherapy equipment // J. Appl. Clin. Med. Phys. 2014. Vol. 15. № 4. P. 80-91. DOI: 10.1120/jacmp.v15i4.4658. Scandurra D, Lawford C. A dosimetry technique for measuring kilovoltage cone-beam CT dose on a linear accelerator using radiotherapy equipment. J. Appl. Clin. Med. Phys. 2014;15(4):80-91. DOI: 10.1120/jacmp.v15i4.4658. Liao X., Wang Y., Lang J. et. al. Variation of patient imaging doses with scanning parameters for linac-integrated kilovoltage cone beam CT // Bio-Med. Mater. Engin. 2015. Vol. 26. P. 1659-1667. DOI: 10.3233/BME-151465. Liao X, Wang Y, Lang J, et al. Variation of patient imaging doses with scanning parameters for linac-integrated kilovoltage cone beam CT. Bio-Med. Mater. Engin. 2015;26:1659-67. DOI: 10.3233/BME-151465 Song W., Kamath S., Ozawaet. S. et. al. A dose comparison study between XVI and OBI CBCT systems. // Med. Phys. 2008. Vol. 35. № 2. P. 480-486. DOI: 10.1118/1.2825619. Song W, Kamath S, Ozawaet. S, et al. A dose comparison study between XVI and OBI CBCT systems. Med Phys. 2008;35(2):480-6. DOI: 10.1118/1.2825619 Ding G., Alaei P., Curran B. et al. Image guidance doses to radiotherapy patients // Med. Phys. 2018. Vol. 45. № 5. P. 84-99. DOI: 10.1002/mp.12824. Ding G, Alaei P, Curran B, et al. Image Guidance Doses to Radiotherapy Patients. Med Phys. 2018;45(5):84-99. DOI: 10.1002/mp.12824. 2.6.1.2944-11. Контроль эффективных доз облучения пациентов при проведении медицинских рентгенологических исследований. 2011. Golikov VY, Kalnitsky SA, Sarychev SS, Bratilova AA. Guidelines. 2.6.1.2944-11. Ionizing radiation, radiation safety. Control of effective radiation doses of patients during medical X-ray examinations. 2011. Russian.