PROGRAMA DE CONTROLE DA QUALIDADE EM TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA. Maria Ester S. Tiecher*, Nadya Maria P. D. Ferreira* e Márcia Terezinha Carlos**

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1 PROGRAMA DE CONTROLE DA QUALIDADE EM TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA Maria Ester S. Tiecher*, Nadya Maria P. D. Ferreira* e Márcia Terezinha Carlos** * Instituto Militar de Engenharia, IME Praça Gen. Tibúrcio n o , Rio de Janeiro, Brasil ** Instituto de Radioproteção e Dosimetria, CNEN Caixa Postal , Rio de Janeiro, Brasil ABSTRACT A tomografia computadorizada, TC, é uma prática utilizada em radiodiagnóstico, e se baseia na interação da radiação com a matéria, nesse caso, os raios X, e a reconstrução da imagem. Não há como questionar os benefícios que a TC vem proporcionando ao sistema de saúde. No entanto, pouca atenção tem sido dada às altas doses à que estão submetidos os pacientes em tais exames. Este trabalho visa desenvolver um programa de controle da qualidade em TC. A metodologia aplicada consiste em avaliar o desempenho do tomógrafo através do estudo dos parâmetros físicos da imagem. O rendimento do feixe pode ser avaliado através da grandeza de dose, Índice de Dose em Tomografia Computadorizada (CTDI), com medições realizadas em simuladores. Foram implementados testes estabelecidos internacionalmente: resolução de alto e baixo contraste, linearidade, uniformidade de número de TC, ruído, espessura de corte e artefatos. Todos os testes foram realizados no Hospital Central do Exército (HCE). As medidas de dose foram realizadas com uma câmara de ionização tipo lápis e simuladores de crânio e abdômen e o fornecido pelo fabricante do tomógrafo. Os resultados obtidos mostraram a eficácia da metodologia no Serviço, fazendo com que algumas deficiências fossem corrigidas sem a necessidade de alteração da rotina. físicos. Palavras Chave: controle da qualidade, tomografia computadorizada, dose, câmara de ionização, parâmetros 1. INTRODUÇÃO A Tomografia Computadorizada, TC, é uma prática iniciada em 1972, quando foi conseguida, no Hospital de Wimbledon (Inglaterra) [1,2], a primeira imagem de cérebro utilizando tal técnica. Tal prática é utilizada em radiodiagnóstico, e se baseia na interação da radiação com a matéria [3,4], nesse caso, os raios X, e a reconstrução da imagem. Este tipo de exame possui alto potencial de diagnóstico médico, destacando-se, principalmente, na diferenciação entre tecidos moles, devido as imagens geradas possuírem excelente contraste radiográfico. Outras duas características são: a imagem digital, que possibilita a análise quantitativa da densidade do tecido, e a imagem reconstruída, que possibilita a avaliação quantitativa das dimensões. Não há como questionar os benefícios que a tomografia computadorizada vem proporcionando ao sistema de saúde. No entanto, pouca atenção tem sido dada às altas doses à que estão expostos os pacientes submetidos a tal exame. Na radiologia convencional a própria imagem no filme restringe a dose a que o paciente é submetido. Nesta modalidade de exame, contudo, quanto maior a dose, menor é o ruído, possibilitando, muitas vezes, uma melhor imagem.

2 Os princípios básicos de radioproteção para exposições médicas, recomendadas pela ICRP [5,6] (International Commission on Radiological Protection) são a justificativa e a otimização da prática, incluindo os níveis de referência de diagnóstico. Sendo a TC uma técnica que envolve altas doses no paciente, é imprescindível uma correta avaliação da necessidade de se realizar tal exame. Tal avaliação deve ser feita por um profissional qualificado, o qual deverá levar em consideração a relação custo-benefício ao paciente. No Brasil, a responsabilidade deste quesito é somente do clínico, enquanto em alguns países da Europa o radiologista é quem justifica o exame. Logo, o exame de TC só deve ser realizado se for clinicamente justificável, e se outras técnicas não permitirem um diagnóstico adequado. Uma vez que o exame é justificado clinicamente, o processo da imagem deve ser otimizado. A otimização envolve importantes aspectos relativos a imagem como a qualidade da imagem, as informações obtidas, assim como a dose no paciente e a exposição a que os trabalhadores estão submetidos. Os critérios considerados para a qualidade de imagem são de dois tipos: anatômicos e físicos [4, 7, 8]. Nos critérios anatômicos é de fundamental importância que os requisitos clínicos sejam atendidos completamente. Os critérios físicos são aqueles que avaliam o desempenho do tomógrafo, tendo como principais testes de avaliação: reprodutibilidade espacial, estabilidade temporal, ruído, linearidade de número de TC, resolução de alto e baixo contraste, espessura de corte, exatidão do número de TC e artefatos. Estes testes são realizados sob orientação de protocolos internacionais, como, por exemplo, o IEC [9] 1223 (International Eletrotechnical Comission), sendo muitos desses incorporados e recomendados pelos próprios fabricantes. O critério relativo à dose baseia-se no princípio ALARA, isto é, doses tão baixas quanto razoavelmente exeqüíveis, desde que não prejudique as informações clínicas desejadas. Para isso, a ICRP 73 recomenda que a aplicação de níveis de referência, que de forma diferente dos limites, devem ser aplicados com flexibilidade. No entanto, para os exames de TC, ainda se discute a grandeza de referência. A implantação de um Programa de Garantia da Qualidade e Radioproteção em Tomografia Computadorizada, portanto, necessita de procedimentos de medidas de dose, controle de qualidade dos equipamentos e de imagens e a correlação entre eles. Em 1996, foi desenvolvido um trabalho [1] que visou mostrar aos responsáveis pelos Serviços de raios X diagnóstico do Exército, a importância de se implantar um Programa de Garantia da Qualidade dando, não só treinamento adequado, no que diz respeito à proteção radiológica mas, também, enfatizando a necessidade de garantir o melhor funcionamento dos aparelhos. O presente trabalho [1] foi desenvolvido no equipamento de TC do HCE, um TOMOSCAN CX/Q da Philips, para a otimização da prática e teve as seguintes etapas: 1) Acompanhamento da rotina do Serviço, para verificação dos exames mais solicitados, técnica utilizada; 2) Estudo dos parâmetros físicos que descrevem o desempenho do equipamento; 3) Estabelecer uma metodologia para verificação dos parâmetros físicos; 4) Avaliar o desempenho do equipamento, através de variação nos parâmetros da técnica, afim de verificar o quanto estes parâmetros influenciam os parâmetros físicos; 5) Calcular a grandeza referente à dose em TC, o CTDI, em fantoma e no ar. Como produto final deste trabalho, foi fornecido um manual de instruções ao Serviço de Radiologia do HCE, para que o programa de controle de qualidade possa ser efetivamente implantado. Este manual é uma adaptação e tradução do manual do fabricante. II. METODOLOGIA E INSTRUMENTAÇÃO Para se fazer avaliações de dose [8] em TC podem ser utilizados três tipos de dosímetros: câmara de ionização tipo lápis, dosímetros termoluminescentes (TLD) e filmes. Normalmente, para a realização de testes de aceitação e de controle de qualidade, são utilizadas as câmaras de ionização. A utilização da câmara de ionização é mais difundida devido a facilidade de manuseio, disponibilidade comercial, linearidade de resposta com a dose e taxa de dose, reprodutibilidade, e principalmente leitura imediata. Esta última característica é a que mais a diferencia dos outros tipos de dosímetros. Neste trabalho foi utilizada, como instrumento de dosimetria, uma câmara de ionização tipo lápis. Esta câmara de ionização da Radcal Corporation, modelo 2x5x3 TC, monitor modelo 91, possui as seguintes características: exatidão ±4% e repetibilidade de ±1%, dependência energética de ±5%, resolução de,5% ou 1µR (,1µGy), comprimento ativo de 1 cm e volume ativo de 3 cm 3. Esta câmara mede taxa de exposição na faixa de,1 mr/min a 6R/min. O fator de correção para as medidas realizadas com esta câmara é de,96. Para se fazer as medidas de dose em TC são utilizados fantomas dosimétricos. Estes fantomas podem ser antropomórficos ou cilíndricos. Os fantomas cilíndricos têm dimensões apropriadas para simular a cabeça e o abdômen, e possuem adequada espessura para que possa reproduzir as condições de espalhamento do corpo do paciente. O fantoma de abdômen utilizado neste trabalho tem um diâmetro de 32 cm, enquanto o de crânio tem um diâmetro de 16 cm.

3 Os dois tipos de fantomas possuem cilindros com 9 posições, para que possa ser inserida a câmara de ionização. A metodologia utilizada para as medidas de dose seguiram os procedimentos abaixo. Foram realizadas medidas no ar e no fantoma, posicionando-se a câmara de ionização no centro do gantry. Quando da utilização do fantoma foram feitas medidas nas posições de centro, o, 9 o, 18 o, e 27 o. Deste modo foi possível calcular a grandeza relacionada à TC, o CTDI, adaptado para 1 cm. O critério adotado para a seleção dos parâmetros da técnica baseou-se no levantamento dos exames realizados durante o período de acompanhamento que foi feito durante 8 semanas. Os parâmetros físicos da imagem foram verificados e testados com o auxílio do fantoma fornecido pelo fabricante [11]. Esse fantoma é cilíndrico, com dimensões de 21 mm de comprimento e 165 mm de diâmetro e possui quatro seções, preenchidas com diversos tipos de materiais. A seção 1 é preenchida com água, contendo duas rampas de alumínio e cilindros de teflon, ar, polietileno e acrílico. Esta seção é usada para medir a espessura de corte e a linearidade da escala de Hounsfield (UH). A seção 2 contém um arame de aço inoxidável e um cilindro plástico com seis linhas de furos preenchidos com ar. Esta seção é usada para medir a função point-spread e a resolução espacial. A seção 3 contém três discos com furos de tamanhos diferentes, para medir uniformidade e ruído. III. RESULTADOS Foi realizado um acompanhamento da rotina do Serviço durante o período de 8 semanas. Através desse acompanhamento foi verificada uma maior frequência dos exames de crânio seguido pelo de abdômen, como mostrado na Fig. 1. Sendo assim, foram feitos os testes de controle de qualidade para esses dois exames. Os protocolos de crânio mais utilizados são: 12 kvp, corrente de 11 ma, espessura de corte 2 mm, tempo de varredura 4,5s, filtro de reconstrução, FOV 21 mm e matriz de reconstrução 32 2, e para espessura de corte de 1 mm, uma corrente de 9 ma. O protocolo de abdômen mais utilizado é: 12 kvp, corrente de 11 ma, espessura de corte 1 mm, tempo de varredura 4,5 s, filtro de reconstrução 2, FOV 36 mm e matriz de reconstrução Torax e Abdomen 13% Crânio 69% Outros 7% Coluna 11% Figura 1. Estatística dos Exames no HCE Um aspecto importante para um controle de qualidade é a constância no tempo dos testes. O primeiro passo para a realização dos testes foi, portanto, a reprodutibilidade utilizando os protocolos recomendados pelo fabricante. O primeiro teste realizado foi o de uniformidade e ruído. Para este tipo de teste o valor médio recomendado para o número de TC, na região central do fantoma é de ± 4 UH [2]. Quando o material é uniforme, qualquer outra região observada não deve ser diferente de ±4 UH dos valores da posição central. O ruído é quantificado por medidas de desvio padrão na flutuação de número de TC, como uma porcentagem da água, e deve ser menor que 2,7, quando medido no modo crânio. As Figs. 2 e 3 apresentam os resultados dos testes de uniformidade e ruído, respectivamente. Pode-se verificar que a variação dos número de TC das posições de extremos em relação às centrais no teste de uniformidade não estão dentro do limite estabelecido, isto é, os valores encontrados são superiores a 4 UH, porém se mantém constantes dentro de pequenas variações, constatando-se a estabilidade temporal do equipamento. número de TC dias centro 18 Figura 2. Teste de Uniformidade

4 ruído (UH) 3 2,5 2 1,5 1, dias centro 18 TABELA 1 Teste de Uniformidade e Ruído no Modo Abdômen Posição Uniformidade (UH) Ruído Centro -15, 13,9 o -9,5 12, 9 o -8, 11,5 18 o -11,2 12, 27 o -11,2 12,2 Figura 3. Teste de Ruído Seguindo a rotina de testes, foi realizado o teste de linearidade, que descreve a relação linear entre o número de TC e o coeficiente linear de atenuação de cada elemento do objeto. Este teste é muito importante, pois os materiais utilizados para a realização do mesmo, ar, água, polietileno, teflon e acrílico, possuem valores de números de TC bem próximos as estruturas encontradas no corpo humano. número de TC (UH) O fabricante recomenda, para este teste, um valor de ± 8 UH para a uniformidade e menor que 8,3 o de ruído, o que não foi constatado observando a tabela acima. O teste de linearidade foi realizado e pode-se observar que o desvio estava fora da tolerância. A Tabela 2 apresenta os resultados obtidos nesse teste. TABELA 2 Teste de Linearidade no Modo Abdômen Material N o de TC Medido (UH) N o de TC Recomendado (UH) Ar -963,1 ± 11,2-95 ± 25 Polietileno -64,1 ± 12,4-59 ± 1 Água -7,6 ± 2 ±8 Teflon 843,4 ± 17,3 85 ± 2 Acrílico 11,4 ± 12,6 12 ± MÊS Figura 4. Estabilidade Temporal do N o de TC para o Teflon Os testes de espessura de corte, para o modo crânio, durante 3 meses apresentaram estabilidade temporal, encontrando-se um desvio percentual de 2 % para espessura de corte de 1 mm e 15% para espessura de corte de 2 mm, cujas tolerâncias são de ± 1% para o de 1 mm e +3% / -1% para o de 2 mm. Os testes de resolução de baixo contraste e de resolução espacial, para o modo crânio, também apresentaram estabilidade temporal e os resultados encontrados estavam dentro da tolerância aceitável. A seguir, passou-se a fazer os testes de controle de qualidade para o modo abdômen, iniciando-se pelo teste de uniformidade e ruído. Os resultados encontram-se na Tabela 1. No teste de resolução de baixo contraste não foi possível a visualização e distinção de qualquer cilindro. Com estes testes foi permitido constatar que o tomógrafo não estava calibrado para o protocolo abdômen, porém todas as medidas foram registradas para uma posterior comparação entre os resultados, após a calibração do equipamento. Após o procedimento em que foi constatada a reprodutibilidade dos testes, fazendo uso das técnicas recomendadas pelo fabricante, foram realizados os mesmos testes, mudando-se os parâmetros da técnica. Este procedimento permite verificar a influência de cada parâmetro nos testes anteriores. O critério adotado para a seleção dos parâmetros baseou-se nos parâmetros da técnica mais utilizados para crânio e abdômen que, como mostrado na Fig. 2, foram os mais freqüentes no Serviço, durante o período de acompanhamento. Na análise para verificar como os parâmetros da técnica influenciam os parâmetros físicos, pode-se constatar que: a) No teste de uniformidade e ruído: - quanto menor a espessura de corte, maior é o ruído na imagem;

5 - quanto mais ampla a janela, maior o ruído na imagem. b) No teste de função point-spread : - as técnicas utilizando filtro de reconstrução da imagem 1 (utilizado em exames de regiões nas quais a imagem deve possuir alto contraste com, também, boa resolução espacial) foram as que apresentaram melhor definição na imagem. c) No teste de resolução espacial: - quanto mais estreita a janela, melhor é a definição na imagem. d) No teste de espessura de corte: - quanto maior a corrente no tubo, menor o ruído na imagem. Após realizados os testes, foram feitas as medidas de dose absorvida no fantoma e no ar, tanto para o protocolo de crânio como para o de abdômen. Os resultados das medidas de exposição realizadas na saída do feixe com o protocolo de crânio são: - Para a técnica de 12kVp, 11mA, 1 mm de espessura de corte, 4,5 s de tempo de varredura e filtro de reconstrução : Exposição = 1,26 R Dose Absorvida no ar = 1,95 rad - Para a técnica de 12 kvp, 9 ma, 1 mm de espessura de corte, 4,5s de tempo de varredura e filtro de reconstrução : Exposição = 1,95 R Dose Absorvida no ar =,99 rad Os resultados obtidos utilizando o protocolo de abdômen encontram-se bem próximos a estes valores. As medidas realizadas com o fantoma foram feitas em cinco posições: centro, o, 9 o, 18 o e 27 o, aplicando-se o protocolo mais utilizado no Serviço. As Tabelas 3 e 4 apresentam os resultados, no modo crânio, encontrados para a técnica de 12 kvp, 11 ma, 2 mm de espessura de corte, 4,5 s, de tempo de varredura e filtro de reconstrução e, para 12 kvp, 9 ma, 1 mm de espessura de corte, 4,5 s de tempo de varredura e filtro de reconstrução, respectivamente. TABELA 3 Valores das Medidas Realizadas com Corrente de 11 ma e Espessura de Corte de 2 mm Posição Leitura (mr) Dose Absorvida (mgy) CTDI (cgy) Centro 172,8 1,29 6,45 o 2,5 1,49 7,45 9 o 189,7 1,41 7,5 18 o 188,6 1,4 7, 27 o 197, 1,23 6,15 TABELA 4 Valores das Medidas Realizadas com Corrente de 9 ma e Espessura de Corte de 1 mm Posição Leitura (mr) Dose Absorvida (mgy) CTDI (cgy) Centro 667,8 4,98 4,98 o 766,4 5,71 5,71 9 o 737, 5,5 5,5 18 o 72,8 5,37 5,37 27 o 754,5 5,63 5,63 Os valores das medidas apresentados nas Tabelas 3 e 4 são para as leituras feitas em mr, portanto, é necessário fazer uma conversão para mgy, sendo esta unidade de dose absorvida. A expressão [8] que (1) converte estes valores é: f =,869 [(µ en /ρ) acrílico / (µ en /ρ) ar ] (1) onde, f = fator de conversão exposição - dose, (µ en /ρ) acrílico = coeficiente de absorção do acrílico, e (µ en /ρ) ar = coeficiente de absorção do ar. Para a faixa de energia utilizada em TC, o fator de conversão f é igual a 7,8 mgy/r. Os valores de CTDI foram calculados utilizando-se a Eq. (2) modificada para uma câmara de ionização com comprimento ativo de 1 cm, multiplicada pelo fator de comparação da câmara de ionização que é de,96. CTDI CDRH 1 = T 7T onde, T = espessura de corte. 7T D( z) dz IV CONCLUSÃO (2) Na avaliação do desempenho, pode-se constatar que o protocolo de abdômen não estava calibrado, porém mesmo assim os exames continuaram a ser realizados. Através da avaliação das medidas de dose absorvida, realizadas com o auxílio do fantoma, e dos valores de CTDI encontrados, pode-se concluir que a distribuição de CTDI não é homogênea, ao contrário do que estabelece o fabricante. Outro aspecto verificado foi os valores de CTDI nas posições de o e 27 o. Nestas posições os valores de CTDI encontrados foram discrepantes com relação a posições de centro e 9 o, quando estas deveriam apresentar valores de CTDI mais baixos e mais altos, respectivamente. Com relação aos valores de CTDI encontrados na posição de o, foram consideradas as seguintes hipóteses:

6 - provável erro de posicionamento na centralização do gantry ; - a velocidade de rotação do arranjo tubo de raios X/detectores, neste ponto, é menor; - a abertura do colimador não está correta devido a problemas de acionamento mecânico. Com relação aos valores de CTDI encontrados na posição de 27 o[12], possivelmente pode ser: - esta posição recebe maior contribuição da radiação espalhada na mesa; - sendo o feixe de raios X, em TC, muito fino, ao penetrar no fantoma na posição central, a largura do feixe é igual a espessura de corte delimitada, porém na posição de 27 o o feixe é mais largo. Sendo assim, a quantidade de radiação é menor. A TC representa uma evolução na investigação médica por imagem, que dá grande contribuição na dose coletiva da população. Sendo assim, é primordial a implantação de um programa de qualidade em um tomógrafo. REFERÊNCIAS [1] Tiecher, M. E. S., Estudo de uma Metodologia para Programa de Controle da Qualidade e Radioproteção em TC, Tese Apresentada no IME, 1997 [2] Villaescusa, J. I., Campayo, J. M., Objetos de Test en Tomografia Axial Computadorizada Aportaciones al Protocolo Espanol sobre Control de Calidad en TAC, Radioproteccion, N o 8, vol. III, 1995 [3] Knoll, G. F., Radiation Detection and Measurement, John Wiley & Sons, USA, 1979 [4] Sprawls Jr., P., Phisical Principles of Medical Imagem, Aspen Publication, Rockville, 1987 [5] Internatiol Commission Radiological Protection (ICRP), Recomendations of the ICRP, Publication 6, Pergamon Press, N.Y., 1991 [1] Ferreira, N.M.P.D., Prado Filho, H. V., Justificativa para Implantação de Programa de Garantia de Qualidade em Raio X diagnóstico e Odontológico nas Instituições Médicas Militares, Revista Militar de Ciência e Tecnologia, vol XIII, 1996 [11] Instruction Manual for the Model 91/915, Radcal Corporation, 1993 [12] Shope, T. B., Gagne, R.M., Johnson G.C., A Method for Describing the Doses Delivered by Transmission X-ray Computed Tomography, Radiological Health, 198 ABSTRACT Computed Tomography, CT, is a practice used in radiodiagnosis, based on radiation (x-rays) interaction with matter and image reconstruction. No doubt there are great benefits to this procedure, but some problems can be found with it. Little attention has been paid to the high incident doses which patients undergo during these tests. This work is intended to develop a quality control program over CT. The methodology evaluates the performance of the CT by studying the image's physical parameters. It also verifies the effectiveness of the beam according to the measurement of the doses, Computed Tomography Dose Index (CTDI). In this case, this is done by using measurements in simulators (phantoms). Internationally established tests were implemented: high resolution and low contrast, linearity, uniformity of CT numbers, noise, slice thickness and artifacts. All the tests were performed at the Hospital Central do Exército (HCE). Doses measurements were done using a pencil ionization chamber and phantom heads and bodies, supplied by the equipment s manufacturer. The obtained results showed the efficiency of the methodology allowing for the correction of some drawbacks without deviating from the routine procedures. [6] Radiological Protection and Safety in Medicine, ICRP, Publication 73, 1996 [7] Rossi, R. P., Lin, P.J.P., Rauch, P.L. and Strauss, K. J., Performance Specifications and Acceptance Testing for X-Ray Generators and Automatic Exposure Control Devices, AAPM Report, N o 14, 1985 [8] Rothenberg, L.N., Pentlow, K. S., Radiation Dose in CT, Radiographics, No 12, p , 1992 [9] Evaluation and Routine Testing in Medical Imaging Departaments, IEC 1223, 1994

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