Comprendere la Dose Media Multipla (MSAD) nelle TC: Fisica Medica e Calcolo

Definizione di MSAD (Multiple Scan Average Dose)

L'MSAD (Multiple Scan Average Dose) è definita dal Dr. Morin (Mayo Clinic, Jacksonville) e dall'AAPM (American Association of Physicists in Medicine) come: "la dose di radiazione media sullo scan centrale di uno studio TC costituito da multipli scan paralleli". Rappresenta la dose cumulativa al centro della regione scannerizzata quando vengono eseguiti scan assiali contigui o sovrapposti. È il parametro storico per stimare dose paziente in TC assiale (step-and-shoot), prima dell'era elicoidale/spirale e dei moderni indici (CTDIvol, DLP, SSDE).

Relazione con CTDI (Computed Tomography Dose Index)

Il metodo preferito per ottenere MSAD in pratica clinica è calcolare prima il CTDI₁₀₀ (dose index misurato con camera ionizzazione 100 mm) e poi correggere per geometria multi-scan.

• CTDI₁₀₀: dose integrata lungo 100 mm da un singolo scan assiale. Misurato in phantom standard (PMMA 16 cm testa / 32 cm corpo).
• CTDI_w (weighted) = (1/3 × CTDI_centro) + (2/3 × CTDI_periferia). Media ponderata centro/periferia.
• CTDI_vol = CTDI_w / Pitch (per scan elicoidali). Per assiali: CTDI_vol = CTDI_w × (N × T / I) dove N=numero scan, T=spessore slice, I=incremento tavola.

Equipaggiamento necessario per misura CTDI₁₀₀

• TC multislice (qualsiasi generazione)
• Phantom PMMA (polimetilmetacrilato / Plexiglas) standard AAPM: 16 cm diametro (testa) e 32 cm diametro (corpo)
• Camera ionizzazione 100 mm lunghezza attiva (es. Farmer chamber 0.6 cc estesa)
• Elettrometro calibrato (es. Keithley, PTW, Radcal)
• Barre PMMA (Lucite) per tappare fori non usati (mantengono scattering condizioni standard)
• Software acquisizione TC in modalità servizio / fisica

Procedura di misura CTDI₁₀₀ (Protocollo AAPM TG-111 / IEC 60601-2-44)

1. Posizionamento phantom: sul lettino TC, centrato laser. Un foro dosimetrico al punto di massima esposizione (centro per testa, 12 mm sotto superficie per corpo - per IEC). Fori vuoti tappati con barre PMMA.
2. Scan di verifica: singolo scan tecnica clinica standard. Verificare centratura: foro centrale entro 5 mm dal centro campo visivo (isocentro). Riposizionare se necessario.
3. Inserimento camera: camera 100 mm nel foro centrale.
4. Scan con camera: acquisizione singolo scan. Elettrometro misura carica (nC) → esposizione (mR o mGy). Registrare lettura. Notare spessore slice nominale (T).
5. Misure periferiche: spostare camera in ogni foro periferico (tipicamente 4: 12, 3, 6, 9 ore per body; 3, 6, 9, 12 per head). Tappare foro centrale + altri vuoti con barre PMMA. Rieseguire scan per ogni posizione. Registrare letture + spessore slice.

Calcolo CTDI₁₀₀ per ogni posizione

Formula AAPM (TG-21 / TG-111):

Xc = Xr · Cc · f · (L / T)

• Xc = CTDI₁₀₀ calcolato (mGy)
• Xr = Lettura elettrometro (corretta per temperatura/pressione) per quel foro
• Cc = Fattore correzione calibrazione camera/elettrometro (solitamente 1.0, talora 2.0 per camere 0.6cc vs 0.125cc riferimento)
• f = Fattore conversione esposizione aria → dose in materiale (PMMA). Tipicamente 0.87 rad/R = 0.0087 Gy/R (dipende energia/filtrata).
• L = Lunghezza camera ionizzazione = 100 mm
• T = Spessore slice nominale (mm) per quella acquisizione

Calcolo CTDI_w (Weighted)

CTDIw = (1/3 × CTDI100, centro) + (2/3 × Media CTDI100, periferia)

Calcolo MSAD per scan ASSIALI (Non-spirali / Step-and-shoot)

MSAD = [ (N × T × CTDIw) / I ]

• N = Numero di scan (slice) nella serie
• T = Spessore slice nominale (mm)
• CTDIw = Valore calcolato sopra (mGy)
• I = Incremento tavola / distanza tra centri scan adiacenti (mm). Se contigui: I = T. Se sovrapposti: I < T. Se gap: I > T.

Nota: Per scan contigui (I = T), MSAD = N × CTDI_w. Per singolo scan (N=1), MSAD = CTDI_w.

Calcolo MSAD per scan ELICOIDALI / SPIRALI

MSAD = [ (1 × CTDIw) / Pitch ]

• Pitch = I / (N × T) (definizione IEC: avanzamento tavola per rotazione / collimazione totale).
• I = Avanzamento tavola per rotazione (mm/rot)
• N = Numero detector rows attive
• T = Larghezza singolo detector row (mm)
• N × T = Collimazione totale (mm)

Equivalenza: MSAD (assiale) = CTDI_vol (elicoidale). CTDI_vol è il parametro standard moderno riportato su console TC (DICOM Radiation Dose Structured Report).

Rilevanza clinica attuale

• MSAD è concetto storico/educativo. Oggi si usano: CTDI_vol (dose per scan normalizzata), DLP (Dose Length Product = CTDI_vol × scan length), SSDE (Size-Specific Dose Estimate) (correzione taglia paziente via diameter AP+LAT o water-equivalent diameter).
• Reference levels (Diagnostic Reference Levels - DRLs) nazionali/regionali (es. Italia: D.M. 18/02/2011, allegato; EU: EURADOS, IAEA) si basano su CTDI_vol e DLP.
• Misure QC periodiche (giornaliere/settimanalì) su phantom standard verificano costanza output TC (CTDI_w, CTDI_vol) vs baseline accettazione.