introducing pyskindose a novel framework for patient peak...

Introducing PySkinDoseA novel framework for patient peak skin dose

estimation in interventional radiology

Max Hellstrom, Christoffer GranbergJosef A Lundman, Jonas S Andersson

CMTS, avdelningen for stralningsfysik - Region VasterbottenInstitutionen for stralningsvetenskaper - Umea universitet

Nationellt mote om sjukhusfysik 2019

Outline

IntroduktionInterventionell radiologi (IR)Hudskador vid IR ingreppSyfte och mal

PySkinDoseVad ar PySkinDose?Berakna huddosDoskartaalgoritmbeskrivningVisualiseringsverktygFramtiden for PySkinDose

IntroduktionInterventionell radiologi (IR)

I Behandling av sjukdomar och skador med kateterteknik viablodbanan

I Exempelvis:I behandling av inre blodningarI balongvidgning av fortrangda karl

I Kan ofta anvandas istallet for kirurgi

IntroduktionInterventionell radiologi (IR)

IntroduktionHudskador vid IR ingrepp

I Rontgenstralningorsakar akutastralskador pa huden1:

Hudrodnad ∼ 2− 5 Gy

Permanent haravfall∼ 5− 10 Gy

Nekros (vavnadsdod)∼ 12 Gy

1 - Stephen Balter et al., “FluoroscopicallyGuided Interventional Procedures: A Review ofRadiation Effects on Patients’ Skin and Hair,”Radiology Vol. 254, No. 2, pp. 326-341,February 2010.

By LK Wagner, PhD; Vlietstra et al -http://www.biij.org/2007/2/e22/, CC BY-SA 3.0,https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20151798

IntroduktionSyfte och mal

I Mal: Utveckla fram en algoritm som pa ett automatiseratsatt beraknar huddos fran RDSR data for varje IR ingrepp

I Syfte: Skapa battre forutsattningar for overvakning,optimering och kontroll av huddosnivaer fran den kliniskaverksamheten

PySkinDoseVad ar PySkinDose?

I PySkinDose ar ett program for automatiserad berakning avhuddos fran IR ingrepp.

I Baserat pa DICOM Radiation Dose Structured Reports(RDSR)

I Utvecklat i Python v3.6, Oppen kallkod

I Enkelt att anpassa till apparater fran olika tillverkareI Leverantorsoberoende variablerI Kraver en funktion per fabrikat som generaliserar DICOM

taggarna till PySkinDose variabelkonvention

PySkinDose

1: Berakna huddosHur gar man franluftkerma i referenspunktentill huddos?

SSDdIRP

2: Skapa doskartaVilken del av patientenbestralas?

hudytaABC

huddos

PSD

PySkinDose1: Berakna huddos

I E ∈ (50 kV, 125 kV)⇒ D ≈ K

I Dhud ≈ Kvatten (korrigerat for scattering och avstand)

x

luft

(Kluft,IRP)

dIRP

luft

avstands-korrektion

dIRP

SSDSSD

vatten

bakatspridnings-korrektion2

dIRP

SSD

vatten

medium-korrektion2

dIRP

vatten

bord/madrass-korrektion

dIRP

Dhud = (Kluft,IRP)∏i

ki

2 - H. Benmakhlouf, H. Bouchard, A. Fransson, and P. Andreo, ”Backscatter factors and massenergy-absorption coefficient ratios for diagnostic radiology dosimetry,” Phys. Med. Biol. 56,7179-7204 (2011).

PySkinDose1: Berakna huddos

I E ∈ (50 kV, 125 kV)⇒ D ≈ KI Dhud ≈ Kvatten (korrigerat for scattering och avstand)

x

luft

(Kluft,IRP)

dIRP

luft

avstands-korrektion

dIRP

SSDSSD

vatten

bakatspridnings-korrektion2

dIRP

SSD

vatten

medium-korrektion2

dIRP

vatten

bord/madrass-korrektion

dIRP

Dhud = (Kluft,IRP)∏i

ki

2 - H. Benmakhlouf, H. Bouchard, A. Fransson, and P. Andreo, ”Backscatter factors and massenergy-absorption coefficient ratios for diagnostic radiology dosimetry,” Phys. Med. Biol. 56,7179-7204 (2011).

PySkinDose2: Skapa doskarta

I Patienten presenteras avett antal koordinater P irummet som markerarpatientens hudyta

I Tre alternativ arimplementerade:I 2D planI cylinder med elliptisk

tvarsnittI Manniskofantom (olika

aldrar och kon)


I Tre separata koordinatsystem:I Isocenter coordinate systemI Positioner coordinate systemI Table coordinate system

ex

ey

ez

ptab

isocenterex

ez

ey

p iso

detektor

PX-ray source

ex

ez

eyppos


Isocenter coordinate systemI Anvands for berakningar och illustrationer

Positioner coordinate systemI lokalisering av rontgenroret, detektorn, och kollimatorerna

fran RDSR

Table coordinate systemI Lokalisering av bordet fran RDSR samt placering av patient

I Geometrin mellan de olika objekten kan darefter beraknas3

piso = (RβRα)>ppos

Rα =

− cosα sinα 0− sinα cosα 0

0 0 1

,Rβ =

1 0 00 cosβ − sinβ0 sinβ cosβ

3 - Y. Khodadadegan, M. Zhang, W. Pavlicek, R.G. Paden, B. Chong, B.A. Schueler, K.A.Fetterly, S.G. Langer, T. Wu, Automatic monitoring of localilzed skin dose with fluoroscopic andinterventional procedures. J. Digit. Imaging. 2011 Aug 24(4):626-39.


I Vilka celler som traffasberaknas med signeradeavstand

vektorprojektion : projnv

I Steg 1: Befinner sighudcellen inomrontgenfaltetsutbredning?

I Steg 2: Ar hudcellen paingangssidan av kroppen?

rontgenror→

←skin cell

n4

P

n3

kollimatorer→

rc

n1n

2

ni · (rc − rs) ≤ 0 ∀i⇒ traff

rs

detektor

origo


I Vilka celler som traffasberaknas med signeradeavstand

vektorprojektion : projnv

I Steg 1: Befinner sighudcellen inomrontgenfaltets utbredning?

I Steg 2: Ar hudcellen paingangssidan avkroppen?

nw

d

P

θ

θ ∈ [−π/2, π/2]⇒ traff

PySkinDosesammanfattning

I For varje bestralning:

1. Lokalisera patientfantom, rontgenror, kollimatorerna, samtdetektorn.

2. Exkludera hudceller som ej befinner sig i stralfaltetsutbredning

3. Exkludera bort hudceller pa utgangssidan av patienten4. berakna huddos for resterande hudceller (pa cellniva)

PySkinDoseVisualiseringsverktyg

I PySkinDose skapar plottar i .html format som kan oppnas ialla weblasare.

I alla plottar ar interaktiva

PySkinDoseDoskarta

PySkinDoseIllustrera ingreppet

Framtiden for PySkinDose

I Kan i dagslaget koras som ett script som tar in RDSR filer

I For narvarande under vidareutveckling fordatabasintegrering

I Fungerar for Siemens Artis system, Philips Allura ar underutveckling

I Malsattning:I Ett effektivt verktyg for huddosuppskattning med

overvakning av dosnivaer och ingreppens utformningI Sprida anvandandet och utvecklingen av PySkinDose till

andra sjukhus och kliniker

Avslutning

I All kallkod finns att ladda ner pa Azure DevopsI https://dev.azure.com/Sjukhusfysiker/PySkinDose

I Intresserad att att utveckla/anvanda PySkinDose?I Hor av er!I [email protected]

I Tack for mig, fragor?

introducing pyskindose a novel framework for patient peak...

Documents