Сравнительный анализ дозовых нагрузок на пациентов при проведении кардиоваскулярных исследований с использованием компьютерных томографов и ангиографических комплексов

02.05.2018

Сравнительный анализ дозовых нагрузок на пациентов при проведении кардиоваскулярных исследований с использованием компьютерных томографов и ангиографических комплексов

В последние годы все большее внимание привлекает проблема обеспечения радиационной безопасности при проведении медицинских процедур с использованием ионизирующих излучений.

Введение

В последние годы все большее внимание привлекает проблема обеспечения радиационной безопасности при проведении медицинских процедур с использованием ионизирующих излучений [1, 3]. По данным, представленным в специальной литературе, лидируют с точки зрения уровня дозовых нагрузок на пациентов кардиоваскулярные  исследования, которые зачастую совмещают диагностическую стадию и интервенционные вмешательства под рентгеновским контролем [2].

В экономически развитых странах приблизительно 50 % всех исследований, проводимых с использованием рентгеновской компьютерной томографии (КТ), приходится на диагностику заболеваний органов грудной клетки, включая сердце и сосуды [4].

Не менее распространенной технологией исследования сердца и сосудов является ангиографический метод.

Доля этого метода в создании коллективной эффективной дозы составляет 5-7 %, в отличие от 40 % для КТ,но эффективная доза, приходящаяся на каждое исследование, как правило, выше [1, 2].

Экспериментальные данные по дозовым нагрузкам при кардиоваскулярных исследованиях, проводимых методами КТ и ангиографии в российских клиниках, практически отсутствуют, что влечет за собой как необоснованные опасения пациентов, так и ничем не подкрепленный оптимизм и нередко пренебрежение мерами радиационной безопасности со стороны медицинского персонала.

Целью настоящей работы является сравнительный анализ дозовых нагрузок на пациентов при кардиоваскулярных исследованиях с использованием различных (с точки зрения конструктивных особенностей) моделей спиральных компьютерных томографов и ангиографических комплексов (АК).

Материал и методы

При проведении экспериментальных работ использовался тест-объект в виде антропометрического фантома тела человека ATOM (компания-изготовитель CIRS). Этот тест-объект формируется из отдельных элементов толщиной 25 мм, каждый из которых содержит срезы попадающих в соответствующее сечение органов человеческого тела с плотностями, эквивалентными тем или иным органам. В каждом из элементов имеются цилиндрические углубления диаметром 5 мм, в которых располагаются датчики (в нашем случае в качестве датчиков применялись термолюминесцентные детек торы на основе фтористого лития).

На рис. 1 представлен пример расположения тканеэквивалентного фантома ATOM на столе пациента КТ.



Датчики размещались в тканеэквивалентном фантоме в соответствующих углублениях в области органов, набор которых определяется требованиями НРБ-99 [5]. Всего для экспериментов на каждом аппарате одновременно использовалось 35 заранее откалиброванных датчиков. Гонады: 2 датчика; красный костный мозг: 6 датчиков; толстый кишечник: 2 датчика; легкие: 6 датчиков; желудок: 2 датчика; мочевой пузырь: 2 датчика; грудная железа: 4 датчика; печень: 4 датчика; пищевод: 2 датчика; щитовидная железа: 2 датчика; кожа: 1 датчик; клетки костных поверхностей: 1 датчик. Еще один дополнительный датчик соответствовал «остальным» органам. После считывания информации с датчиков в устройстве ДТУ-01 производилось усреднение данных по каждому из органов.

Исследования проводились при использовании следующих моделей спиральных КТ с различным количеством одновременно формируемых срезов:

- Aquilion 64, компания-производитель Toshiba Medical Systems – 64 среза;

- Aquilion 16, компания-производитель Toshiba Medical Systems – 16 срезов;

- Light Speed VCT, компания-производитель GE Medical Systems – 64 среза;

- Somatom AR.STAR, компания-производитель Siemens Medical Systems – 1 срез.

Оценку эффективных доз с использованием фантома ATOM также проводили на ангиографическом комплексе AdvantX производства компании GE Medical Systems.

В процессе испытаний выбор конкретных моделей как спиральных КТ, так и ангиографического комплекса, определялся исключительно возможностью выполнения экспериментов (которые требуют значительных временных затрат) в том или ином учреждении. При этом также учитывали возможность исследований на КТ с различным числом одновременно формируемых срезов.

Эксперименты в режиме исследования органов грудной клетки на каждом из КТ повторяли по нескольку раз (осуществлялось по 6-9 томографий с учетом снятия топограммы) для того, чтобы уровень накопленной в термолюминесцентных датчиках дозы надежно превысил порог их чувствительности. При ангиографии, по возможности, полностью имитировали все этапы реального исследования.

Испытания на различных типах КТ проводили при следующих параметрах спиральной томографии:

• Aquilion 64: анодное напряжение Ua= 120 кВ; анодный ток Ia= 200 мА; время одного оборота трубки tоб= 0,5 с (суммарное время томографии tскан= 7,13 с); диапазон перемещения стола Lст= 320 мм; толщина выделяемого слоя T = 0,5 мм; число слоев N = 64 (область исследования T·N = 32 мм); pitch= 0,7.

• Aquilion 16: анодное напряжение Ua= 120 кВ; анодный ток Ia= 100 мА; время одного оборота трубки tоб= 1,0 с (суммарное время томографии tскан= 21,32 с) диапазон перемещения стола Lст= 320 мм; толщина выделяемого слоя T = 1,0 мм; число слоев N = 16 (область исследования T·N = 16 мм); pitch= 0,938.

• Light Speed VCT: анодное напряжение Ua= 120 кВ; анодный ток Ia = 200 мА; время одного оборота трубки tоб= 0,6 с (суммарное время томографии tскан= 5,6 с); диапазон перемещения стола Lст= 320 мм; толщина выделяемого слоя T = 0,625 мм; число слоев N = 64 (область исследования T·N = 40 мм); pitch= 0,86.

• Somatom AR.STAR: анодное напряжение Ua= 110 кВ; анодный ток Ia= 105 мА; время одного оборота трубки tоб= 1,5 с (суммарное время томографии tскан= 51 с); диапазон перемещения стола Lст= 320 мм; толщина выделяемого слоя T = 10 мм; число слоев N = 1 (область исследования T·N = 10 мм); pitch= 1,0.

Длительность диагностической коронарографии при использовании аппарата AdvantX составила 4 мин 42 с, оценка средствами самого аппарата произведения дозы на площадь составила 12119,7 Р·см2. Если считать, что площадь облучения S = 40 х 40 см = 1600 см2, то значение поглощенной дозы D составит:

D=12119,7·Рсм2/1600 см2=7,6≈ 66 мГр











Результаты и обсуждение

Данные, по измерениям эквивалентных доз для различных органов, при использовании всех перечисленных в предыдущем разделе аппаратов представлены в таблицах 1—5.

По результатам оценки эквивалентных доз, представленных в таблицах 1-5, был произведен расчет эффективных доз. Для удобства представления,оценки эффективной дозы, полученной «пациентом» при исследовании органов грудной клетки на четырех рассматриваемых типах КТ и проведении диагностической коронарографии на ангиографе GE AdvantX, сведены в таблицу 6.

Из представленных данных видно, что эффективная доза, полученная пациентом при проведении коронарографии, более чем в три раза превышает максимальное значение, полученное при проведении КТ-исследования органов грудной клетки. Дополнительного снижения дозы при использовании 64-срезового КТ можно добиться, установив в качестве параметра «время одного оборота трубки» tоб= 0,35 с (при прочих равных условиях), что зачастую и делается в клинической практике.

Отметим также, что представленное в таблице 6 значение эффективной дозы при проведении коронарографии отличается от показателя, вычисленного ранее при использовании полученной средствами аппарата оценки произведения дозы на площадь, приблизительно на 20 %, что является неплохим результатом с точки зрения совпадения данных.

В работе [4] приводится величина дозы, статистически значимой для возникновения онкологических заболеваний. Ее величина равна 50 мЗв. Из представленных результатов видно, что оценка эффективной дозы при коронарографии, полученная в наших экспериментах, несколько превышает этот порог.

Важно также отметить следующее: оценка эффективной дозы при КТ-исследовании в клинической практике, как правило, проводится методом, представленным в [6], и основывается на измерении показателя дозы компьютерного томографа – CTDI и произведения дозы на длину – DLP.

Для этих целей используют специальный тест-объект, выполненный из оргстекла и имеющий диаметр 16 см для оценки эффективной дозы при исследовании головы и 32 см при исследовании тела. В таблице 7 для примера приведены результаты оценки эффективной дозы двумя различными методами (с использованием тканеэквивалентного фантома и тест-объекта из оргстекла) для двух спиральных КТ, причем один из них 64-срезовый, а другой — односрезовый.



Из представленной таблицы 7 видно, что в случае односрезового КТ результаты оценки практически совпадают, тогда как для 64-срезового результаты отличаются в 1,7 раза.

 Расхождение в 1,7 раза оценок, полученных для многосрезового аппарата при использовании различных методик, может быть объяснено тем, что представленные в литературе дозовые индексы, используемые в расчете эффективной дозы в соответствии с [6], были рассчитаны с использованием математических моделей.

В этих моделях набор входных параметров несколько отличается от условий проведения наших испытаний (например, определяется значение дозового индекса вне зависимости от числа рядов детекторов — одновременно получаемых срезов). Полученные результаты согласуются с данными источников, в которых указывается на возможность расхождения оценок в диапазоне до 2 раз при использовании различных методик оценки эффективной дозы для многосрезовых спиральных КТ [8, 9].

Таким образом, если сравнивать результаты эффективных доз, полученных на многосрезовом КТ при использовании методики, основанной на оценке CTDI, и результаты, полученные при коронарографии, то разница увеличится еще в 1,7 раза.

Помимо оценки эффективной дозы на пациента при диагностической коронарографии, в процессе экспериментов были получены соответствующие оценки при проведении ангиографии головы и брюшной полости: 21 мЗв при ангиографии головы и 40 мЗв при ангиографии брюшной полости. Видно, что и в этих случаях оценки эффективной дозы превышают показатели КТ при обследовании органов грудной клетки.

Выводы

1. Представлены оценки эффективной дозы при исследовании органов грудной клетки на четырех типах спиральных рентгеновских компьютерных томографов производства различных компаний, а именно: Toshiba, Siemens и General Electric. Оценки эффективных доз по результатам исследований колеблются в диапазоне от 8 до 15 мЗв.

2. Показано, что отличие результатов в оценке эффективной дозы при использовании антропометрического фантома тела человека и методики, основанной на определении значения показателя дозы КТ, может достигать 1,7 раза. Данное расхождение увеличивается по мере увеличения числа одновременно регистрируемых срезов в КТ.

3. Процедура диагностической коронарографии (аппарат AdvantX компании General Electric) приводит к дозовым нагрузкам приблизительно в 3 раза большим (порядка 50 мЗв).

Также превышают уровни эффективных доз при КТ дозовые нагрузки, получаемые пациентом при проведении ангиографии головы и брюшной полости.

Блинов . В. В., Варшавский Ю. В,Зелимкан М.И, Кондрашин С. А., Кручинин С.А, Терновой С. К.

Список литературы

1. Radiological Protection of Patients in Diagnostic and Interventional Ra diology, Nuclear Medicine and Radiotherapy. Proceedings of an international conference held in Mаlaga, Spain, 26–30 March 2001.

2. American College of Radiology. White paper on radiation dose in medicine: deep impact on the practice of cardiovascular imaging. 2007, 5:37.

3. United Nations. Sources and Effects of Ionizing Radiation, 2000 Report to the General Assembly, Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation (UNSCEAR), UN, New York (2000).

4. American College of Radiology. White Paper on Radiation Dose in Medicine, 2007, 4, p. 272-284.

5. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99). СП 2.6.1.758 – 99.

6. Методические указания МУК 2.6.1.1797-03. Контроль эффективных доз облучения пациентов при медицинских рентгенологических исследованиях: Методические указания. – М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. – 36 с.

7. European Commission’s Study Group. European Guidelines on Quality Criteria for Computed Tomography, EUR 16262 EN, European Communities, Luxembourg (1999).

8. American College of Radiology. Computed Tomography (CT) Accredi-tation Program. Phantom Testing Instructions. Accessed February 18, 2007.

9. Kaiser С.P. Dose metrics lag behind advances in CT scanners / Diagnostic Imaging, the 1st of August, 2005:
Теги: компьютерная томография
234567 Начало активности (дата): 02.05.2018 15:09:00
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова:  кардиоваскулярные исследования, компьютерная томография, дозовые нагрузки, грудная клетка, коронарография
12354567899