Optymalizacja ochrony radiologicznej pacjenta w tomografii komputerowej

Wstęp

Pomimo upływu lat od swojego powstania tomografia komputerowa (CT) wciąż pozostaje niezwykle istotnym narzędziem diagnostycznym. Umożliwia szczegółowe obrazowanie struktur wewnętrznych, oferując dostępność i bezpieczeństwo w kontekście braku pola magnetycznego i związanych z nim zagrożeń. Jednakże, ze względu na stosowanie promieniowania jonizującego, konieczne jest ciągłe dążenie do optymalizacji ochrony radiologicznej pacjenta, aby minimalizować ryzyko związane z ekspozycją na promieniowanie.

‍

Optymalizacja dawek w tomografii komputerowej

Zasada ALARA (As Low As Reasonably Achievable) jest fundamentalnym elementem optymalizacji ochrony radiologicznej. Polega na organizacji procedur medycznych w taki sposób, aby dawki promieniowania były możliwie najniższe, jednocześnie umożliwiając uzyskanie obrazów o odpowiedniej jakości diagnostycznej. Zgodnie z tą zasadą, każda procedura diagnostyczna z wykorzystaniem promieniowania jonizującego powinna być przeprowadzana jedynie wtedy, gdy jest to absolutnie konieczne, a dawka promieniowania musi być zoptymalizowana. Ducha tej zasady wprowadzono do polskiej legislacji^.

O ile ustawodawca publikuje diagnostyczne poziomy referencyjne w postaci tomograficznego indeksu dawki ważonego (CTDIw) dla jednego obrotu lampy lub jednej warstwy w technice spiralnej oraz iloczyn dawki i długości (DLP) dla jednej fazy badania, a także określa parametry obrazu jakie powinny zostać osiągnięte to parametry badania, każda pracownia winna opracować sama. Często zdarza się, że protokoły zostały stworzone wiele lat wcześniej, a priorytetem przyświecającym osobie odpowiedzialnej za ich stworzenie była tylko jakość obrazu, w myśl zasady im większa dawka tym lepszy obraz. Optymalizacja dawek w tomografii komputerowej polega na dostosowaniu parametrów skanowania oraz wykorzystaniu zaawansowanych technologii, które pozwalają na zmniejszenie dawki promieniowania bez obniżenia jakości diagnostycznej obrazu. Do kluczowych parametrów wpływających na dawkę promieniowania w tomografii komputerowej należą napięcie oraz natężenie prądu lampy RTG, pitch oraz konfiguracja detektora. Obniżenie napięcia lampy RTG (kV) może znacząco zmniejszyć dawkę promieniowania, należy jednak pamiętać, że zbyt niskie wartości kV mogą prowadzić do zwiększenia szumów w obrazie. Z kolei stosowanie napięcia poniżej 120kV może znacząco poprawić widoczność środka kontrastowego.

Natężenie prądu lampy RTG (mAs) to kolejny kluczowy parametr, którego zmniejszenie jest jednym z najefektywniejszych sposobów redukcji dawki promieniowania. Nowoczesne systemy tomografii komputerowej umożliwiają automatyczną regulację mAs w osiach Z,X i Y, dostosowując je do kształtu ciała pacjenta. Do takich systemów można na przykład zaliczyć funkcję „smart mA” w urządzeniach firmy GE. Regulacja ta jest dodatkowo sterowana przez współczynnik jakości dla AEC („Noise Index” w systemach GE), który również stanowi parametr podlegający optymalizacji.

Pitch, czyli odległość, jaką przesuwa się stół pacjenta podczas jednego obrotu gantry, podzielona przez szerokość wiązki w osi Z, również wpływa na dawkę promieniowania. Zwiększenie wartości pitch skraca czas skanu i zmniejsza dawkę promieniowania, jednak może to wpłynąć na prawdopodobieństwo wystąpienia artefaktów.

Optymalizacji podlega również kolimacja wiązki oraz konfiguracja detektora. Zmniejszenie kolimacji lampy w osi X ogranicza pole badania (FoV), natomiast w osi Z zwiększa liczbę obrotów zespołu lampa-detektor niezbędnych do zobrazowania pacjenta. Jednak obie te zmiany redukują promieniowanie rozproszone docierające do detektorów, co w efekcie wpływa pozytywnie na jakość obrazu.

‍

Nowoczesne technologie wspomagające optymalizację dawek

Producenci sprzętu medycznego od wielu lat wprowadzają dodatkowe funkcje, które zarówno ułatwiają optymalizację dawek promieniowania, jak i wpływają na jakość obrazu. Do najważniejszych należą:

• Modulacja prądu lampy rentgenowskiej (Angular and Longitudinal Tube Current Modulation): Umożliwia dostosowanie dawki promieniowania w zależności od grubości i gęstości badanej tkanki w czasie rzeczywistym.
• Modulacja prądu lampy na bazie narządu (Organ-based Tube Current Modulation): Zmniejsza dawkę promieniowania kierowaną na wrażliwe narządy, takie jak oczy czy tarczyca, poprzez redukcję mAs gdy lampa podczas sknowania znajduje się pod pewnymi kątami.
• Zaawansowana rekonstrukcja obrazu (Advanced Image Reconstruction): Techniki rekonstrukcji iteracyjnej (IR) lub zastosowanie sztucznej inteligencji w rekonstrukcji pozwalają na uzyskanie obrazów o wysokiej jakości przy znacznie niższej dawce promieniowania w porównaniu z tradycyjną metodą filtered back projection (FBP).

‍

‍

Badania i testy potwierdzające skuteczność optymalizacji

Przy tak dużej liczbie parametrów stworzenie optymalnego protokołu jest procesem złożonym. Przed zastosowaniem w praktyce klinicznej skuteczność optymalizacji należy sprawdzić.  Używanie niesprawdzonego protokołu, może obniżyć jakość uzyskanych obrazów, co z kolei może prowadzić do zmniejszenia skuteczności w wykrywaniu chorób.

‍

Jedną z możliwości proponowanych w literaturze są testy na zwłokach. Niestety nie każdy zakład diagnostyki obrazowej jest w stanie pozwolić sobie na przeprowadzenie tego typu testów. Ponadto nie jest możliwe zastosowanie testów porównawczych protokołów pomiędzy zakładami radiologii.

Podstawowym narzędziem analizy nowych protokołów w optymalizacji badań są zatem fantomy, takie jak ProCT Mk II firmy Diagnomatic.  Umożliwiają one precyzyjne badanie parametrów uzyskanego obrazu, w tym jednorodności i szumu, funkcji przenoszenia modulacji (MTF), a także detekcji niskiego kontrastu.

Poprawna optymalizacja wymaga wielokrotnych powtórzeń skanów, stopniowo zmnieniając pojedynczy parametr. Pozwala to na precyzyjne dostosowanie ustawień dla uzyskania najlepszych wyników. Oprogramowanie Diagnomatic Pro-Control, dzięki możliwości szybkiej analizy wielu testów, stanowi potężne narzędzie w dążeniu do zmniejszenia dawki promieniowania pacjenta.

Po przeprowadzeniu optymalizacji i uzyskaniu odpowiednich parametrów obrazu, kluczowe jest uwzględnienie opinii zespołu radiologów. Jeżeli zespół uzna, że jakość uzyskanych obrazów nie spełnia wymaganych standardów diagnostycznych, należy wycofać wprowadzone zmiany i ponownie przystąpić do procesu optymalizacji. Tym razem, proces ten powinien być uzupełniony o dodatkowe informacje i wskazówki uzyskane podczas konsultacji z zespołem lekarskim.

‍

Podsumowanie

Proces optymalizacji dawek w tomografii komputerowej jest złożony i obejmuje kompleksową edycję wielu parametrów protokołów skanowania. Kluczową rolę w ocenie skuteczności wprowadzonych zmian odgrywają zarówno testy na fantomach, jak i dedykowane oprogramowanie, które wspólnie mogą zapewnić wysoką jakość obrazowania i bezpieczeństwo pacjenta.

‍

‍

art. 33d Ustawy z dnia 29 listopada 2000 r. Prawo atomowe

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ZDROWIA z dnia 6 grudnia 2022 r. w sprawie diagnostycznych poziomów referencyjnych

OBWIESZCZENIE MINISTRA ZDROWIA z dnia 10 listopada 2015 r. w sprawie ogłoszenia wykazu wzorcowych procedur radiologicznych z zakresu radiologii - diagnostyki obrazowej i radiologii zabiegowej

https://www.iaea.org/resources/rpop/resources/online-training-in-radiation-protection

https://www.jmirs.org/article/S1939-8654(20)30296-4/fulltext

Lell MM, May MS, Brand M, Eller A, Buder T, Hofmann E, et al. Imaging the Parasinus Region with a Third-Generation Dual-Source CT and the Effect of Tin Filtration on Image Quality and Radiation Dose. AJNR Am J Neuroradiol 2015; 36: 1225–30.