Диссертация (Оптимизация радиационной защиты пациентов при проведении диагностических исследований методом позитронной эмиссионной томографии), страница 10

Обработка полученных данных.2.4.1. Оценка коэффициентов перехода для определения эффективной дозыпри КТ-сканировании.Коэффициенты перехода от значений DLP с консоли томографа кэффективнойдозе,адаптированныедлясовременныхпротоколовКТ-сканирования: головы, грудной клетки, брюшной полости, малого таза, всего тела,были определены на основании доз, рассчитанных программами CT-Expo,VirtualDoseCT, NCICT и измеренных в антропоморфных фантомах с помощью ТЛдетекторов.Для изучения и сравнения различных специализированных программ дляоценки доз от КТ-исследований провели анализ эффективных и органных доз,определенных с помощью наиболее распространенных и доступных программ CTExpo [123], VirtualDoseCT [55], NCICT [86].

При расчете органных и эффективнойдоз эти программы позволяют учитывать специфику модели томографа ипараметры проведения исследований (напряжения, силы тока, питч фактора,коллимации,времениротациитрубки).Такжепровелисравнениедоз,рассчитанных разными программами, с измеренными органными дозами вантропоморфных фантомах для зоны всего тела (Рисунок 11). В каждой программедозы рассчитывают для определенного математического фантома, которыйимитирует тело пациента определенного возраста. Для сравнения доз выбрали тривозрастные группы: годовалый, пятилетний и взрослый (Таблица 18).Поглощенные дозы в тканях и органах антропоморфных фантомоввычисляли по формуле 19. Эффективные дозы для всех методов определяли наосновании органных доз по формуле 19: = ∑,м +,ж2∙ , мЗв,(19)где ,ж – доза в органе женского фантома, ,м – доза в органе мужскогофантома, – взвешивающий коэффициент органа из Публикации МКРЗ 60 [23]и Публикации МКРЗ 103 [20].Таблица 18.

Характеристики математических моделей и антропоморфныхфантомов, используемых в каждом методе для оценки органных и эффективныхдоз у пациентов.Возрастная группаНоворожденныйГодовалый5-летний10-летний15-летнийМетодНазваниефантомаВозрастРост(см)Вес(кг)ТЛД измерения----CT-Expo----VirtualDoseCTUFH01MF0 лет483,5NCICTUFH01MF0 лет483,5ТЛД измеренияГодовалый1 год759CT-ExpoBABY8 недель574,2VirtualDoseCTUFH01MF1 год779NCICTUFH01MF1 год7710ТЛД измерения5-летний5 лет10919CT-ExpoCHILD7 лет11521,7VirtualDoseCTUFH05MF5 лет11016NCICTUFH05MF5 лет11019ТЛД измерения----CT-Expo----VirtualDoseCTUFH01MF10 лет14132NCICTUFH01MF10 лет14132ТЛД измерения----CT-Expo----VirtualDoseCTUFH01MF15 лет16756NCICTUFH01MF15 лет16756ТЛД измеренияAlderson(RANDO)>18 лет17473,5ADAM>18 лет17070EVA>18 лет16060AM RPI>18 лет17673AF RPI>18 лет16460,1UFHADM18-36 лет17873UFHADF15-25 лет16860CT-ExpoВзрослыйVirtualDoseCTNCICT63Примеры мужских фантомов из исследованных программ и их сравнение сантропоморфным фантомом RANDO, в котором проводилось измерение органныхдоз, приведены на Рисунке 14.

Для моделирования тела пациента в разныхпрограммах используются различные фантомы: математические фантомы разногопола EVA (женский) и ADAM (мужской) в CT-Expo [129], воксельные фантомыUFHAD (University of Florida), описывающие репрезентативных мужчину иженщину в NCICT [87, 88] и современные гибридные фантомы RPI (RensselaerPolytechnic Institute) в VirtualDoseCT [112, 139]. В каждой программе используетсясвоя шкала для задания зоны сканирования. Длины (ориентиры) областейсканирования для реальных протоколов приведены в Таблице 19, они же отмеченына Рисунке 14.Таблица 19.

Зоны КТ-сканирования и их длины (ориентиры) в рассматриваемыхпрограммах, используемые при расчете эффективных доз взрослых пациентов дляоценки коэффициентов перехода от DLP.ЗонасканированияДлина (начало и конец) зоны сканирования, смCT-Expo*VirtualDoseCT** NCICT***ТЛДГолова19 (70 - 89)19 (156 - 175)19 (1 - 20)-Грудная клетка23 (45 - 68)23 (125 - 148)23 (28 - 51)-Брюшнаяполость20 (23 - 43)20 (107 - 127)20 (50 - 70)-Малый таз30 (-7 - 23)30 (80 - 110)30 (71 - 101)-Все тело98 (-9 - 89)98 (76 – 175)98 (1 – 99)985 (верхняя часть лба –верхняя треть бедра)*в программе CT-Expo начало шкалы совпадает с основанием таза;** в программе VirtualDoseCT начало шкалы совпадает с основание ступни;*** в программе NCICT начало шкалы совпадает с верхушкой черепа.64Рисунок 14. Фантомы, используемые в обследованных программах длямоделирования тела взрослого мужчины: а - ADAM (CT-Expo); б – UFHADM(NCICT); в – RPI AM (VirtualDoseCT), г –RANDO (фантом для измерения сТЛД) и выбранные зоны сканирования.Коэффициенты перехода от значения DLP к эффективной дозе вычислялидля каждого i-го метода на основании полученной эффективной дозы по формуле20:k КТ ,i гдеE КТ ,iE КТ ,iDLP, мЗв/(мГр·см),(20)– эффективная доза, определенная i-м методом, мЗв; DLP – произведениедозы на длину сканирования, мГр∙см (Таблица 13).652.4.2.

Определение стандартных доз пациентов.Наиболееподходящейдозовойвеличинойдлясопоставлениядозвнутреннего и внешнего облучения является эффективная доза [15, 94]. Однакоэффективная доза – расчетная величина и определяется для стандартного пациента(масса тела 70±3 кг) [19] или группы пациентов. В работе определили стандартныедозы пациентов во всех обследованных отделениях ПЭТ-диагностики. Дозу,полученную пациентом от ПЭТ/КТ-исследования, определяли, как сумму дозвнутреннего облучения от введенного РФП и внешнего рентгеновского облученияот КТ-сканирования.2.4.2.1.

Определение стандартной дозы внутреннего облучения.Эффективную дозу внутреннего облучения пациентов определяли повводимойстандартномупациентуактивностирадионуклидавРФПсиспользованием дозовых коэффициентов (Таблица 20), по формуле 21:EРФП  A  k РФП , мЗв,(21)где A – активность радионуклида, вводимая стандартному пациенту (МБк), k РФП –дозовый коэффициент перехода от вводимой активности к эффективной дозе(мЗв/МБк).Таблица 20.

Радиофармпрепараты (РФП), применяемые в ПЭТ-диагностике вРоссии, и дозовые коэффициенты, мЗв/МБк.РФПДозовый коэффициент (мЗв/МБк)Литература18F-ФДГ0,019128 МКРЗ [72]11C-метионин0,0084МУ [17]11C-холин0,0043МУ[17]18F-холин0,020128 МКРЗ [72]18F-тирозин0,016128 МКРЗ[72]13N-аммоний0,002МУ [17]0,020Herrmann K., 2015 [60]0,021Sandström M., 2013 [110]68Ga- PSMAGa- DOTATATE/68Ga- DOTANOC68662.4.2.2. Определение стандартной дозы внешнего облучения.При определении стандартных доз пациентов в разных отделениях ПЭТРоссийской Федерации оценку дозы от КТ-сканирования проводили по формуле22:EКТ  DLP  k КТ , мЗв,(22)где: DLP – стандартное произведение дозы на длину, которое определяли каксреднее значение из выборки из 30 – 50 пациентов на каждом аппарате, мГр·см;k КТ –коэффициентпереходадлязоныКТ-сканирования,мЗв/(мГр·см).Используемые коэффициенты перехода, определённые в данной работе для разныхзон сканирования, приведены в Таблице 25.Верификацию значений CTDIvol и DLP, отображаемые на консоли, проводиливыборочно, сравнением с результатами измерения в дозиметрическом фантоме.Значения DLP и CTDIvol, измеренные дозиметром Black Piranha внутриспециального дозиметрического фантома (см.

п. 2.2.2.1.), не должны былиотличаться более чем на 5 % от значений на консоли томографа [119].2.4.3. Обработка ПЭТ-изображений при контроле качества.После реконструкции изображений фантома измеряли объёмную активностьна ПЭТ-изображениях NEMA NU-2 2001 и MADEIRA фантомов в очагах(конусах/сферах) в зависимости от их размеров для каждой серии изображений.Измеренияпроводилиспомощьюспециализированногопрограммногообеспечения ImageJ для обработки диагностических изображений. При обработкеопределяли среднее и значение максимального пикселя объёмной активности длякаждого очага (сферы/конуса) и для фона.

Для получения этой количественнойинформации каждому очагу на ПЭТ-изображении присваивали область интереса(Region Of Interest, ROI) в зависимости от размера сферы/конуса (Рисунок 15).Сначала все области интереса обрисовывали на КТ-изображениях фантома, гдехорошо определялись внутренние границы сфер/конусов, после чего ихкопировали на ПЭТ-изображения. Для каждого очага делали по пять измерений.67Для определения фоновой активности пять областей интереса обводили научастках, которые не содержали очагов и не пересекались с ними (Рисунок 15).

Вдальнейшем при анализе данных использовали среднее значение объёмнойактивности для выборки из пяти измеренных.АбРисунок 15. ПЭТ-изображения фантомов: а – MADEIRA, б – NEMA NU-2 2001.Красным выделены области интереса «горячих очагов», зеленым – области,определяющие фоновую объёмную активность радионуклида.В ходе исследования получили средние и максимальные значения объёмныхактивностей в выбранных областях интереса. На их основе провели оценкикоэффициента восстановления (КВ), согласно формуле 23 [58]:КВ гдеАизобр –АизобрАвв ед(23)измеренная объёмная активность в области интереса на ПЭТ-изображениях (кБк/мл); Аввед – введенная объёмная активность при подготовкефантома (кБк/мл), пересчитанная на время сканирования.

При обработкеизображения использовали средние и максимальные значения Аизобр в областиинтереса. Значения, полученные для фоновой активности, использовали лишь дляповторной проверки корректности кросскалибровки томографа и дозкалибратора.Измеренные значения объёмной активности на ПЭТ-изображении не должныотличаться более чем на 10% от введенной объёмной активности при подготовкефантома.682.4.4. Обработка КТ-изображений и выбор оптимальных параметровпротокола КТ-сканирования.В экспериментальной работе по оптимизации протоколов КТ-сканированиядля определения эффективной дозы для разных протоколов использовалиспециализированное программное обеспечение VirtualDoseCT [55], котороепозволяеттщательновыбратьобластьисследования,ориентируясьнареалистичное расположение внутренних органов в фантоме.

Данное коммерческоепрограммное обеспечение с web интерфейсом (Рисунок 16) разработаноспециально для определения доз пациентов от КТ с возможностью заданияпараметров проведения исследований.Рисунок 16. Интерфейс программы VirtualDoseCT для определения органныхи эффективной доз пациентов при КТ-исследованиях.69Для количественной оценки КТ-изображений в качестве параметра качестваизображения использовали шум изображения. С помощью специализированногопрограммного обеспечения RadiAnt DICOM Viewer 3.4.2 для обработкидиагностических изображений определили стандартное отклонение единиц HUоднородной структуры (в качестве однородной зоны была выбрана зона сердца),область интереса располагали в зоне сердца, как показано на Рисунке 17.