Диссертация (Оптимизация радиационной защиты пациентов при проведении диагностических исследований методом позитронной эмиссионной томографии), страница 6

К сожалению, существующие в РФнормативные документы направлены только на обеспечение техническойисправности диагностического оборудования и РФП [4, 6]. Необходимо ихдополнять рекомендациями к уровням облучения пациентов и качествуполучаемой диагностической информации. В связи с этим в работе былапоставлена задача разработать систему обеспечения качества ПЭТ-исследований.1.6.1. Оптимизация проведения ПЭТ-исследований.Доза пациента от введения в организм РФП прямо пропорционально зависитот введенной активности. Поэтому снижение дозы внутреннего облученияпациента в ПЭТ/КТ-диагностике достигается за счет снижении вводимойактивности. Однако, снижение вводимой пациенту активности РФП можетпривестикдеградацииПЭТ-изображенияиснижениюдиагностическойинформации.Позитронная эмиссионная томография является количественным методомдиагностики.

При обработке исследований чаще применяют так называемыйиндекс накопления – отношение радиоактивности, накопленной в пораженномучастке к неизмененным тканям. Для получения индекса накопления проводятсравнение заведомо неизмененных отделов органа (референтных зон) сисследуемым. При исследовании всего тела и головного мозга, повсеместноиспользуется так называемый стандартизованный уровень накопления (СУН)(Standardized Uptake Value, SUV).

СУН – величина, которую определяют, какотношение объёмной радиоактивности в измеряемой зоне (кБк/см3) к величиневведенной радиоактивности на массу тела (МБк/кг) [18, 47, 104, 138]. Точностьоценки величины накопленной активности зависит от детектирующей системы,протокола сбора данных и реконструкции изображения, физических характеристикобъекта и уровня накопленной в нем активности. Выделим основные проблемыПЭТ-изображения.В первую очередь необходимо отметить, что из-за неидеальностидетектирующей системы и алгоритмов реконструкции на ПЭТ-изображении33проявляетсяэффектВосстановленноечастичногообъемаПЭТ-изображение(PartialдолжноVolumeотображатьEffect,PVE).концентрациюрадионуклида с равномерной точностью по всему полю зрения детектирующейсистемы (Field Of View, FOV). Однако из-за эффекта частичного объема активностьна восстановленном ПЭТ-изображении будет зависеть от размера объекта иконцентрации активности относительно окружающих структур [62, 109].

Этовызвано смешиванием при реконструкции соседних вокселей вблизи границыобластей с разными активностями вследствие неидеальности детектирующейсистемы. Например, если томограф имеет разрешающую способность равную 6 мм,то сигнал от структуры, имеющей измерение менее 12 мм, будет искажен (Рисунок7).Рисунок 7. Пример эффекта частичного объема и его влияние на изображенияобъектов разных размеров [116].Это явление объясняет «spill-over» эффект – распространение активности насоседние ткани, т.е. степень недооценки активности объекта будет зависеть нетолько от ее размера, но и от относительной концентрации активности вокружающих структурах. Этот эффект свойственен, как в случаях «горячих»34очагов, когда объёмная активность изучаемого объекта выше окружающей – «spillout», так и в случаях «холодных» очагов, когда фоновая объёмная активностьпревышает ее концентрацию в очаге – «spill-in» (Рисунок 8).Рисунок 8.

Схематическое изображение восстановления активности наизображении и «spill-over» эффекта [104].На практике врачам приходится определять курс лечения пациента, опираясьна результаты ПЭТ-исследований и уровень накопления РФП в очаге. Задачаусложняется при маленьких размерах очагов, когда индекс накопления может бытьзанижен за счет проявления эффекта частичного объёма.

Данный фактор особенноактуален при выборе или оценке результатов лечения пациента. Таким образомвстаёт вопрос о методе оценки и корректировки значений СУН для определенияреального индекса накопления РФП и повышения диагностической эффективностиметода ПЭТ в клинической практике.Существует несколько возможных подходов к устранению или минимизацииэффекта частичного объема.

К ним относятся методы, которые пытаются улучшитьразрешение во время сбора данных или во время реконструкции изображения, и35методы, которые используют дополнительную информацию из анатомическихметодов визуализации, таких как КТ и МРТ [127, 128]. Однако все эти методы негарантируют визуализацию и точность восстановления активности на ПЭТизображении.Для оценки эффекта частичного объема и контроля качества ПЭТизображения используют коэффициенты восстановления (КВ). КВ являетсябезразмернымколичественнымпараметромПЭТ-изображения,которыйопределяют, как отношение объемной активности в очаге на ПЭТ-изображении креальной активности [58].

КВ зависит от детектирующей системы, настройкидиагностического оборудования, методики проведения исследования, включаяобработку и анализ изображения. Основные факторы влияющие на КВ приведеныв Таблице 4.Таблица 4. Влияние разных факторов на воспроизводимость активности на ПЭТизображении – коэффициент восстановления (КВ).ФакторПространственноеразрешение системы(детектирующая система)Размер очагаУровень накопленияактивности в очагеМетод реконструкции ПЭТизображенияМетод обработки ПЭТизображенияСвязь с КВВоспроизводимость активности улучшается при улучшениипространственного разрешения системыВоспроизводимость активности улучшается при увеличенииразмера очагаВоспроизводимость активности ухудшается при высокихуровнях накопления активностиИспользованиесовременныхитерационныхметодовреконструкций улучшает визуализацию очагов, но можетприводить к переоценке активности в очагахИспользование среднего значения объёмной активности вобласти интереса приводит к недооценке активности очаговнебольших размеров;Использование значений максимальных пикселей приопределении объёмной активности в области интереса можетприводить к переоценке активности для очагов больше 15 мм.Исследования эффекта частичного объёма и оценки КВ изображения чащевсего проводят на цилиндрических фантомах со сферическими вставками,36позволяющими имитировать очаги с разной активностью и размерами от 10 мм [51,120, 133].

Для имитации исследований с пациентами и воспроизведения горячих ихолодных очагов используют цилиндрические фантомы со сферическими иликоническими вставками для заполнения их радионуклидами разной концентрации.Наиболее известный фантом NEMA NU-2 2001 (Рисунок 9) для оценки ПЭТизображений [43, 65, 80]. Он позволяет смоделировать торс пациента припроведении ПЭТ исследования и оценить КВ для разных размеров очагов.Рисунок 9. Фантом NEMA NU-2 2001 [65].Количественные параметры ПЭТ-изображения зависят от конфигурациидетектирующей системы, параметров протокола проведения исследования иметода реконструкции изображения.

Неоднородность аппаратного парка ииспользованиеразличныхметодикпроведенияПЭТ-исследованиймогутприводить к тому, что результаты исследования одного и того же пациента,полученные на разных аппаратах, могут различаться. Отсутствие стандартовподготовки пациента к исследованию, протоколов сканирования и обработкиданных приводят к разным результатам распределения РФП на изображенииодного и того же пациента в разных отделениях ПЭТ и различной интерпретацииочагов. Это особенно актуально при повторных исследованиях онкологическихпациентов после проведения лечения, которые становятся привязанными к37определенному месту для проведения повторных исследований. Перегруженностьконкретного аппарата может отложить необходимое исследование и привести ктрагическим последствиям.В настоящее время в отечественной литературе и нормативных документахотсутствуют требования к методикам проведения процедур контроля качествадиагностического оборудования и критерии их соответствия.

Увеличение числаПЭТ-центров в России ставит вопрос о стандартизации протоколов сбора иобработки данных. Необходимо выявить зависимости количественных параметровПЭТ-изображения от уровня накопленной активности для разных размеров очагов,такженеобходимоопределитьколичественныекритериидлясравнениярезультатов, полученных на томографах разных моделей. Последнее особенноважнодляобеспеченияадекватногомониторингапроцессалеченияонкологических пациентов.В зарубежной практике разработаны стандарты, описывающие методикивыполнения исследований, контроля качества оборудования ПЭТ-диагностики иих периодичность [51, 101]. Помимо этого, Европейской Ассоциацией ЯдернойМедицины (European Association of Nuclear Medicine, EANM) разработанапрограмма аккредитации отделений ПЭТ-диагностики [43, 65, 80], основанная наопределении КВ для очагов разных размеров используя NEMA NU-2 2001 фантом,по результатам которой отделение получает сертификат о соответствии качестваработы оборудования и применяемых методик стандартам EANM.

Однако,предлагаемая программа имеет ряд ограничений: она не позволяет оценитьвоспроизводимость систем для очагов < 10 мм и не исследует ситуации с разнымуровнем накопления активности в очагах. Поэтому в данной работе стояла задачаразработки подхода обеспечения качества ПЭТ-исследования путем созданиясистемы, основанной на контроле количественных параметров ПЭТ-изображения,учитывающей маленькие обследуемые объекты и разные уровни накопленияактивности и нацеленной на синхронизацию оборудования, гармонизацию иоптимизацию методик проведения ПЭТ-исследований.381.6.2.

Оптимизация проведения КТ-исследований.По данным зарубежных источников КТ-сканирование вносит наибольшийвклад в дозу пациента при ПЭТ/КТ-исследованиях (Таблица 3), в связи с этимнеобходимо уделять особое внимание настройке и оптимизации протоколов КТ.Основными параметрами КТ-исследования, определяющими дозу пациента(Таблица 5), являются: зона сканирования; напряжение (кВ); сила тока (мА);время ротации (с), т.е. полного оборота рентгеновской трубки вокруг пациента;коллимациярентгеновского пучка(мм); питч фактор; длинаобластисканирования (мм); количество фаз исследования (например, до и послевнутривенного введения контрастного вещества или нескольких областейисследования) [27, 33].

Из этих параметров наибольшее влияние на дозупациента оказывают напряжение и произведение силы тока на времясканирования.Таблица 5. Влияние параметров протокола КТ на дозу пациента.ПараметрДлинасканирования (мм)Произведение силытока на времяротации (мАс)ОпределениеВлияние на дозу пациентаОпределяет анатомическую зонусканирования и органы, попадающиепод облучениеОпределяет флюенс фотонов,количество фотонов за все времяоблученияПропорционально длинесканирования увеличиваетсядозаНапряжение (кВ)Определяет энергию пучка излученияКоллимация (мм)Определяет ширину веерного пучкаПитч факторОпределяет скорость движения стола спациентом при спиральномсканировании (отношение шагадвижения стола за один оборот трубкик коллимации)Пропорционально мАсувеличивается дозаПропорционально квадратунапряжения увеличиваетсядозаУменьшение коллимацииможет привести кнезначительномуувеличению дозыУвеличение питч фактораприводит к снижению дозы39КТ-изображение основано на ослаблении рентгеновского излученияобъектом и зависит от параметров протокола сканирования [27, 54].