КЛИНИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦИФРОВОЙ ЛИНЕЙНОЙ ТОМОГРАФИИ В МНОГОПРОФИЛЬНОМ СТАЦИОНАРЕ
|
Перечень условных обозначений и символов 4
Введение 5
Глава 1. Обзор источников литературы 8
1.1. История развития линейной томографии 8
1.2. Физико-технические характеристики линейной томографии 11
1.3. Туберкулез легких 17
1.3.1. Эпидемиология 17
1.3.2. Методы лучевой диагностики туберкулеза 20
1.4. Синдром круглой тени и очаговых образований в легких 22
1.5. Рентгенологические изменения паренхимы легких при разных формах туберкулеза 26
1.6. Оценка доз при проведении лучевых методов исследований 29
Глава 2. Материалы и методы 31
2.1 Характеристика используемого оборудования 31
2.1.1. Рентгеновские аппараты 31
2.1.2. Антропоморфный фантом 32
2.1.3. Имитаторы очаговых образований в легких 34
2.2. Дозиметрия фантома с имитаторами 36
2.3. Расчет эффективных доз 39
2.4. Оценка диагностической эффективности метода ЦЛТ 41
2.5. Оценка качества изображения 42
2.6. Клинический этап исследования 42
2.7. Статистическая обработка результатов исследования 43
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение 45
3.1 Определение эффективных доз при проведении ЦЛТ 45
3.2 Результаты эксперимента с использованием антропоморфного фантома 46
3.3 Оптимизированные протоколы исследования 47
3.4 Результаты проспективного сбора данных 48
3.4.1 Общие данные о выборке пациентов 48
3.4.2 Графики распределения дозовых величин 52
3.4.3 Графики распределения оценок качества изображений 57
3.5 Примеры клинических случаев 59
3.6 Методика цифровой линейной томографии органов грудной клетки 64
Заключение 72
Выводы 75
Список использованной литературы 76
Приложения 82
Введение 5
Глава 1. Обзор источников литературы 8
1.1. История развития линейной томографии 8
1.2. Физико-технические характеристики линейной томографии 11
1.3. Туберкулез легких 17
1.3.1. Эпидемиология 17
1.3.2. Методы лучевой диагностики туберкулеза 20
1.4. Синдром круглой тени и очаговых образований в легких 22
1.5. Рентгенологические изменения паренхимы легких при разных формах туберкулеза 26
1.6. Оценка доз при проведении лучевых методов исследований 29
Глава 2. Материалы и методы 31
2.1 Характеристика используемого оборудования 31
2.1.1. Рентгеновские аппараты 31
2.1.2. Антропоморфный фантом 32
2.1.3. Имитаторы очаговых образований в легких 34
2.2. Дозиметрия фантома с имитаторами 36
2.3. Расчет эффективных доз 39
2.4. Оценка диагностической эффективности метода ЦЛТ 41
2.5. Оценка качества изображения 42
2.6. Клинический этап исследования 42
2.7. Статистическая обработка результатов исследования 43
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение 45
3.1 Определение эффективных доз при проведении ЦЛТ 45
3.2 Результаты эксперимента с использованием антропоморфного фантома 46
3.3 Оптимизированные протоколы исследования 47
3.4 Результаты проспективного сбора данных 48
3.4.1 Общие данные о выборке пациентов 48
3.4.2 Графики распределения дозовых величин 52
3.4.3 Графики распределения оценок качества изображений 57
3.5 Примеры клинических случаев 59
3.6 Методика цифровой линейной томографии органов грудной клетки 64
Заключение 72
Выводы 75
Список использованной литературы 76
Приложения 82
Туберкулез является мировой проблемой, актуальной до сих пор в связи с постоянной мутацией микобактерий туберкулеза (МБТ) и распространением штаммов, устойчивых к противотуберкулезной терапии. На сегодняшний день по данным статистики около трети населения Земли инфицировано МБТ. Также важным остается тот факт, что начальные формы туберкулеза протекают бессимптомно, поэтому необходимо проводить активный скрининг населения и выявлять туберкулез не только в специализированных диспансерах, но и в других медицинских организациях.
Основным методом скрининга туберкулеза легких в России служит флюорографическое обследование. В основе диагностики заболеваний органов грудной клетки (ОГК) лежат аналоговая и цифровая рентгенография и линейная томография [1, 2]. В 1970-е годы появился метод компьютерной томографии, который в настоящее время является «золотым стандартом» в диагностике респираторной патологии.
Результатом развития метода линейной томографии является томосинтез (ТС)–последовательность томограмм, произведенных на заданную глубину с фиксированным расстоянием между срезами. Впоследствии полученная информация оцифровывается и обрабатывается, формируя изображение. Данная методика относится к реконструктивным методам визуализации.Согласно многочисленным исследованиям по сравнению чувствительности методов диагностики, ТС превосходит цифровую рентгенографию (ЦРГ) в поиске очагов в легких; особенно если размеры очагов находятся в диапазоне 3-5 мм, где чувствительность ТС согласно исследованию Dobbins и др. была выше в 7,5 раз по сравнению с ЦРГ [3]. Тем не менее, использование ТС ОГК ограничено по экономическим соображениям: данный метод требует наличие специализированного рентгеновского аппарата. При этом диагностическая эффективность ТС уступает КТ при сравнимых уровнях облучения пациентов.
В настоящее время для диагностики патологий респираторной системы, в том числе туберкулеза, применяется ЦРГ и компьютерная томография (КТ). ЦРГ является доступным методом исследования за счет низкой стоимости и дозовой нагрузки в диапазоне 0,05-0,5 мЗв за исследование. Однако ЦРГ обладает недостаточной диагностической эффективностью для поиска мелких очаговых образований либо небольших полостей деструкций в легких.
КТ позволяет уточнить структуру и распространенность патологического процесса в паренхиме легких. Высокая чувствительность КТ к градациям плотности позволяет отчетливо визуализировать практически все анатомические структуры, а также дифференцировать патологические очаги по плотности, определять наличие включений (жировых, полостей распада, наличие жидкости) [4]. Однако КТ исследование ассоциировано со значительными дозами облучения пациентов (5-20 мЗв за процедуру). Доступность КТ исследований также может быть ограничена, особенно в регионах и/или небольших медицинских организациях.
Таким образом, целесообразно рассмотреть в качестве диагностики респираторных заболеваний метод цифровой линейной томографии ОГК, диагностическая эффективность которого значительно выросла с появлением цифровых технологий преобразования рентгеновского сигнала. Также ЦЛТ является широко доступным методом, так как большинство современных отечественных рентгеновских аппаратов снабжены приставкой для линейной томографии.
Линейная (продольная) томография (ЛТ) — метод рентгенологического исследования, с помощью которого можно производить снимок слоя, лежащего на определённой глубине исследуемого объекта.
ЦЛТ может выполняться как дополнительный, уточняющий метод диагностики для более детального исследования легочной паренхимы без эффекта суммации изображения в тех случаях, когда нет возможности провести КТ.
Внедрение любого метода лучевой диагностики связано с обоснованием его целесообразности, которую оценивают по трем параметрам:
1. Величина дозы облучения пациента от проведенного рентгенорадиологического исследования;
2. Соотношение рисков развития отдаленных стохастических эффектов (радиогенные раки, соматические расстройства и пр.), связанных с воздействием ионизирующего излучения на организм пациента, и рисков, связанных с получением недостаточной диагностической информации вследствие выбора альтернативного метода лучевой диагностики;
3. Диагностическое качество получаемого изображения.
Целью исследования явилась разработка и внедрение в клиническую практику оптимизированных протоколов проведения цифровой линейной томографии органов грудной клетки.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
1. Экспериментально с использованием антропоморфного фантома грудной клетки изучить физико-технические параметры ЦЛТ, оценив их влияние на дозы облучения и качество изображения;
2. Определить по ЦЛТ антропоморфного фантома грудной клетки оптимальные протоколы проведения исследования по соотношению дозовая нагрузка/качество изображения, рассчитав коэффициенты перехода от ПДП к ЭД;
3. Апробировать и внедрить предложенную низкодозовую методику ЦЛТ в работу рентгеновских кабинетов противотуберкулезного диспансера и многопрофильного стационара скорой помощи;
4. Оценить диагностическую эффективность ЦЛТ в выявлении очаговой патологии лёгких;
5. Разработать практические рекомендации по использованию оптимизированной методики ЦЛТ в разных клинических ситуациях.
Практическая значимость. На сегодняшний день метод цифровой линейной томографии активно применяется в специализированных противотуберкулезных диспансерах для диагностики и контроля лечения туберкулеза легких. Как показала практика, в рентгеновских кабинетах отсутствуют клинические рекомендации по методике проведения ЦЛТ и оптимизированные протоколы её проведения. Данная работа содержит подробное описание методики проведения ЦЛТ, прошедшей экспериментальную апробацию на антропоморфном фантоме грудной клетки и клиническую апробацию на базе городского противотуберкулезного диспансера.
Основным методом скрининга туберкулеза легких в России служит флюорографическое обследование. В основе диагностики заболеваний органов грудной клетки (ОГК) лежат аналоговая и цифровая рентгенография и линейная томография [1, 2]. В 1970-е годы появился метод компьютерной томографии, который в настоящее время является «золотым стандартом» в диагностике респираторной патологии.
Результатом развития метода линейной томографии является томосинтез (ТС)–последовательность томограмм, произведенных на заданную глубину с фиксированным расстоянием между срезами. Впоследствии полученная информация оцифровывается и обрабатывается, формируя изображение. Данная методика относится к реконструктивным методам визуализации.Согласно многочисленным исследованиям по сравнению чувствительности методов диагностики, ТС превосходит цифровую рентгенографию (ЦРГ) в поиске очагов в легких; особенно если размеры очагов находятся в диапазоне 3-5 мм, где чувствительность ТС согласно исследованию Dobbins и др. была выше в 7,5 раз по сравнению с ЦРГ [3]. Тем не менее, использование ТС ОГК ограничено по экономическим соображениям: данный метод требует наличие специализированного рентгеновского аппарата. При этом диагностическая эффективность ТС уступает КТ при сравнимых уровнях облучения пациентов.
В настоящее время для диагностики патологий респираторной системы, в том числе туберкулеза, применяется ЦРГ и компьютерная томография (КТ). ЦРГ является доступным методом исследования за счет низкой стоимости и дозовой нагрузки в диапазоне 0,05-0,5 мЗв за исследование. Однако ЦРГ обладает недостаточной диагностической эффективностью для поиска мелких очаговых образований либо небольших полостей деструкций в легких.
КТ позволяет уточнить структуру и распространенность патологического процесса в паренхиме легких. Высокая чувствительность КТ к градациям плотности позволяет отчетливо визуализировать практически все анатомические структуры, а также дифференцировать патологические очаги по плотности, определять наличие включений (жировых, полостей распада, наличие жидкости) [4]. Однако КТ исследование ассоциировано со значительными дозами облучения пациентов (5-20 мЗв за процедуру). Доступность КТ исследований также может быть ограничена, особенно в регионах и/или небольших медицинских организациях.
Таким образом, целесообразно рассмотреть в качестве диагностики респираторных заболеваний метод цифровой линейной томографии ОГК, диагностическая эффективность которого значительно выросла с появлением цифровых технологий преобразования рентгеновского сигнала. Также ЦЛТ является широко доступным методом, так как большинство современных отечественных рентгеновских аппаратов снабжены приставкой для линейной томографии.
Линейная (продольная) томография (ЛТ) — метод рентгенологического исследования, с помощью которого можно производить снимок слоя, лежащего на определённой глубине исследуемого объекта.
ЦЛТ может выполняться как дополнительный, уточняющий метод диагностики для более детального исследования легочной паренхимы без эффекта суммации изображения в тех случаях, когда нет возможности провести КТ.
Внедрение любого метода лучевой диагностики связано с обоснованием его целесообразности, которую оценивают по трем параметрам:
1. Величина дозы облучения пациента от проведенного рентгенорадиологического исследования;
2. Соотношение рисков развития отдаленных стохастических эффектов (радиогенные раки, соматические расстройства и пр.), связанных с воздействием ионизирующего излучения на организм пациента, и рисков, связанных с получением недостаточной диагностической информации вследствие выбора альтернативного метода лучевой диагностики;
3. Диагностическое качество получаемого изображения.
Целью исследования явилась разработка и внедрение в клиническую практику оптимизированных протоколов проведения цифровой линейной томографии органов грудной клетки.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
1. Экспериментально с использованием антропоморфного фантома грудной клетки изучить физико-технические параметры ЦЛТ, оценив их влияние на дозы облучения и качество изображения;
2. Определить по ЦЛТ антропоморфного фантома грудной клетки оптимальные протоколы проведения исследования по соотношению дозовая нагрузка/качество изображения, рассчитав коэффициенты перехода от ПДП к ЭД;
3. Апробировать и внедрить предложенную низкодозовую методику ЦЛТ в работу рентгеновских кабинетов противотуберкулезного диспансера и многопрофильного стационара скорой помощи;
4. Оценить диагностическую эффективность ЦЛТ в выявлении очаговой патологии лёгких;
5. Разработать практические рекомендации по использованию оптимизированной методики ЦЛТ в разных клинических ситуациях.
Практическая значимость. На сегодняшний день метод цифровой линейной томографии активно применяется в специализированных противотуберкулезных диспансерах для диагностики и контроля лечения туберкулеза легких. Как показала практика, в рентгеновских кабинетах отсутствуют клинические рекомендации по методике проведения ЦЛТ и оптимизированные протоколы её проведения. Данная работа содержит подробное описание методики проведения ЦЛТ, прошедшей экспериментальную апробацию на антропоморфном фантоме грудной клетки и клиническую апробацию на базе городского противотуберкулезного диспансера.
Целью данного исследования являлась разработка и внедрение в практику как специализированных учреждений (Противотуберкулезный диспансер), так и многопрофильного стационара (Мариинская больница)оптимизированных протоколов проведения ЦЛТ. В задачи исследования вошло: изучение физико-технических параметров ЦЛТ ОГК; оценка влияния параметров проведения ЦЛТ ОГК на дозы облучения и качество изображения, выполненная на антропоморфном фантоме; определение оптимальных режимов ЦЛТ по соотношению дозовая нагрузка/качество изображения; апробация и внедрение предложенных оптимизированных протоколов ЦЛТ в работу рентгеновских кабинетов специализированных и многопрофильных стационаров с предложением рекомендаций по практическому использованию методики.
В связи с тем, что метод линейной томографии не является широко распространенным, информация об аналогичных исследованиях в литературе отсутствовала. В связи с этим потребовалась разработать дизайн для двух этапов исследования: экспериментального, для оценки потенциала проведения ЦЛТ, выполняемой на современных цифровых рентгеновских аппаратах, и проспективного – для оценки эффективности ЦЛТ на практике.
Экспериментальный этап исследования был выполнен с использованием антропоморфного гетерогенного фантома грудной клеткиMultipurposeChestPhantom “Lungman”, что позволило выполнить дозиметрию и оценить качество изображения в широком диапазоне режимов без необходимости согласовывать исследование с этическим комитетом. Для оценки диагностической эффективности впервые был разработан набор имитаторов очагов различной плотности, формы и размеров, позволяющий максимально близко приблизить условия эксперимента к практике. Также было проведено сравнение результатов дозиметрии, качества изображения и диагностической эффективности линейной томографии, цифровой рентгенографии и компьютерной томографии ОГК.
Результаты экспериментального этапа исследования показали, что уровни облучения пациентов (ПДП, ЭД) за одну ЦЛТ сопоставимы с таковыми для ЦРГ в одной проекции, и практически на порядок величины ниже по сравнению с КТ ОГК. При этом чувствительность ЦРГ составила 37,5%, ЦЛТ – 75% в сравнении с КТ ОГК. Специфичность обоих методов исследования 100% (ложноположительных очагов найдено не было). При этом на ЦРГ экспертами не были обнаружены низкоконтрастные очаги – полусолидные и по типу «матового стекла», на ЦЛТ – не были обнаружены очаги по типу «матового стекла».
Показатель чувствительности 75%, специфичности – 100% по сравнению с КТ ОГК. Проведенная экспериментальная работа позволила разработать набор дифференцированных протоколов ЦЛТ для пациентов с различными антропометрическими характеристиками – нормостеник, гипостеник и гиперстеник. Особенностью протоколов является использование более низкого напряжения (55 кВ) для гипостенического типа телосложения и более высокого напряжения (65 кВ) для гиперстенического телосложения.
Проспективный этап исследования был выполнен на базе Противотуберкулезного диспансера. Выполненная проспективная оценка доз облучения пациентов показала, что при использовании стандартных протоколов ЦЛТ, принятых в данном диспансере, ЭД облучения пациентов находились в диапазоне 0,56-5,9мЗв (до 8 раз выше по сравнению с предложенными оптимизированными протоколами). Это объясняется в первую очередь использованием высоких значений экспозиции (126 мАс в стандартном режиме, 7-11 мАс – в оптимизированном). Применение на практике предложенных по итогам экспериментального этапа режимов, позволило снизить ЭД пациентов до 6-8 раз (0,2-0,6мЗв).
Выполненная оценка качества изображений с использованием специально разработанных критериев, показала, что использование оптимизированных протоколов приводит к достоверному снижению качества полученных томограмм: изображения становятся более шумными. Тем не менее, на всех полученных изображениях патологические изменения в паренхиме легких визуализировались и были пригодными для описания. Качество полученных томограмм уступало «привычным» изображениям для врачей рентгенологов Противотуберкулёзного диспансера, однако постобработка снимков решала эту проблему. Также переход на новые режимы был ассоциирован с достоверным увеличением числа серий ЦЛТ в рамках одного исследования (на 20%), что может быть объяснено отсутствием у персонала опыта работы на новых протоколах и субъективной возможностью проведения большего количества ЦЛТ без значимого увеличения дозовой нагрузки на пациента.
По результатам проспективного этапа исследования была разработана методика проведения ЦЛТ, включающая в себя следующие разделы: подготовка к исследованию, требования к укладке пациента, подготовка аппарата, протоколы проведения ЦЛТ, анализ полученных томограмм, постобработка ЦЛТ, расчет ЭД и критерии оценки качества изображений. Данная методика утверждена учебно-методической комиссией СПбГУ и принята к использованию в Противотуберкулезном диспансере и в Городской Мариинской больнице.
Результаты исследования показали, что ЦЛТ возможно применять в качестве альтернативы ЦРГ для диагностики очаговых образований легких (достоверно более высокая диагностическая эффективность) или в качестве замены КТ при оценке динамики патологического процесса в легких в том случае, когда локализация патологии уже известна. Преимуществами ЦЛТ являются широкая доступность метода, так как большинство отечественных рентгеновских аппаратов снабжено приставкой для ЛТ.
В связи с тем, что метод линейной томографии не является широко распространенным, информация об аналогичных исследованиях в литературе отсутствовала. В связи с этим потребовалась разработать дизайн для двух этапов исследования: экспериментального, для оценки потенциала проведения ЦЛТ, выполняемой на современных цифровых рентгеновских аппаратах, и проспективного – для оценки эффективности ЦЛТ на практике.
Экспериментальный этап исследования был выполнен с использованием антропоморфного гетерогенного фантома грудной клеткиMultipurposeChestPhantom “Lungman”, что позволило выполнить дозиметрию и оценить качество изображения в широком диапазоне режимов без необходимости согласовывать исследование с этическим комитетом. Для оценки диагностической эффективности впервые был разработан набор имитаторов очагов различной плотности, формы и размеров, позволяющий максимально близко приблизить условия эксперимента к практике. Также было проведено сравнение результатов дозиметрии, качества изображения и диагностической эффективности линейной томографии, цифровой рентгенографии и компьютерной томографии ОГК.
Результаты экспериментального этапа исследования показали, что уровни облучения пациентов (ПДП, ЭД) за одну ЦЛТ сопоставимы с таковыми для ЦРГ в одной проекции, и практически на порядок величины ниже по сравнению с КТ ОГК. При этом чувствительность ЦРГ составила 37,5%, ЦЛТ – 75% в сравнении с КТ ОГК. Специфичность обоих методов исследования 100% (ложноположительных очагов найдено не было). При этом на ЦРГ экспертами не были обнаружены низкоконтрастные очаги – полусолидные и по типу «матового стекла», на ЦЛТ – не были обнаружены очаги по типу «матового стекла».
Показатель чувствительности 75%, специфичности – 100% по сравнению с КТ ОГК. Проведенная экспериментальная работа позволила разработать набор дифференцированных протоколов ЦЛТ для пациентов с различными антропометрическими характеристиками – нормостеник, гипостеник и гиперстеник. Особенностью протоколов является использование более низкого напряжения (55 кВ) для гипостенического типа телосложения и более высокого напряжения (65 кВ) для гиперстенического телосложения.
Проспективный этап исследования был выполнен на базе Противотуберкулезного диспансера. Выполненная проспективная оценка доз облучения пациентов показала, что при использовании стандартных протоколов ЦЛТ, принятых в данном диспансере, ЭД облучения пациентов находились в диапазоне 0,56-5,9мЗв (до 8 раз выше по сравнению с предложенными оптимизированными протоколами). Это объясняется в первую очередь использованием высоких значений экспозиции (126 мАс в стандартном режиме, 7-11 мАс – в оптимизированном). Применение на практике предложенных по итогам экспериментального этапа режимов, позволило снизить ЭД пациентов до 6-8 раз (0,2-0,6мЗв).
Выполненная оценка качества изображений с использованием специально разработанных критериев, показала, что использование оптимизированных протоколов приводит к достоверному снижению качества полученных томограмм: изображения становятся более шумными. Тем не менее, на всех полученных изображениях патологические изменения в паренхиме легких визуализировались и были пригодными для описания. Качество полученных томограмм уступало «привычным» изображениям для врачей рентгенологов Противотуберкулёзного диспансера, однако постобработка снимков решала эту проблему. Также переход на новые режимы был ассоциирован с достоверным увеличением числа серий ЦЛТ в рамках одного исследования (на 20%), что может быть объяснено отсутствием у персонала опыта работы на новых протоколах и субъективной возможностью проведения большего количества ЦЛТ без значимого увеличения дозовой нагрузки на пациента.
По результатам проспективного этапа исследования была разработана методика проведения ЦЛТ, включающая в себя следующие разделы: подготовка к исследованию, требования к укладке пациента, подготовка аппарата, протоколы проведения ЦЛТ, анализ полученных томограмм, постобработка ЦЛТ, расчет ЭД и критерии оценки качества изображений. Данная методика утверждена учебно-методической комиссией СПбГУ и принята к использованию в Противотуберкулезном диспансере и в Городской Мариинской больнице.
Результаты исследования показали, что ЦЛТ возможно применять в качестве альтернативы ЦРГ для диагностики очаговых образований легких (достоверно более высокая диагностическая эффективность) или в качестве замены КТ при оценке динамики патологического процесса в легких в том случае, когда локализация патологии уже известна. Преимуществами ЦЛТ являются широкая доступность метода, так как большинство отечественных рентгеновских аппаратов снабжено приставкой для ЛТ.