A legkorszerűbb több energiás és gyors mintavételezésű CT technikák alkalmazása a sugárdózis csökkentéséhez, valamint a csecsemők és fiatal gyermekek szedációjának elkerüléséhez

Közösségek - Dózis | 2018. július 23. 20:40 | Utolsó módosítás dátuma - 2024. augusztus 17. 23:50 | Forrás: https://cdn.rsna.org/dps2017/media/PD169-ED-MOB7/imagewisely/index.html

A dual energy CT segítségével még tovább csökkenthető a dózis gyermekeknél

Bevezetés

Napjainkban egyre növekszik az ismeretünk az ionizáló sugárzásról és hatásairól. Teljesen nyilvánvalóvá vált, hogy a gyermekek részére végzett ionizáló sugárzással járó képalkotó vizsgálatok sokkal nagyobb rizikót jelentenek, hiszen a gyorsan osztódó sejtek fokozott érzékenységűek, illetve a fiatalkorban elszenvedett sugárártalom az évek során csak növekedhet. Ma már egyértelműen azt mondhatjuk, hogy az ALARA elv egy átfogó, minden intézményben elvárt követelmény, ennek alapján próbálják a vizsgálati protokollokat optimalizálni. 2008-ban egy olyan világméretű kampány indult, amiben a gyerekeket ért alacsonyabb sugárártalom fontosságára hívják fel a figyelmet; a kampányról és célkitűzéseiről bővebben olvasható a https://www.imagegently.org/ oldalon.

Miért fontos még mindig a gyermekek körében végzett CT vizsgálat?

Abban a betegpopulációban, ahol rendszeren fiatalkorban indokoltan CT vizsgálat készült (pl. IBD, tumor, genetikai szindrómák), valamiféle sejtroncsolódás biztosan kialakult.

Lényeges szempont, ami mégis a CT vizsgálatok mellett szól, hogy gyorsan elvégezhető, széles körben elérhető és kiváló diagnosztikai pontosságú. Éppen emiatt a jelenlegi CT technológiai fejlesztések a gyerekeket ért sugárdózis csökkentésére különösen törekednek. Ilyen lehetőség például a csőfeszültség optimalizálása, automatikus csőáram moduláció (AEC) használata, iteratív rekonstrukció igénybe vétele és az adaptív sugárkollimáció alkalmazása.

A legújabb CT technikák lehetővé teszik az alacsony dózisú, gyors, éber vizsgálatokat, minimális kontrasztanyag kockázattal.

Jogosan vetődik fel a kérdés, hogy ha birtokában vagyunk más, modern képalkotó eljárásnak, miért ragaszkodunk egy ionizáló sugárzással járó vizsgálat elvégzéséhez? Miért nem MRI vizsgálat készül minden indikációban?

Az egyik hátráltató tényező az a csecsemők, fiatal gyermekek nyugtalansága. Az MR vizsgálatnál, még sokszor felnőttek esetén is, kihívást jelent a mozdulatlanság megkövetelése egy olyan térben, ami a legkevésbé sem nyugtató. A nyugtalanság elkerülésére, ami leginkább a gyerekeknél fordul elő, opcionálisan bódító hatású szereket lehet alkalmazni. Sok esetben a csecsemők és fiatal gyermekek MR vizsgálatához nem elegendő a bódítás, hanem teljes altatás szükséges, ami kockázattal jár. Emellett pedig számolni kell az anyagi költségekkel és személyi pluszterheléssel, mivel egy szedáláshoz, vagy altatáshoz pontos anamnézis birtokában kell lennünk, akár előzetesen egyéb vizsgálatok elvégzése is szükségessé válhat.

Egy másik hátrány, hogy a kontrasztos MR vizsgálatok során használt gadolínium (Gd) alapú kontrasztanyagból felszabaduló Gd ionok lerakódása jelenleg is aggodalomra ad okot. Sürgős helyzetekben macrociklikus kontrasztanyag adása javasolt, mert ha a Gd-t bejuttató kelátos vivőmolekula makrociklikos-ionos, akkor a legkisebb a valószínűsége a Gd ionok szabadon engedésének, ebből kifolyólag ezek mondhatók a legbiztonságosabbak.

A továbbiakban:

- több energiás CT-k technikai lehetőségeinek áttekintése.

- a dual energy CT specifikus fejlesztéseinek bemutatása, amivel vagy a dózist csökkenthetjük, vagy a képminőséget javítjuk.

- alacsony kV érték alkalmazásának lehetőségei: hogyan csökkenthetjük a dózist és javíthatjuk a kontraszt-zaj arányt.

- gyors mintavételezésű (rapid) CT technikák: lehetővé téve az éber, levegő visszatartás nélküli gyermek vizsgálatok elvégzését, kevés mozgási műtermékkel.

Több energiás CT

Egy olyan technika, amivel a rtg-sugár csőfeszültségét manipuláljuk, hogy további diagnosztikai információt és/vagy dóziscsökkenést érjünk el. Két típusa: a dual energy CT és az alacsony kV képalkotás.

Dual Energy CT (DECT) - fizika röviden

A rtg-sugár és az anyag kölcsönhatásai közül képalkotás szempontjából a Compton-szóródásnak és a fotoelektromos abszorpciónak van jelentősége. Fotoelektromos abszorpció esetén a rtg foton a kölcsönhatás során átadja az energiáját az anyagnak és elnyelődik. A fotoelektromos abszorpció az adott anyagra jellemző K csúcsnál valószínűbb. Magas atomszámú anyagokban (pl. jód, Ca) nagyobb az ilyen típusú kölcsönhatás kialakulása, ha alacsony kVp értéket használunk, mert a gerjesztett fotonenergiája a K csúcs közelébe esik.

A szóródás részleges energiaátadást jelent, a foton alacsonyabb energiával, megváltozott haladási iránnyal folytatja útját egy újabb kölcsönhatásig.

Dual energy CT-nél a rtg-sugárzás elnyelődését két energiaszinten mérik, így akár anyagi összetételre következtethetünk.

Dual energy CT - hardver konfigurációk röviden

Dual source (Siemens): két rtg cső - detektor egymásra merőleges helyzetben, eltérő kV értéken működtetve. AEC lehetséges.

Gyors kV kapcsolás (GE): egy rtg cső és detektor, leképezés közbeni átkapcsolással, nincs AEC.

Szendvics detektor (Philips): egymás alatt egy alacsony és magas energiát elnyelő detektor, egy rtg cső. AEC lehetséges. Csak 120, vagy 140 kV-on működtethető.

Dual scan (Toshiba): egy rtg cső és detektor, kétszeri leképezés egy 135 és egy 80 kV értéken. Téves regisztrálás előfordulhat.

Twin beam (Siemens): Egy rtg cső és egy detektor. A behelyezett vékony arany filter alkalmazásával kettéhasított rtg-sugár jön létre a z tengely mentén, szimultán 80 és 140 kV csőfeszültség érhető el.

Virtuális natív képalkotás:

Elve: különböző elnyelődési spektrum szerezhető magas és alacsony csőfeszültségnél, a kontrasztanyag jódtartalmát kihasználva. A jódkomponens kivonásával virtuális natív képek (VNC) készíthetők.

Előnye: sugárdózis csökkenés érhető el azokban az esetekben, ahol alapvetően szükséges a natív fázis, de a VNC alkalmazásával nem kell elkészíteni (ct urográfia, vesetumor értékelés…) Különféle technikai fejlesztéseknek köszönhetően a képminőség pedig nem rosszabb, mint a valódi natív sorozatok esetén.

Virtuális monokromatikus képalkotás

Elve: magas és alacsony kVp adatok extrapolálásával létrehozható egy olyan megjelenés, mintha különféle, monokromatikus keV értékkel készült volna a kép.

Előnye: a magasabb virtuális fotonenergia (140-195 keV) keményebb sugarat szimulál, ami segít a fém műtermékek redukálásához. Az alacsonyabb virtuális fotonenergia pedig a jódos kontrasztanyag megjelenését fokozza. Ezen kívül a szimulált alacsony energia (40 keV) miatt kialakult magasabb zajszintet mérsékelni lehet, alacsonyabb zajjal járó magas energia használatával (Mono+, Siemens).

A DECT további felhasználási lehetőségei:

Vesekő összetételére következtethetünk, perfúziós vértérfogat képeket hozhatunk létre, tüdőinfarktus detektálható. Lehetőség van például CTA vizsgálatoknál virtuális csonteltávolításra is.

Példa: Egy polikromatikus DECT képen a kétoldali pulmonalis embolia jól azonosítható, de monokromatikus, 40 keV-es rekonstrukción sokkal egyértelműbbé válik a telődési kiesés. Mindehhez elég volt 20 ml kontrasztanyag (74%-kal kevesebb, mint a testsúly alapú mennyiség választás esetén). A perfúziós vértérfogat (PBV) képen pedig láthatóvá válik a perifériás ék alakú perfúziós hiány, az infarktusnak megfelelően. A PBV képalkotással lehetőségünk nyílik a tüdőinfarktust az atelectasiától, vagy tüdőgyulladástól differenciálni. DECT használatakor kevesebb kontrasztanyag mennyiség is elegendő, hiszen a monokromatikus képekkel a kontraszthatás fokozható.  Ezen kívül PBV képalkotással lehetőség nyílik a pulmonalis AVM-ket jobb hatásfokkal ábrázolni és több gócot azonosítani, mint a hagyományos CT sorozatokon.

Alacsony kV képalkotás

Elve: a csőfeszültség (kV) hatással van a rtg-sugár átlagos fotonenergiájára és foton intenzitására. Az átlagos fotonenergia pedig befolyásolja a szóródást és fotoelektromos abszorpciót. A kVp értéke a legtöbb forgalomban lévő gép esetén 80-140 közötti tartományba esik. Az automatikus csőfeszültség moduláció az újabb berendezéseknél már egy alapvető opció.

Az alacsony kV képalkotáshoz több szempontot érdemes szem előtt tartani, az egyik a beteg testalkata, ideálisabb kisméretű betegeknél alkalmazni. A kisebb energiájú fotonok a kisebb rétegvastagságnál nem nyelődnek el a testben, hanem kellő mennyiségű eljut a detektorhoz, végeredményben képminőség változást nem érzékelünk. Emellett olyan indikációnál célszerű használni, ahol fokozni szeretnénk a kontraszthatást, például angiográfiák esetén, ilyenkor a kontrasztanyagban lévő jód K csúcsához közelebb eső fotonenergiát biztosítunk, fotoelektromos abszorpció valószínűsége nagyobb lesz, kisebb lesz a szóródás.

Előnyök-hátrányok:

- alacsonyabb sugárdózis: alacsonyabb csőfeszültség csökkenti az átlagos rtg-sugár fotonenergiáját és foton intenzitását is. A sugárdózis megközelítőleg négyzetesen arányos a csőfeszültséggel (míg a csőáram lineárisan).  Az AEC technika segít növelni a mA értéket alacsony kV leképezésnél, hogy diagnosztikailag megfelelő képminőség jöjjön létre.

- magasabb kontraszt-zaj arány (CNR): CNR növekszik alacsony kVp értéknél a jód magasabb elnyelődése miatt. Magas kontrasztot igénylő indikációkban (pl. érrendszer, léziók halmozása, tüdő, csont) a képek diagnosztikus értékűek maradnak alacsony kV használata mellett, hiába növekszik a zaj. Kevesebb jódtartalmú kontrasztmennyiség szükséges, ez hasznos a vese védelme és vénás megterhelés elkerülése miatt.

A megnövekedett zaj, ami az alacsony kVp használat miatt alakul ki, csökkenthető, például iteratív rekonstrukció, vagy kompenzatórikusan megemelt csőáram használatával. Gyermek vizsgálatoknál a kisebb kVp-ből eredő zajosság nem zavaró, kisebb mértékű, mint felnőtteknél (kisebb rétegvastagság). Ezen kívül lehet automatikusan, vagy manuálisan kV értéket választani, hogy egy elfogadható képminőség maradjon az egyes betegek vizsgálatakor.

-alacsony csőfeszültséggel végzett vizsgálatnál csökkenhet a diagnosztikai minőség az alacsonyabb kontrasztú elváltozások karakterizálásához (pl. nem halmozó lágyrészképlet, apró hypovascularisalt májgóc). Ritkán, de előfordulhat, hogy növeli a fémes csík műtermékeket. Megváltoztatja a CT elnyelődési értékeket, éppen ezért fontos, hogy mindig ugyanazt a kV értéket használjuk, amikor vese léziókat vizsgálunk.

Milyen dózisszintet célozzunk meg?

A cél, hogy a diagnosztikai referencia tartományon (DRR) belüli dózisértéket kapjunk az egyes vizsgálatoknál. A cél az interquartilis tartományon belül maradni (25-75 percentilis között), ehhez a dózisadatokat 6 jelentős amerikai gyermekkórházban gyűjtötték. Ha a sugárdózis több mint a 75. percentilis, akkor feltételezhetően túlzottan magas dózis leadása történt, ami azonnali felülvizsgálatot igényel. Ha a sugárdózis kevesebb, mint 25. percentilis, akkor a nem diagnosztikus értékű képek valószínűsége növekszik az aluldozírozás miatt.

Rapid CT

Csecsemők és kisgyermekek vizsgálata esetén mindig nehézség a kooperáció elérése. A beteg mozgása és a légzőmozgások műtermékeket okoznak, ami rontja a diagnosztikai minőséget, különösen mellkas CT vizsgálatnál kell ezzel számolni. A szedáció jó lehetőség, de kockázattal jár és szervezési kihívások elé is állítja a csapatot.  A gyors mintavételezésű CT használat egy lehetséges opció, hogy leküzdjük ezeket a nehézségeket, és éber, légzés közbeni felvételezés történjen egy nyugtalan betegről is.

Ultra magas pitch (UHP) képalkotás

A pitch-nek nevezzük röviden az egy fordulat alatti ágymozgás és a kollimált sugárvastagság hányadosát. Pitch értékről spirál üzemmódú leképezésnél beszélünk. Ha a pitch kisebb, mint 1, akkor átfedésben történik a leképezés, túlmintavételezés történik. Ha a pitch nagyobb, mint 1, akkor nincs átfedés a leképezés során a szeletek között. Single-source CT esetén a pitch 1,5 körüli beállítása szükséges, e fölötti értéknél már mintavételezési rések és rekonstrukciós műtermékek keletkeznek.

A dual source CT gépeknél geometriai előny származik a két derékszögben lévő, röntgencső-detektor elrendezésből, ami csökkenti a mintavételezési réseket és lehetővé teszi, hogy a pitch-et megemeljük 3,2-3,4 közé. Ezzel elérhető egy gyors asztalmozgás, kevés mozgási műtermékkel. Egy teljes gyermek mellkas CT vizsgálat 0,5 másodperc alatt elkészül. Az adaptív sugárkollimálási technika lehetővé teszi a dózis semlegességet, azaz a pitch változatása nem befolyásolja a dózis nagyságát, a hagyományos CT készülékek pitch módosításaihoz képest. Mindezt kombinálhatjuk az alacsony kV érték beállításával, ami végeredményben igen alacsony sugárdózist eredményez. A technikával diagnosztikai minőségű képek és 3D rekonstrukciók készíthetők szedáció nélkül.

A DECT és UHP módok között választhatunk, melyiket alkalmazzuk egy-egy vizsgálatnál.

Széles detektorterületű CT

A 320 soros detektor elrendezéssel (Toshiba Aquilion ONE) lehetőség nyílik az egy gantry forgás alatti (0,35 sec) nagy látómező (z-tengely: 16 cm) szkennelésére, mindezt asztalmozgás nélkül. Ilyen esetekben a szekvenciális (jobban, mint a spirál) leképezés csökkenti a geometriai elégtelenségeket és alacsonyabb sugárdózissal jár. Nagyobb anatómiai régiónál a leképezés történhet szekvenciálisan, vagy átkapcsolhatunk spirál üzemmódra (kevesebb detektort használva).  A szekvenciális széles leképezés érzékenyebb a mozgási műtermékekre, az asztal léptetéséből adódó időtartam miatt.

Összegzés

Miért hasznos a DECT gyermek vizsgálatoknál?

A VNC képek alkalmazásával csökken a sugárdózis többfázisú szkennelés esetén is. Javul a képminőség az anyagösszetételi kivonási lehetőségek miatt (fémes műtermék csökkentése).

Miért használjunk alacsony kV-ot gyermek vizsgálatoknál?

A sugárdózis csökken és javul a CNR (lehetővé válik kevesebb kontrasztanyag mennyiség adása is).

Miért használjunk gyors mintavételezésű CT technikákat rövid leképezési idővel?

A mozgási műtermékek csökkenése miatt, illetve nem igényel légzésvisszatartást, így egy nyugtalan csecsemő, vagy gyermek vizsgálata is könnyedén elvégezhető.

Referálta:

Oláh Enikő

képalkotó diagnosztikai analitikus

Debreceni Egyetem Kenézy Gyula Egyetemi Kórház

Központi Radiológia Diagnosztika