Radiační zátěž oční čočky z CT části PET/CT vyšetření a možnosti jejího snížení

Overview

Úvod:
PET/CT vyšetření má v dnešní době nezastupitelnou úlohu u onkologických onemocnění. ICRP v dokumentu Statement on Tissue Reactions ref 4825-3093-1464 navrhuje nový práh absorbované dávky v oční čočce pro vznik radiačně indukované katarakty ve výši 500 mGy. V současné klinické praxi (zvláště při opakovaných CT vyšetřeních v oblasti hlavy) již není tak obtížné této hodnoty dosáhnout. Cílem práce je poskytnout informace o radiační zátěži oční čočky z CT části PET/CT vyšetření a možnostech jejího snížení.

Materiál a metoda:
Byla provedena analýza radiační zátěže oční čočky pacientů vyšetřovaných na pracovišti PET/CT Kliniky nukleární medicíny Fakultní nemocnice Olomouc. Absorbovaná dávka v oční čočce byla určena pro PET/CT vyšetření trupu, mozku, celotělové vyšetření a CT sloužící ke korekci na zeslabení. Pro vyšetření trupu a celotělové vyšetření včetně hlavy bylo k analýze použito vždy osmi pacientských studií. Pro vyšetření mozku a CT pro korekci na zeslabení pouze jedna studie pro každý případ.

Výsledky:
Programem ImPACT vypočtená absorbovaná dávka v oční čočce při vyšetření trupu byla 6 mGy,při celotělovém vyšetření 3,7 mGy, při vyšetření mozku 49 mGy a při korekci na zeslabení záření 1,4 mGy.

Závěr:
Námi vypočtené hodnoty jsou v souladu s literárními údaji. Nejvyšší radiační zátěž oční čočky je při vyšetření mozku. Stejně jako v ostatních případech je však hluboko pod prahovou dávkou pro vznik radiačně indukovaných poškození oční čočky.

Klíčová slova:
PET/CT, radiační zátěž, oční čočka

Úvod

PET/CT vyšetření má v dnešní době nezastupitelnou úlohu v diagnostice, stážování a kontrole účinnosti léčby onkologických onemocnění. Nedílnou součástí všech vyšetření prováděných na moderních PET/CT přístrojích je CT, které doplňuje funkční informaci získanou s pomocí radiofarmaka o anatomické informace a rovněž slouží k provedení nezbytné korekce na zeslabení. Nejčastěji je na PET/CT vyšetřována oblast od baze lební po proximální třetinu stehen. Výjimkou však nejsou ani celotělová vyšetření nebo vyšetření zaměřená pouze na oblast mozku. Při všech uvedených variantách PET/CT jsou určitou měrou ozařovány oči a také oční čočka.

V dubnu 2011 byl Mezinárodní komisí pro radiační ochranu (ICRP) schválen k vydání dokument ICRP ref 4825-3093-1464 ^₁. ICRP v tomto dokumentu na základě nedávných epidemiologických studií navrhuje nový práh absorbované dávky v oční čočce pro vznik radiačně indukované katarakty ve výši 500 mGy. Na rozdíl od dříve předpokládaných prahových dávek nutných ke vzniku radiačně indukovaného zákalu oční čočky, které byly 1,5 – 2 Gy pro jednorázové ozáření řídce ionizujícím zářením a 4 – 6 Gy při dlouhodobé expozici ², již není tak obtížné této hodnoty v klinické praxi (zvláště při opakovaných CT vyšetřeních v oblasti hlavy) dosáhnout.

Cílem práce tedy bylo poskytnout informace o radiační zátěži oční čočky z CT části PET/CT vyšetření a možnostech jejího snížení. Rovněž byla provedena analýza radiační zátěže oční čočky pacientů vyšetřovaných na pracovišti PET/CT Kliniky nukleární medicíny Fakultní nemocnice Olomouc.

Materiál a metoda

K výpočtu radiační zátěže oční čočky z CT části PET/CT vyšetření na Klinice nukleární medicíny Fakultní nemocnice Olomouc byly použity reálné expoziční parametry. Uvažovány byly následující varianty PET/CT vyšetření: trup, mozek, celotělové vyšetření včetně hlavy a CT hlavy pouze pro korekci na zeslabení PET. Vzhledem k tomu, že je vždy (kromě vyšetření mozku samotného a CT pro korekci na zeslabení) používán systém automatické modulace proudu rentgenky a dávkový protokol z vyšetření obsahuje pouze průměrnou hodnotu elektrického množství z celého vyšetření, byly informace o nastaveném proudu získány analýzou jednotlivých řezů v následujícím rozsahu:

• trup – baze lební až poslední řez obsahující hlavici pažní kosti (pacient s rukama za hlavou),
• celotělové vyšetření včetně hlavy – temeno hlavy až poslední řez obsahující dolní čelist.

Výše uvedený rozsah byl volen s ohledem na vlastnosti programu ImPact verze 1.0.4 (Impact, London, England), který byl použit pro výpočty absorbovaných dávek v oční čočce a ve kterém jsou zahrnuty příspěvky dávky z přesahu svazku a polostínu ³. Pro vyšetření trupu a celotělové vyšetření včetně hlavy bylo k analýze použito vždy osmi pacientských studií. Pro vyšetření mozku a CT pro korekci na zeslabení byla použita pouze jedna studie pro každý případ, protože není využíván systém automatické modulace proudu rentgenky.

Výsledky

Průměrné hodnoty expozičních parametrů a z nich vyplývající absorbované dávky v oční čočce jsou uvedeny v tabulce 1.

Vzhledem k tomu, že ve většině citovaných prací autoři radiační zátěž oční čočky přímo měřili s použitím různých typů detektorů, je v textu jednotně používána absorbovaná dávka (D) v oční čočce vyjádřená v mGy. Tato jednotka je použita i pro případy, kdy byla radiační zátěž vypočítána pomocí softwarových nástrojů s použitím radiačního váhového faktoru a terminologicky by bylo správnější uvádět výsledky v mSv, neboť se jedná o ekvivalentní dávku (H_t). Číselná záměna absorbované dávky v mGy za ekvivalentní dávku v mSv je v tomto konkrétním případě možná, protože lze očekávat homogenní distribuci absorbované dávky v oční čočce a radiační váhový faktor wR pro fotonové svazky je roven jedné. Ze vztahu pro výpočet ekvivalentní dávky

H_t = Dt.wR ,

kde Dt je střední absorbovaná dávka v oční čočce (která je díky homogennímu ozáření rovna absorbované dávce) dostáváme

H_t = Dt .

Diskuse

Snahy o snížení radiační zátěže pacientů z CT vyšetření (oční čočku nevyjímaje) se objevují již několik desetiletí a souvisí především s velkým nárůstem podílu dávky z CT vyšetření na celkové kolektivní efektivní dávce ve vyspělých zemích světa. Rehani a Berry ⁴ uvádějí, že téměř 50 % kolektivní efektivní dávky ze všech rentgenových vyšetření je způsobeno CT přístroji. Zpráva ICRP ⁵ uvádí, že zatímco CT vyšetření ve Velké Británii v roce 1989 představovala pouze 2 % ze všech rentgenových vyšetření a přispívala 20 % k celkové kolektivní efektivní dávce, v roce 1998 byl již příspěvek ke kolektivní dávce z CT vyšetření na úrovni 40 %.

U samostatných CT vyšetření je absorbovaná dávka v oční čočce významná pouze při CT hlavy a krku. Z nejběžněji prováděných vyšetření sem spadají především vyšetření mozku a paranazálních dutin. V závislosti na indikaci se vyšetření stejné oblasti liší v expozičních parametrech i rozsahu skenu a rozdílná je tudíž i radiační zátěž oční čočky. Zammit-Maempel a kol. ⁶ uvádějí absorbovanou dávku v oční čočce v rozmezí 15,8 až 49,5 mGy v závislosti na volbě expozičních parametrů a způsobu skenování. Údaje byly naměřeny pomocí antropomorfního fantomu a TLD dozimetrie. Bassim a kol. ⁷ naměřili při stejném vyšetření jako Zammit-Maempel a kol. s použitím TLD dozimetrů umísťovaných na hlavy kadaverů absorbované dávky v oční čočce průměrně 29,5 mGy. Při akvizici byl použit systém automatické modulace proudu rentgenky. Conhen a kol. ⁸ s pomocí TLD dozimetrů a antropomorfického fantomu a použitím standardních, angiografických a perfuzních CT protokolů naměřili absorbovanou dávku v oční čočce v rozmezí 5,4 – 35,7 mGy. Velké rozmezí naměřených hodnot je dáno rozdílným rozsahem vyšetření a umístěním skenovaného pole u jednotlivých protokolů. Tan a kol. ⁹ srovnávali radiační zátěž oční čočky z 16- a 64-slice CT pomocí TLD dozimetrie a hlav z kadaveru. Pro oba přístroje byly použity maximálně identické hodnoty expozičních parametrů. Při použití systému automatické modulace proudu u obou přístrojů bylo v helikálním módu dosaženo průměrné absorbované dávky v oční čočce 82,16 mGy (16-slice) a 47,18 mGy (64-slice). Tento téměř 50 % rozdíl je zřejmě dán přídatným filtrem pro vyšetření hlavy, menším polostínem a pokročilejší technologií automatické modulace proudu u 64-slice CT. Jaffe a kol. ¹⁰ porovnali radiační zátěž oční čočky pomocí antropomorfního fantomu a MOSFET dozimetrů pro osm CT skenerů 1-slice CT počínaje a 64-slice konče. Naměřené hodnoty absorbované dávky v oční čočce byly v rozmezí 25,1 mGy – 35,2 mGy. U jednoho z CT skenerů však byla naměřena absorbovaná dávka až 50,3 mGy. Bylo to dáno tím, že tento neumožňoval sklonit gantry v úhlu, který je na pracovišti rutinně používán pro vyšetření mozku a vyšetření tedy proběhlo v helikálním módu (na rozdíl od axiálního módu u ostatních přístrojů).

Speciálně na dětské pacienty je zaměřena práce Michel a kol. ¹¹, do níž autoři zařadili dětské pacienty, kteří byli před desátým rokem věku vyšetřováni na CT kvůli cholesteatomu středního ucha. Sebrané informace od 32 pacientů léčených v období 1990 – 2005 posloužili k výpočtům radiační zátěže. Autoři celkově analyzovali 76 CT vyšetření hlavy (průměrně tedy 3 CT na pacienta). Zjištěná průměrná radiační zátěž oční čočky na jedno CT vyšetření v této skupině pacientů byla 60 mGy. Autoři srovnávají vypočtenou hodnotu 180 mGy v oční čočce při uvážení průměrné hodnoty 3 CT na pacienta s hodnotami absorbovaných dávek, které v různých studiích vedly k prokazatelnému zvýšení výskytu radiačně indukovaných poškození oční čočky. Příkladem může být práce Halla a kol. ¹², kde byl v pozdějším věku zjištěn zvýšený výskyt postižení oční čočky u pacientů ozářených v rámci léčby obličejového hemangiomu v dětském věku vůči skupině neozářených pacientů s tímtéž onemocněním. Absorbovaná dávka v oční čočce se pohybovala na úrovni 400 mGy a poškození vykazovalo 37 % ozářených vůči 20 % neozářených pacientů.

Rehani a kol.¹³ ve své práci uvádějí, že na základě epidemiologických studií skupin pracovníků provádějících zásah po havárii Černobylské elektrárny a přeživších ozářených z atomových výbuchů může dávkový práh pro vznik postižení oční čočky ležet v rozmezí 100 – 700 mGy. Vzhledem ke všem výše uvedeným hodnotám a poměrně častému opakování CT vyšetření s určitým časovým odstupem jsou dávky v oční čočce pacientů velmi často právě v tomto rozmezí.

Literární informace o radiační zátěži oční čočky z aplikace ¹⁸F-FDG se omezují na konstatování, že toto radiofarmakum do oka nepřechází. Proto nejsou pro oční čočku a toto radiofarmakum stanoveny koeficienty pro výpočet absorbované dávky (mGy.MBq^-1).

Možnosti snížení radiační zátěže oční čočky při CT vyšetření hlavy

Základní možností snížení radiační zátěže oční čočky je správná indikace. Dále je vhodné pacienty vyšetřovat pomocí magnetické rezonance. U těchto vyšetření sice odpadá riziko postižení v důsledku ozáření, nicméně vyžaduje dobrou spolupráci pacienta, neboť je časově náročnější. Pokud je nutné provést vyšetření na CT, a to jak u dětí, tak u dospělých, existuje v zásadě několik málo možností, jak radiační zátěž snížit. Patří sem:

• přizpůsobení kvality obrazu požadovanému účelu vyšetření (převážně snížením mAs),
• sklon gantry tak, aby se oči nacházely mimo primární svazek,
• omezení ozářené oblasti tak, aby se oči nenacházely v primárním svazku,
• použití bismutových stínění,
• použití iterativní rekonstrukce.

První možnost je nastíněna v práci autorů Chiewvita a kol. ¹⁴. V tomto případě bylo požadavkem zachovat dobré rozlišení mezi šedou a bílou hmotou (i při výrazném snížení kvality obrazu). Postupným snižováním proudu rentgenky dosáhli autoři snížení průměrné absorbované dávky z 51,3 mGy až na 29,0 mGy při zachování požadované diagnostické informace.

Druhá metoda je velmi známá a nejčastěji používaná ve vyšetřovacích protokolech pro CT mozku. Gantry je skloněna paralelně s orbitomeatální linií. Niu a kol. ¹⁵ ukázali, že tímto způsobem lze snížit radiační zátěž oční čočky až o 74 %. Téměř stejný výsledek byl již dříve publikován v práci Tana a kol. ⁹. Zde bylo naměřeno snížení radiační zátěže až o 81 %. Celá řada moderních multislice CT přístrojů však neumožňuje sklápět gantry do požadovaného úhlu kvůli problémům s rekonstrukcí při helikálním módu skenování. Toto je možné obejít tak, že se pacientovi vhodně podloží hlava a přitáhne se tak brada k hrudníku. Takto je dosaženo obdobných výsledků jako při sklápění gantry ^{9, 10}.

Omezení ozářené oblasti tak, aby oči nebyly zasaženy primárním svazkem, je vůbec nejuváděnější a nejúčinnější způsob snížení absorbované dávky v oční čočce. Naklápění gantry nebo přitažení brady pacienta k hrudníku lze rovněž chápat jako jednu z možností, jak omezit ozářenou oblast. Tuto metodu ale nelze použít vždy. Například dvouzdrojové CT, CT s více než 200 řadami detektorů nebo PET/CT nedovolují gantry naklonit. Skutečné omezení ozářené oblasti je v těchto případech zvláště důležité. Uživatelé však nutně narazí na jednu z vlastností multislice CT. Aby systém dokázal zrekonstruovat celou skenovanou oblast, požaduje získat určitý objem dat před začátkem a po konci skenovaného objemu (angl. termín overranging) ³. Pro správnou rekonstrukci je zpravidla vyžadována půlotáčka systému před a za skenovaným objemem, což může být vzhledem k celkové šířce svazků dnes běžných CT poměrně velká oblast. Výrobci CT systémů se různými způsoby snaží snižovat ozáření pacientů v důsledku přesahů skenu. Jednou z možností je použití dynamických kolimátorů, které na začátku a konci skenu omezují šířku svazku a tím snižují celkový přesah. Další možností je omezování počtu řezů použitelných při helikálním skenování. V neposlední řadě jsou to samozřejmě systémy automatické modulace proudu snižující celkovou radiační zátěž z CT vyšetření (včetně dávky způsobené přesahem). K omezení přesahu a s ním spojené radiační zátěže (např. očí u PET/CT trupu) však může přispět i uživatel. Z principu funkce spirálních CT vyplývá, že vyšší přesah nastává při použití vyšších hodnot pitch faktoru a širší kolimace. Při zmenšování přesahu je však třeba uvážit ještě další okolnosti vyšetření. Například to, že při použití nižšího pitch faktoru bude vyšetření trvat delší dobu a mohou se více projevit pohybové artefakty. Užší kolimace svazku nezvyšuje u multislice CT radiační zátěž pacienta (pokud je zachován konstantní proud), ale získané obrazy vykazují vyšší hladinu šumu. Toto lze obejít rekonstrukcí širších řezů. Nevýhodou použití užší kolimace je prodloužení času nutného k vyšetření celé zájmové oblasti, protože na stejnou délku oblasti je potřeba většího počtu rotací systému. Navíc, pokud je kolimace příliš úzká, roste poměr mezi šířkou polostínu a užitečným svazkem a klesá tedy účinnost využití dávky. Dále je zřejmé, že poměr dávky z přesahu svazku k užitečné dávce, která nese diagnostickou informaci, bude tím vyšší, čím kratší je skenovaná oblast. Pro uživatele je tedy velmi obtížné představit si, jak velká bude oblast přesahu a jak má nastavit rozsah skenu, aby se vyhnul kritickým strukturám. Proto například německá SSK (Strahlenschutzkommission) ve svém doporučení ¹⁶ upozorňuje výrobce, že na jejich přístrojích musí být dostupné technické prostředky zabraňující zbytečným přesahům a během přípravy vyšetření by měl být uživateli na topogramu zobrazen aktuální rozsah skenu včetně přesahu svazku a polostínů.

Použití bismutových stínění na oči při CT vyšetření je další možností, jak dosáhnout nižší radiační zátěže oční čočky. Účinnost těchto stínících pomůcek velmi záleží na způsobu jejich použití a skenovacím protokolu. McLaughlin a Mooney ¹⁷ na základě TLD dozimetrie přímo na pacientech s použitím komerčně dostupného stínění očí zjistili 18% snížení absorbované dávky v oční čočce. Tato hodnota je výrazně nižší než výrobci deklarovaných 40 %. Autoři to vysvětlují tím, že rutinně používají sklápění gantry a oční čočky jsou tedy vystaveny především rozptýlenému záření. Na základě vlastních měření docházejí k poznatku, že primárním způsobem ochrany očí musí být sklápění gantry (případně sklon hlavy pacienta). Tímto způsobem lze snížit dávku bez dodatečných nákladů a výrazně více než s použitím stínění. Mukundan a kol. ¹⁸ s pomocí MOSFET dozimetrie a dětského antropomorfního fantomu změřili s použitím bismutového stínění průměrně o 35 % nižší dávku v oční čočce pro helikální způsob skenování a o 28 % pro axiální způsob skenování. Autoři doporučují používat stínění ve všech případech, kdy není možné oblast očí z vyšetření vynechat. Raissaki a kol. ¹⁹, přestože je jejich práce zaměřena především na možnost vzniku artefaktů způsobených bismutovým stíněním, dochází k obdobným závěrům jako výše uvedené práce. Primárním a nejúčinnějším způsobem ochrany oční čočky je sklon gantry nebo hlavy pacienta a sekvenční způsob skenování. Stínění poskytuje pouze doplňkovou ochranu oční čočky.

Poslední zmíněnou možností, jak snížit radiační zátěž pacienta z celého CT vyšetření, je použití iterativních rekonstrukčních metod. Tyto metody umožňují použít výrazně nižšího proudu rentgenky při zachování kvality CT obrazu. Práce Žižky a kol. ²⁰ prokazuje, že s použitím iterativní rekonstrukce je možné snížit radiační zátěž v oční čočce až o 33 % v porovnání s optimalizovaným protokolem pro vyšetření mozku, kdy je obraz rekonstruován filtrovanou zpětnou projekcí.

Možnosti snížení radiační zátěže oční čočky při PET/CT vyšetření

Z hlediska radiační zátěže je možné PET/CT vyšetření rozdělit do dvou částí a provádět kroky vedoucí ke snížení radiační zátěže pacienta zvlášť pro PET a CT část. Snížení radiační zátěže z PET části vyšetření je v zásadě možné pouze snížením aplikované aktivity. Aplikovanou aktivitu však lze snížit pouze částečně, aby nedošlo ke snížení kvality obrazu. Při aplikaci nižší aktivity je nutné prodloužit trvání jedné vyšetřovací pozice, což může narážet na celkovou délku vyšetření a průchodnost pacientů. Přílišné snížení aplikované aktivity není prodloužením trvání vyšetření kompenzovatelné a kvalita získaného obrazu je nevyhovující.

Pro radiační zátěž oční čočky je u PET/CT vyšetření důležitější optimalizace zobrazovacího procesu v CT části vyšetření. PET/CT vyšetření může být zaměřeno na následující oblasti: trup, mozek, celé tělo nebo limitovanou oblast (ve většině případů dostatečně vzdálenou od očí). Z hlediska výše uvedených možností snižování absorbované dávky v oční čočce je pro PET/CT vyšetření možné vyřadit možnost sklápění gantry. Samozřejmostí by mělo být používání automatické modulace proudu rentgenky.

Přizpůsobení kvality CT obrazu požadovanému účelu vyšetření lze aplikovat v situacích, kdy je k dispozici například magnetická rezonance mozku a CT bude použito pouze pro korekci na zeslabení. V tomto případě může být použitý proud rentgenky nastaven na nejnižší možný. Tam, kde je dostupná iterativní rekonstrukce CT obrazu, je snížení absorbované dávky v oční čočce dosaženo pomocí celkového snížení radiační zátěže pacienta redukcí proudu rentgenky.

Vzhledem k tomu, že nejčastěji prováděným vyšetřením je PET/CT trupu, je nejdůležitější možností omezení radiační zátěže oční čočky správné vymezení rozsahu vyšetření. Toto vyšetření probíhá v rozsahu od proximální třetiny stehen po bazi lební. Vzhledem k poloze pacienta na vyšetřovacím stole je rozsah na topogramu vyznačován po spodní okraj očnice nebo lépe po spodní okraj jařmového oblouku. K dalšímu snížení radiační zátěže oční čočky je možné provést mírný záklon hlavy. V jeho důsledku dojde ke zvětšení vzdálenosti mezi oční čočkou a primárním svazkem. Toto opatření však může narážet na schopnost pacienta vydržet bez pohybu po celou dobu vyšetření v pozici s mírně zakloněnou hlavou s rukama za hlavou. Vzhledem k nutnému přesahu skenu se oční čočka, i přes všechna opatření, vždy nachází v těsné blízkosti primárního svazku. Pro PET/CT vyšetření by tedy bylo možné uvažovat o používání bismutových stínění na oči. Na druhou stranu je nutné si uvědomit, že pro CT trupu je nastaven výrazně nižší proud rentgenky (minimálně poloviční) než pro samotné CT vyšetření mozku a je používán automatický systém modulace proudu rentgenky, který v oblastech s nižším zeslabením (než odpovídá zkušebnímu antropomorfnímu fantomu) nastavený proud dále snižuje.

Závěr

Hodnota absorbované dávky 49 mGy v oční čočce z CT části PET/CT vyšetření mozku vypočtená s použitím programu ImPACT je v souladu s hodnotami uváděnými v literatuře ^{15, 17, 20}. Vyšetření mozku prováděné na přístroji bez možnosti sklopení gantry nebo přitažení brady pacienta k hrudníku je pro oční čočku velmi zatěžující. Pokud je primární indikací PET/CT mozku, přichází pacient v naprosté většině případů s již provedeným vyšetřením pomocí MR a na PET/CT se provádí pouze CT pro korekci na zeslabení PET obrazu, který je následně fúzován s MR obrazem.

Hodnoty absorbovaných dávek v oční čočce pro PET/CT vyšetření trupu, celotělové vyšetření a CT pro korekci na zeslabení se pohybují v rozmezí 1,4 – 6 mGy. Tyto hodnoty jsou hluboko pod prahem vzniku radiačně indukovaného poškození oční čočky ¹. Přesto je nutné ozářenou oblast při vyšetřeních omezovat tak, aby oční čočka nebyla ozařována více, než je nezbytné. V případě vyšetření trupu a mozku musí být CT část vyšetření provedena tak, aby oči nebyly dvakrát zasaženy primárním svazkem rentgenového záření.

Adresa pro korespondenci:

Jaroslav Ptáček ^{1, 2, 3},

Pavel Koranda ²,

Iva Metelková ^{2, 3}

¹ Oddělení lékařské fyziky a radiační ochrany, Fakultní nemocnice Olomouc

² Klinika nukleární medicíny LF UP a Fakultní nemocnice Olomouc

3 Ústav zobrazovacích metod FZV UP Olomouc

jaroslav.ptacek@fnol.cz