USING MOBILE CT SCANNER IN A FIELD HOSPITAL SETTING TO MANAGE PATIENTS WITH COVID-19

Full Text

Потребность в формировании резервного коечного фонда при пандемии коронавирусной инфекции COVID-19 обусловлена высокой нагрузкой на городские больницы в Москве. Поэтому в непрофильных сооружениях – ледовые арены, торговые центры, выставочные павильоны, были организованы временные резервных госпитали для лечения пациентов с COVID-19. Это потребовало поиска решений, позволяющих обеспечить необходимый уровень диагностики и лечения [1]. Один из них был организован на базе ледового комплекса “Крылатское” (ГБУЗ “ГКБ №67 им. Л.А. Ворохобова ДЗМ”).

Методы лучевой диагностики, в частности компьютерная томография, рекомендованы для выявления признаков вирусной пневмонии, вызванной COVID-19, и дифференциальной диагностики с другими заболеваниями легких [2–4]. С учетом технических и временных ограничений, связанных с установкой стационарного компьютерного томографа (КТ) одним из решений, была установка мобильного КТ Airo TruCT (Stryker, США). Цель данной работы оценить эффективность применения мобильного КТ в условиях временного резервного госпиталя для лечения пациентов с коронавирусной инфекцией COVID-19.

Общие характеристики мобильного КТ. Мобильный КТ Airo TruCT, предназначен для применения в нейрохирургических операционных, однако производитель не исключает применение данного КТ в целях диагностики ургентной патологии других анатомических областей [5, 6]. Мобильный КТ Airo TruCT имеет компактный размер, что упрощает его монтаж и транспортировку. КТ-система состоит из передвижного основания, на которое установлена гентри с диаметром апертуры 107 см и 32 рядами детекторов, шириной 1 мм. Управление КТ осуществляется через проводную консоль (длина провода 5 м). Мобильный КТ нетребователен к параметрам источника питания и подключается в электрическую сеть мощностью 1,5 кВт, однако система блока питания позволяет проводить сканирование с параметрами 120 kV и 250 mA, что соответствует мощности 30 кВт.

Размещение и дозиметрия. Процедурная КТ кабинета располагается в приёмном отделении на 1-м этаже ЛК “Крылатское” (Рис. 1). Большой поток пациентов и нестандартное, «off-label» применение данного оборудования потребовало ряда технических решений:

• Для обеспечения радиационной безопасности рентгенлаборантов консоль управления КТ была выведена в комнату управления.
• Из-за отсутствия в комнате управления смотрового окна, была установлена видеосистема, позволяющая контролировать состояние пациента и ход выполнения исследования.
• В связи с отсутствием встроенных звуковых команд для задержки дыхания, связь с пациентов во время исследования была организована посредством портативных радиостанций Baofeng (Китай).

Рис. 1. Схема организации процедурной КТ и комнаты управления. Зона А – пространство павильона, зона Б – техническая зона, зона С – коридор. Зоны А, В, С – помещения без постоянного пребывания персонала

Расчет защиты от ионизирующего излучения в смежных помещениях выполнен в соответствии с Российскими требованиями к устройству и эксплуатации рентгеновских кабинетов с учетом особенности функционирования КТ Airo TruCT (во время сканирования происходит перемещение гентри томографа, при этом стол с пациентом находится в неподвижном состоянии). В качестве защиты в стационарных ограждающих конструкциях помещения используются листы рентгенозащитного гипсокартона фирмы Knauf (Ипхофен, Германия). Дозиметрический контроль на рабочих местах и в смежных помещениях и прилегающих территориях показал, что величины мощностей доз в измеряемых точках не превышают допустимых действующими нормативными документами (Рис. 1).

Технический контроль качества эксплуатационных параметров. Проведена стандартная оценка эксплуатационных параметров КТ системы согласно действующим руководствам [7–10]. Оценивались: общие механические характеристики оборудования; суммарная фильтрация; слой половинного ослабления; величина пульсации анодного напряжения; анодное напряжение; время экспозиции; линейность дозы излучения; повторяемость дозы излучения; параметры качества томографического изображения. По результатам проведенных испытаний КТ система соответствует эксплуатационным характеристикам и требованиям стандартов.

Клиническое применение. Во временный резервный госпиталь направлялись пациенты с легкой и средней степенью тяжестью течения COVID-19 [2], которым соответствовали объём поражения паренхимы лёгких КТ-1 и КТ-2, и требующие стационарного лечения и наблюдения. Всем пациентам, поступившим в приёмное отделение, проводилось КТ-исследование органов грудной клетки, исключением являлось наличие результатов недавно выполненного КТ-исследования (не более 4 дней). Распределение пациентов по степени тяжести при выполнении КТ в госпитале «Крылатское», для случайной выборки из 511 пациентов для КТ 1;2;3;4 составляла соответственно: 155 (30,8%); 202 (39,5%); 109 (20,9%) 34 (8,8%). КТ исследования с контрастным усилением не были предусмотрены ввиду значительных энергетических затрат и возможного перегрева рентгеновской трубки при мультифазном сканировании, также ограничением для данной методики была относительная длительность сканирования.

При наличии клинических показаний проводились КТ-исследования головного мозга и головы, органов брюшной полости и забрюшинного пространства, органов малого таза, позвоночника и конечностей. Несомненным преимуществом данной модели оказалась широкая апертура гентри (107 см).

Органы грудной клетки. Большая часть КТ-исследований была проведена с целью диагностики или динамического наблюдения вирусной пневмонии COVID-19. Указанные в таблице 1 параметры сканирования, позволили получить изображения достаточного качества для дифференциальной диагностики между вирусной пневмонией, кардиогенным отеком легких и бактериальной пневмонией. На рисунке 2 представлены результаты КТ-исследования пациентов с COVID-19-ассоциированной вирусной пневмонией.

Рис. 2. Аксиальные КТ-срезы органов грудной клетки в легочном окне. а – На КТ-срезе определяются полиморфные, преимущественно субплевральные участки уплотнения паренхимы лёгких по типу “матового стекла”, что соответствует КТ-картине вирусной пневмонии (в т.ч. COVID-19), тяжесть поражения КТ-1. б – На КТ-срезе определяются многочисленные, полиморфные участки уплотнения паренхимы по типу консолидации в сочетании участками “матового стекла”, тяжесть поражения КТ-3.

Длительное сканирование (15-25 сек), по сравнению со стационарными КТ (3-5 сек), не позволяла пациентам с дыхательной недостаточностью задерживать дыхание на всё время проведения исследования. Из-за этого на КТ-изображениях возникали артефакты движения (Рис. 3 а) и ступеньки (рис. 3 б): motion-, step-артефакты, вызванные дыхательными движениями грудной клетки (рис. 3).

Рис. 3. Аксиальный и сагиттальный КТ-срезы органов грудной полости в лёгочном окне. а, б – артефакты движения и ступеньки (motion-, step-артефакты, вызванные дыхательными движениями грудной клетки в момент сканирования.

            Выполнение исследования других областей. КТ-исследования головного мозга и костей черепа проводились с целью диагностики острого нарушения мозгового кровообращения, внутричерепных гематом, новообразований головного мозга и травматических повреждений костей черепа. Было отмечено, что КТ-изображения головного мозга сопровождаются артефактами различной природы: артефакты ветряной мельницы (windmill), комбинирующиеся с линейными артефактами (strike) и спирального сканирования (helical), артефактами [11], усиливающимся на основании черепа, где существенную роль также начинают играть артефакты, вызванными эффектом увеличения жесткости излучения (beam hardening) и рассеяния (scattering). В связи с чем оценка субтенториальных областей головного мозга была затруднительна.

КТ-исследование органов брюшной полости проводились с целью диагностики острой патологии брюшной полости, при подозрении на кишечную непроходимость, для выявления свободной жидкости или газа. При исследовании органов брюшной полости также выявлялись артефакты на границе сред со значительными различиями в плотности. Однако, проведение сканирования с рекомендованными параметрами позволяло получать изображения достаточного качества для диагностики патологии органов брюшной полости и забрюшинного пространства.

Оценка эффективности применения мобильного КТ. C начала работы госпиталя (11 августа 2020 года) по 31 января 2021 года во временном резервном госпитале было проведено 6264 КТ-исследований. Распределение по исследованиям следующее: органы грудной полости 6126 исследований (97,80%), головной мозг – 98 (1,56%), органы брюшной полости – 31 (0,49%), другое – 9 (0,14%). Средняя лучевая нагрузка при КТ-исследовании ОГК составила 3,22 мЗв, при ГМ – 2,49 мЗв, при ОБП – 8,46 мЗв.

Для оценки эффективности применения КТ рассчитывался параметр загрузки, равный отношению среднего числа исследований в день к их нормативному значению для Москвы (41 исследование в сутки для трехсменного режима работы) в среднем выполнялось 44 исследования в сутки при трехсменном режиме работы (от 14 исследований на начальном этапе работы временного госпиталя до 110 исследований и более в сутки при наибольшем потоке госпитализаций), это составило 106% от рекомендованной загрузки. Сравнение использования мобильного КТ Airo TruCT со стационарными КТ модели Aquilion Prime либо Revolution EVO показало сопоставимые уровни загрузки, для данных стационарных КТ в двух медицинских организация составила в среднем 113%. Как было отмечено выше, исследования с контрастным усилением не проводились.

Указанная загрузка демонстрирует высокую эффективность применения данного оборудования, обосновывает целесообразность использования мобильного КТ во временных госпиталях. Однако при интенсивной работе мобильного КТ наблюдалось появление технических ошибок, что впоследствии могло привести к остановке работы оборудования для ремонта. Чтобы продлить время работы мобильного КТ и избежать возникновения технических проблем производитель рекомендует проводить не более 6 исследования в час.

Пандемия коронавирусной инфекции COVID-19 подняла вопросы касающиеся организации помощи пациентам в условиях стационаров: увеличение коечного фонда, организация временных госпиталей и материально-техническое обеспечения этих решений [12]. Одним из решений для обеспечения доступности КТ-исследований во временных госпиталях является оснащение и применение мобильных компактных компьютерных томографов. В данной работе обобщен опыт применения мобильного КТ Airo TruCT. Преимущества данного КТ сканера позволили в короткие сроки выполнить проектирование помещения для размещения томографа КТ и оперативно ввести в эксплуатацию данное оборудование.

Мобильный КТ позволил регистрировать КТ-изображения ОГК приемлемого, для диагностики вирусной пневмонии, качества, а пропускная способность в форсированном режиме обеспечила доступность КТ-исследований для временного госпиталя на 1300 коек. Данное решение отличается от модульных и мобильных КТ, развернутых на трейлерах [13]. Основное различие – иной тип применяемого КТ.

Между тем, был отмечен ряд ограничений, позволяющий рассматривать инсталляцию мобильного КТ в текущей модификации как вынужденное решение. Медленная скорость сканирования по сравнению со стационарными КТ-сканерами приводит к возникновению артефактов от движений.

Для уменьшения количества артефактов от дыхательных движений было предложено проводить КТ-сканирование органов грудной клетки в каудокраниальном направлении[14]. В рассмотренном в данном статье примере использования Airo TruCT это было невозможно из-за особенностей планировки процедурной комнаты (ограничение движения гентри томографа, вызванное недостаточной длиной провода консоли управления). Проблема была решена путём отсроченной команды на задержку дыхания, примерно через 3-4 секунды после начала сканирования. Несмотря на то, что на КТ-изображениях в апикальных сегментах лёгких отмечались артефакты движения и ступеньки, но при этом базальные отделы были визуализировались оптимально. Это важно поскольку участки уплотнения паренхимы лёгких по типу “матового стекла” или консолидации при вирусной пневмонии, вызванной коронавирусной инфекций COVID-19, располагаются именно в дорсальных отделах нижних долей [15]. Однако, выявленное значительное количество артефактов, требует разработки дополнительных алгоритмов сканирования, реконструкции и постобработки, а также оптимизацию параметров сканирования [16].

Применение мобильного КТ может быть эффективно в медицинских учреждениях, где невозможно установить стационарный компьютерный томограф или где основной компьютерный томограф вышел из строя. Мобильные КТ могут быть использованы в удаленных населенных пунктах и при развертывании временных мобильных госпиталей для ликвидации последствий ЧС. Также применение мобильных КТ может открыть новые возможность для проведения научных исследований. Например, мобильный КТ, о котором шла речь в данной публикации, применялся в научном исследовании о влиянии новой короновирусной инфекции COVID-19 на сердечно-сосудистую систему [17].

Таким образом, применение мобильного КТ Airo TruCT обеспечило необходимую диагностическую эффективность при проведении исследований органов грудной клетки, головного мозга, а также органов брюшной полости и забрюшинного пространства в условиях временного госпиталя для лечения пациентов с COVID-19.

About the authors

Nikita D. Kudryavtsev

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of the Moscow Health Care Department

Author for correspondence.
Email: n.kudryavtsev@npcmr.ru
ORCID iD: 0000-0003-4203-0630
SPIN-code: 1125-8637
Scopus Author ID: 57213148303
ResearcherId: AAG-1869-2020

младший научный сотрудник отдела инновационных технологий

Russian Federation, 24, build. 1, Petrovka st., Moscow,127051

Alexey V. Petraikin

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies

Email: alexeypetraikin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1694-4682
SPIN-code: 6193-1656

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Ekaterina S. Ahkmad

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of Moscow Health Care Department

Email: e.ahkmad@npcmr.ru
ORCID iD: 0000-0002-8235-9361
SPIN-code: 5891-4384
Russian Federation, 24, build. 1, Petrovka st., Moscow,127051

Fyodor A. Kiselev

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of Moscow Health Care Department

Email: KiselevFA@zdrav.mos.ru
24, build. 1, Petrovka st., Moscow,127051

Vyacheslav V. Burashov

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of Moscow Health Care Department

Email: BurashovVV@zdrav.mos.ru
ORCID iD: 0000-0001-9250-0667
SPIN-code: 4308-0912
24, build. 1, Petrovka st., Moscow,127051

Anna N. Mukhortova

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of Health Care Department

Email: a.mukhortova@npcmr.ru
ORCID iD: 0000-0001-9814-3533
SPIN-code: 9051-1130

начальник информационно-аналитического отдела

Russian Federation, building 1, st. Petrovka, 24, Moscow, 127051

Iliya V. Soldatov

Research and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of Health Care Department

Email: i.soldatov@npcmr.ru
ORCID iD: 0000-0002-4867-0746
SPIN-code: 4065-6048

начальник лаборатории рентгенорадиологического отделение г. Москвы

Russian Federation, building 1, st. Petrovka, 24, Moscow

Andrey S. Shkoda

L.A. Vorokhobov City Clinical Hospital No. 67 of the Moscow Healthcare Department

Email: a.shkoda@67gkb.ru
ORCID iD: 0000-0002-9783-1796
SPIN-code: 4520-2141

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Chief Physician

Russian Federation, 2/44, Salyama Adilya street, 123423 Moscow

References

Supplementary files

There are no supplementary files to display.