Обоснование нового подхода к критериям оценки дозы облучения пациентов при компьютерной томографии

Полный текст

Список сокращений

КТ ― компьютерная томография

ОБП ― органы брюшной полости

ОБП+ОМТ ― органы брюшной полости и органы малого таза

ОГК ― органы грудной клетки

ОМТ ― органы малого таза

ЭД ― эффективная доза (мЗв)

CTDIvol (Computed tomography dose index ― объёмный взвешенный индекс дозы КТ) ― мера поглощённой дозы облучения в одном томографическом срезе (мГр)

DLP (dose length product) ― произведение поглощённой дозы (мГр) на длину области сканирования (см)

DRLs (diagnostic reference levels) ― референтные диагностические уровни

ICRP (International Commission on Radiological Protection) ― международная комиссия по радиационной защите

SSDE (size-specific dose estimate) ― оценка дозы, зависящей от размера (мГр)

ОБОСНОВАНИЕ

В последние годы наблюдается тенденция к увеличению дозовой нагрузки от компьютерной томографии (КТ) на население как во всём мире, так и в России. В 2020 г. в России было зафиксировано резкое (на 30%) возрастание среднегодовых эффективных доз медицинского облучения на одного жителя (2019 г. ― 0,6 мЗв, 2020 г. ― 0,81 мЗв) [1], при этом вклад КТ в коллективную дозу от медицинского облучения увеличился с 22,1% в 2010 г. до 73,5% в 2020 г. и в настоящее время занимает первое место среди других видов рентгенологических и радиологических исследований. В долгосрочной перспективе следует ожидать увеличения суммарных доз облучения пациентов при проведении скрининговых КТ-сканирований для диагностики последствий COVID-19, рака лёгкого и молочной железы, а также повторных КТ-сканирований для установления динамики патологического процесса, в том числе КТ с использованием рентгеноконтрастных средств.

В соответствии с требованиями основных стандартов безопасности Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ, International Atomic Energy Agency, IAEA) [2] и Международной комиссии по радиационной защите (International Commission on Radiological Protection, ICRP) [3–7] сравнение дозы облучения для пациентов, проходящих КТ в диагностических и лечебных клиниках, с национальными или международными референтными диагностическими уровнями (Diagnostic reference levels, DRLs) имеет важное значение для контроля доз медицинского облучения. Поиск направлений совершенствования расчётов DRLs обусловливает актуальность подобных исследований.

Цель исследования ― проанализировать зависимость эффективной дозы (ЭД) при КТ различных областей тела от массы пациента и рассчитать стандартную ЭД для пациентов массой 70 кг и 80 кг.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Ретроспективное исследование выполнено на материалах электронных баз данных КТ-обследований пациентов при однофазных и многофазных КТ-исследованиях головы, органов грудной клетки (ОГК), органов брюшной полости (ОБП) и малого таза (ОМТ).

Критерии соответствия

Критерии включения: пациенты в возрасте от 17 до 95 лет, которые проходили диагностическое КТ-исследование по направлению лечащего врача.

Критерии исключения: пациенты с отсутствием данных о массе тела.

Условия проведения

Исследованием охвачены пациенты двух многопрофильных лечебных заведений ― «Лечебно-реабилитационный центр» Минздрава России (далее «больница 1») и «Городская клиническая больница имени И.В. Давыдовского Департамента здравоохранения г. Москвы» (далее «больница 2») ― с использованием стандартных протоколов проведения КТ-исследований данных областей тела.

Продолжительность исследования

Проанализированы данные электронных архивов о дозовых нагрузках пациентов при КТ-исследованиях за 2015–2018 гг.

Описание медицинского вмешательства

КТ-исследования проводили на двух КТ-сканерах (в больнице 1 ― GE Discovery CT750 HD, 64-срезовый, GE Healthcare, США; в больнице 2 ― Toshiba Aquilion Prime, 80-срезовый, Toshiba, Япония) по стандартному протоколу сканирования [8]: напряжение на трубке составляло 100 или 120 кВ с автоматической модуляцией силы тока, толщина среза ― 0,5; 0,625; 1,25 и 1,5 мм. Основные параметры протоколов КТ представлены в табл. 1. При проведении данного исследования при всех КТ-сканированиях использовали однотипные алгоритмы шумоподавления для соответствующей области тела.

 

Таблица 1. Общая характеристика пациентов и параметров протоколов при однофазных и многофазных КТ-исследованиях

Показатели	Обследуемая область	Однофазное КТ		Многофазное КТ
		Больница 1	Больница 2	Больница 1	Больница 2
Общая характеристика пациентов
Число пациентов, n	Голова	18	32	14	8
	ОГК	25	38	11	27
	ОБП+ОМТ	75	21	30	24
	Всего	118	91	55	59
Соотношение мужчины/женщины	Голова	8/10	9/23	6/8	5/3
	ОГК	9/16	17/21	6/5	15/12
	ОБП+ОМТ	33/42	10/11	12/18	7/17
	Всего	50/68	36/55	24/31	27/32
Возраст, М±m, лет	Голова	52,1±3,2	66,3±2,5	52,5±3,0	56,8±7,2
	ОГК	57,6±2,7	51,9±3,0	58,6±4,7	62,7±3,2
	ОБП+ОМТ	57,5±5,3	65,3±4,8	57,6±2,5	55,5±3,5
Масса тела, М±m, кг	Голова	79,8±3,2	77,0±2,0	81,2±3,8	86,6±3,5
	ОГК	76,1±4,0	76,3±2,3	75,5±5,0	91,6±3,2
	ОБП+ОМТ	75,5±2,0	83,1±3,5	79,7±2,9	80,7±2,7
Основные параметры протоколов КТ
Коллимация, мм	Голова, ОГК, ОБП, ОМТ	64×0,6	80×0,5	64×0,6	80×0,5
Модуляция тока трубки	Голова, ОГК, ОБП, ОМТ	Автоматическая	Автоматическая	Автоматическая	Автоматическая
Напряжение на трубке, кВ*	Голова	120	120	120	120
	ОГК	120	120	100; 120	120
	ОБП+ОМТ	120	120	100; 120	120
Питч	Голова	0,531	0,625	0,531	0,625
	ОГК	1,375	1,388	0,984; 1,375	1,388
	ОБП+ОМТ	1,375	0,813	0,984; 1,375	0,813
Время ротации, сек	Голова	0,8	0,5; 0,75	0,8	0,5; 0,75
	ОГК	0,6; 0,7	0,5	0,6; 0,7	0,5
	ОБП+ОМТ	0,7	0,5	0,7	0,5
Толщина среза, мм	Голова	1,25	0,5	1,25	0,5
	ОГК	1,25	0,5	0,625; 1,25	0,5
	ОБП+ОМТ	1,25	0,5	0,625; 1,25	0,5

Примечание. * В проведённых исследованиях низкодозные протоколы и специальные алгоритмы шумоподавления не применялись, использована технология обратной прямой проекции FBP (Filtered BackProjection). КТ ― компьютерная томография; ОГК ― органы грудной клетки; ОБП ― органы брюшной полости; ОМТ ― органы малого таза.

 

Из отчётов КТ каждого пациента в базу данных были внесены значения параметров, определяющих лучевую нагрузку: CTDIvol (объёмно-взвешенный компьютерно-томографический индекс дозы, мГр) и DLP (поглощённая доза за всё КТ-исследование, мГр×см). Индивидуальные ЭД пациентов оценивали по формуле [5]:

ЭД (мЗв) = K_{ЭД DLP} × DLP, (1)

где ЭД ― эффективная доза; K ― коэффициент; DLP (dose length product) ― произведение поглощённой дозы (мГр) на длину области сканирования (см).

При расчёте использовали коэффициенты пересчёта K_{ЭД DLP} (мЗв×мГр^-1×см^-1) [4]: голова ― 0,0023, ОГК ― 0,017, ОБП ― 0,015, ОМТ ― 0,019.

Основной исход исследования

Настоящее исследование посвящено изучению зависимости ЭД, полученной пациентами при КТ различных областей тела, от массы тела пациента и расчёту стандартной ЭД для «стандартных пациентов» массой 70 кг и 80 кг. В качестве метода сравнения использовали оценку в этих же группах пациентов средней ЭД, медианы ЭД и 75% квантиля ЭД.

Дополнительные исходы исследования

Проведены оценка распределения массы тела пациентов в группах и анализ особенностей динамики средней массы пациентов в нашей популяции.

Анализ в подгруппах

В исследовании были сформированы и сравнивались 2 группы пациентов: обследованные в больнице 1 (КТ-сканер GE Discovery CT750 HD, 64-срезовый) и обследованные в больнице 2 (КТ-сканер Toshiba Aquilion Prime, 80-срезовый). Каждая из этих групп была разбита на 3 подгруппы по областям КТ-исследования (голова, ОГК, ОБП, ОМТ). В каждой из 3 подгрупп анализировали дозы облучения пациентов отдельно при проведении однофазных и многофазных КТ.

Этическая экспертиза

Вследствие ретроспективного дизайна исследований на обезличенных наборах данных заключения этического комитета не требовалось.

Статистический анализ

Размер групп пациентов определялся количеством пациентов за период, охваченный сроками исследования, у которых при КТ-исследовании регистрировались не только доза облучения, но и масса тела. Для анализа были отобраны КТ-исследования с хорошим качеством изображения в соответствии с Европейскими руководящими принципами по критериям качества КТ [4]. В соответствии с этим под хорошим качеством изображения понимали «визуально чёткое воспроизведение структуры органов, тканей и т.д., границ между ними, а также образований и очагов».

Мы специально измеряли массу тела каждого пациента с точностью ±3 кг, во всех группах были рассчитаны средние значения массы тела (M±m, кг). Различия средних значений регистрируемых показателей для каждой области КТ-сканирования между больницей 1 и больницей 2 оценивали по Т-критерию Стьюдента (p ≤0,05). Для установления зависимости дозы облучения от массы тела пациента был проведён корреляционно-регрессионный анализ с использованием программного обеспечения STATISTICA (v. 10.0).

В нашем исследовании были определены по формуле (1) индивидуальные ЭД пациентов (в миллизивертах, мЗв) для больницы 1 и больницы 2, затем рассчитаны средняя эффективная доза (средняя ЭД, мЗв) как среднее арифметическое (М) и стандартные отклонения (±m); медиана, 25-й и 75-й квантили ЭД (мЗв) (Me [25th, 75th]) и DRLs (мЗв; ЭД_75th) для каждой области сканирования с использованием пакета программ Microsoft Excel 2013.

При расчёте стандартной ЭД исходили из положения [4, 7, 9, 10], что это средняя ЭД у взрослых пациентов обоего пола с массой тела 70±3 кг. При проведении выбранной рентгенодиагностической процедуры в типичном режиме работы данного рентгеновского аппарата с типичным протоколом её выполнения стандартная ЭД_{70 кг} (мЗв) и стандартная ЭД_{80 кг} (мЗв) были рассчитаны путём аппроксимации данных для каждой из трёх областей сканирования (голова, ОГК, ОБП+ОМТ) линейными функциями ЭД от массы тела, при этом использовали уравнение регрессии:

ЭД (мЗв) = a+b×M (кг), (2)

где ЭД ― эффективная доза (мЗв), полученная пациентом; a, b ― коэффициенты уравнения регрессии; М ― масса тела пациента (кг).

Коэффициенты «a» и «b» для этих уравнений были получены с использованием программного обеспечения STATISTICA для каждой области сканирования (голова, ОГК, ОБП+ОМТ) в больнице 1 и больнице 2 для однофазных и многофазных КТ. Затем путём решения уравнения (2) для М=70 кг и М=80 кг были рассчитаны значения стандартной ЭД_{70 кг} (ЭД для стандартного пациента с массой тела 70 кг) и стандартной ЭД_{80 кг} (ЭД для стандартного пациента с массой тела 80 кг).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Объекты (участники) исследования

Для статистического анализа были использованы результаты 323 компьютерных томографических исследований (137 мужчин и 186 женщин в возрасте от 17 до 93 лет). КТ выполнялись по стандартным протоколам. Всего проанализировано 209 однофазных КТ и 114 многофазных КТ.

Как видно из табл. 1, сформированные группы пациентов были в основном сопоставимы по половозрастному составу и массе тела, которая варьировала от 42 до 129 кг.

Основные результаты исследования

На первом этапе исследования были определены средние значения показателей дозы облучения (CTDIvol, DLP и ЭД при одном КТ-исследовании) для однофазной и многофазной КТ головы, ОГК, ОБП и ОМТ (табл. 2). При одном однофазном КТ-исследовании пациента средняя ЭД составила для головы 1,8–2,0 мЗв, для ОГК ― 2,4–5,3 мЗв, для ОБП+ОМТ ― 7,5–8,2 мЗв, при одном многофазном КТ-исследовании ― 2,4–4,6; 7,9–8,4 и 27,4–33,0 мЗв соответственно.

 

Таблица 2. Дозы облучения при однофазном и многофазном КТ-исследовании головы, органов грудной клетки, органов брюшной полости и органов малого таза в больнице 1 и больнице 2

Показатели	Обследуемая область	Однофазное КТ		Многофазное КТ
		Больница 1	Больница 2	Больница 1	Больница 2
ЭД при одном КТ-исследовании пациента, М±m, мЗв	Голова	1,8±0,1	2,0±0,03	2,4±0,3	4,6±0,3*
	ОГК	5,3±0,5	2,4±0,2*	7,9±1,7	8,4±0,7
	ОБП+ОМТ	7,5±1,1	8,2±0,7	33,0±1,8	27,4±2,4
DLP, М±m, мГр×см	Голова	771,9±38,8	899,2±10,8	1033,3±109,8	1988,7±131,1*
	ОГК	309,1±30,6	141,9±10,6*	466,9±97,6	494,3±48,4
	ОБП+ОМТ	449,0±67,3	491,1±51,9	1964,1±108,2	1623,7±144,4
CTDIvol, М±m, мГр	Голова	40,1±1,4	51,5±1,0*	-	-
	ОГК	8,3±0,9	3,8±0,3*	-	-
	ОБП+ОМТ	9,4±1,5	13,7±1,1*	-	-
Количество фаз при 1 КТ-исследовании пациента, М±m	Голова	1	1	2,1±0,1	2,5±0,2
	ОГК	1	1	1,4±0,2	2,0±0
	ОБП+ОМТ	1	1	3,8±0,1	3,8±0,1

Примечание. * Различия средних для данной области КТ-сканирования между больницей 1 и больницей 2 (p ≤0.05). ЭД ― эффективная доза; КТ ― компьютерная томография; ОГК ― органы грудной клетки; ОБП ― органы брюшной полости; ОМТ ― органы малого таза.

 

Можно видеть (см. табл. 1), что средняя масса тела в сравниваемых группах больницы 1 и больницы 2 отличалась незначительно, за исключением групп однофазных КТ ОБП+ОМТ (75,5±2,0 и 83,1±3,5 кг соответственно) и многофазных КТ ОГК (75,5±5,0 и 91,6±3,2 кг соответственно).

На втором этапе исследования проведённый корреляционный анализ позволил установить зависимость ЭД от массы тела пациента: коэффициенты корреляции составили 0,66–0,70 при однофазных и 0,59–0,68 при многофазных КТ ОГК; для ОБП+ОМТ коэффициенты корреляции при однофазных/многофазных КТ составили 0,37/0,59; для головы при однофазных/многофазных КТ коэффициенты корреляции были чрезвычайно низкими ― 0,05–0,09/0,11–0,18 соответственно.

На третьем этапе были рассчитаны медиана ЭД (Me [25th, 75th]) и DRLs (ЭД_75th); табл. 3. Для каждой области сканирования с использованием функции регрессии дозы от массы тела были рассчитаны стандартные ЭД для пациентов массой 70 кг и 80 кг при однофазных и многофазных КТ-исследованиях (рис. 1, 2).

 

Таблица 3. Эффективные дозы (мЗв) при однофазном и многофазном КТ-исследовании головы, органов грудной клетки, органов брюшной полости и органов малого таза

Обследуемая область	Средняя ЭД		Медиана ЭД (Me [25th, 75th])		DRLs (ЭД75 th)		Стандартная ЭД70 кг*		Стандартная ЭД80 кг**
	Больница 1	Больница 2	Больница 1	Больница 2	Больница 1	Больница 2	Больница 1	Больница 2	Больница 1	Больница 2
Однофазный протокол (SP-CT)
Голова	1,8±0,1	2,1±0,03	1,7 [1, 5; 1, 9]	2,1 [2, 0; 2, 2]	1,9	2,2	1,72	2,06	1,78	2,07
ОГК	5,3±0,4	2,4±0,2	4,9 [2, 9; 7, 6]	1,9 [1, 8; 2, 4]	7,6	2,4	4,53	2,09	5,71	2,60
ОБП+ОМТ	7,5±1,1	8,2±0,7	6,5 [5, 8; 8, 4]	10,3 [4, 4; 10, 8]	8,4	10,8	7,19	5,89	7,83	7,63
Многофазный протокол (MP-CT)
Голова	2,4±0,3	4,6±0,3	2,2 [2, 0; 2, 3]	4,6 [4, 0; 5, 4]	2,3	5,4	1,94	3,61	2,33	3,77
ОГК	7,9±1,7	8,4±0,7	6,2 [4, 4; 10, 0]	8,9 [5, 5; 11, 0]	10,0	11,0	6,55	5,28	9,09	6,74
ОБП+ОМТ	33,0±1,8	27,4±2,4	31,4 [27, 1; 35, 7]	26,6 [17, 9; 40, 1]	35,7	40,1	29,99	21,63	33,11	26,91

Примечание. * Стандартная ЭД_{70 кг} (ЭД для стандартного пациента со стандартной массой тела 70 кг) вычисляется по уравнению регрессии: ED_{70 kg} (мЗв) = a+b×M (кг) для M=70 кг; коэффициенты «a» и «b» ― из уравнений рис. 3, a–f (однофазная КТ) и рис. 4, a–f (многофазная КТ). ** Стандартная ЭД_{80 кг} (ЭД для стандартного пациента со стандартной массой тела 80 кг) вычисляется по уравнению регрессии: ED_{80 kg} (мЗв) = a+b×M (кг) для M=80 кг; коэффициенты «a» и «b» ― из уравнений рис. 3, a–f (однофазная КТ) и рис. 4, a–f (многофазная КТ). Полужирным шрифтом выделены отличия в значениях средней ЭД, медианы и DRLs между больницами 1 и 2, которые разнонаправлены с отличиями стандартных ЭД_{70 кг} между этими больницами. ЭД ― эффективная доза; КТ ― компьютерная томография; ОГК ― органы грудной клетки; ОБП ― органы брюшной полости; ОМТ ― органы малого таза.

 

Рис. 1. Результаты регрессионного анализа зависимости эффективной дозы от массы тела пациентов при однофазной компьютерной томографии головы, органов грудной клетки, органов брюшной полости + органов малого таза. По оси Y ― эффективная доза, мЗв; по оси X ― масса тела пациентов, кг.

Условные обозначения: сплошная линия ― линия графика регрессии; линиями из точек указаны доверительные интервалы линии графика регрессии, p=0,95; сплошные линии, перпендикулярные к осям ― стандартная ЭД_{70 кг} и стандартная ЭД_{80 кг} (мЗв), рассчитанные для пациента массой 70/80 кг; пунктирные линии ― средняя ЭД (мЗв), соответствующая средней массе тела пациентов в группе.

ЭД ― эффективная доза; КТ ― компьютерная томография; ОГК ― органы грудной клетки; ОБП ― органы брюшной полости; ОМТ ― органы малого таза.

 

Рис. 2. Результаты регрессионного анализа зависимости эффективной дозы от массы тела пациентов при многофазной компьютерной томографии головы, органов грудной клетки, органов брюшной полости + органов малого таза. По оси Y ― эффективная доза, мЗв; по оси X ― масса тела пациентов, кг.

Условные обозначения: сплошная линия ― линия графика регрессии; линиями из точек указаны доверительные интервалы линии графика регрессии, p=0,95; сплошные линии, перпендикулярные к осям ― стандартная ЭД_{70 кг} и стандартная ЭД_{80 кг} (мЗв), рассчитанные для пациента массой 70/80 кг; пунктирные линии ― средняя ЭД (мЗв), соответствующая средней массе тела пациентов в группе.

ЭД ― эффективная доза; КТ ― компьютерная томография; ОГК ― органы грудной клетки; ОБП ― органы брюшной полости; ОМТ ― органы малого таза.

 

Мы сравнили среднюю ЭД, медиану ЭД и DRLs (ЭД75th) со стандартной ЭД для этих групп (см. табл. 3). Как видно, нет существенных различий в средней ЭД, медиане ЭД и DRLS(ЭД_75th) со стандартной ЭД для головы. Эти значения не зависели от массы тела пациентов и составляли 1,7–1,9 мЗв для больницы 1 и 2,1–2,2 мЗв для больницы 2.

Для других областей тела масса тела пациентов важна с точки зрения оценки ЭД. Когда средние массы тела пациентов близки (например, для однофазных КТ ОГК в больнице 1 ― 76,1±4,0 кг, в больнице 2 ― 76,3±2,3 кг), то различия в значениях средней ЭД, медиане ЭД, DRLs (ЭД_75th) и стандартной ЭД однонаправлены: все показатели ЭД в больнице 1 превышали показатели ЭД в больнице 2 в 2,2–3,2 раза.

В группе однофазных КТ ОБП+ОМТ в больнице 2 средняя масса пациента (83,1 кг) превышала среднюю массу пациента в больнице 1 (75,5 кг), поэтому средняя ЭД для больницы 2 (8,2±0,7 мЗв) несколько выше, чем средняя ЭД для больницы 1 (7,5±1,1 мЗв), как и DRLs (ЭД_75th) для больницы 2 (10,8 мЗв) больше, чем для больницы 1 (8,4 мЗв). В то же время рассчитанная стандартная ЭД_{70 кг} в больнице 2 (5,89 мЗв) меньше, чем рассчитанная стандартная ЭД_{70 кг} в больнице 1 (7,19 мЗв).

В группе многофазных КТ ОГК в больнице 2 средняя масса пациента (91,6 кг) превышает среднюю массу пациента в больнице 1 (75,5 кг), поэтому средняя ЭД для больницы 2 (8,4±0,7 мЗв) немного выше, чем средняя ЭД для больницы 1 (7,9±1,7 мЗв). DRLs (ЭД_75th) для больницы 2 (11,0 мЗв) немного больше, чем для больницы 1 (10,0 мЗв). В то же время рассчитанная стандартная ЭД_{70 кг} в больнице 2 (5,28 мЗв) меньше, чем рассчитанная стандартная ЭД_{70 кг} в больнице 1 (6,55 мЗв).

Видно, что на показатель DRLs (ЭД_75th) влияет не только масса тела, но и аномальные значения дозы облучения у отдельных пациентов. Так, в группе многофазных КТ ОБП+ОМТ средние массы тела пациентов в больнице 1 и больнице 2 были близки (79,7±2,9 и 80,7±2,7 кг соответственно), но у 5 пациентов в больнице 1 значения ЭД аномально превышали 45 мЗв (см. рис. 2, е), поэтому 75-е квантили ЭД, или DRLs (ЭД_75th), в больнице 2 были больше (40,1 мЗв), чем в больнице 1 (35,7 мЗв). В то же время стандартные ЭД_{70 кг} для больниц 1 и 2 составляли 29,99 и 21,63 мЗв соответственно.

Дополнительные результаты исследования

Полученные данные позволили установить, что средняя масса пациентов в сравниваемых группах приближалась к 80 кг (см. табл. 1), что связано с максимальным количеством пациентов практически во всех группах с массой около 80 кг. Поэтому средние ЭД и DRLs (ЭД_75th) в данных выборках пациентов всегда превышали значения стандартной ЭД_{70 кг} и были ближе к стандартной ЭД_{80 кг} (см. табл. 3). В связи с этим мы считаем, что в нашей популяции разумно в качестве критерия оценки ЭД принимать значения стандартной ЭД_{80 кг}, а не стандартной ЭД_{70 кг}, так как стандартная ЭД_{80 кг} из-за изменений в антропологических данных на протяжении последних лет лучше отражает распределение массы тела в нашей популяции. В то же время при близости в группах сравнения средней массы тела к стандартной массе тела 80 кг можно использовать значения средней ЭД в обследованных группах пациентов для сравнения ЭД на разных компьютерных томографах.

ОБСУЖДЕНИЕ

Резюме основного результата исследования

Конечной целью нашего исследования было обоснование важности расчёта стандартной ЭД при КТ-исследованиях, что позволит более корректно сравнивать уровни облучения пациентов в разных лечебно-диагностических учреждениях, поскольку сравниваемые выборки пациентов могут значительно отличаться по массе тела. Выполненный корреляционный анализ свидетельствует, что когорте пациентов с более высокой средней массой тела соответствует более высокая средняя доза облучения. Значения DRLs отражают 75-й квантиль значений дозы облучения и пропорциональны средней массе тела пациентов в группах, что не позволяет по DRLs корректно сравнить дозы облучения пациентов, обследованных в этих учреждениях, если группы пациентов резко отличаются по средней массе тела.

Проведённый в нашем исследовании корреляционный анализ показал общую закономерность увеличения дозы облучения пропорционально массе тела пациента при однофазных и многофазных КТ при обследовании ОГК (см. рис. 1, c, d; рис. 2, c, d), ОБП+ОМТ (см. рис. 1, e, f; рис. 2, e, f); корреляция дозы при КТ от массы тела пациента была максимальной для ОГК (0,59–0,70), ОБП+ОМТ (0,37–0,59) и минимальной для КТ головы (0,05–0,18) (см. рис. 1, а, b; рис. 2, а, b). Величина полученных коэффициентов корреляции согласуется с относительной массой сегментов тела человека [11–14]: масса верхней части туловища от общей массы тела составляет 15,9%, средней части туловища ― 16,3%, нижней части туловища ― 11,2%, а масса головы ― лишь 6,9%.

Зависимость ЭД от массы тела пациента обусловлена конструктивными особенностями датчиков и автоматическим регулированием тока в трубке КТ-сканера. Это означает, что сравнение средней ЭД и медианы ЭД в различных медицинских учреждениях не может быть корректным, если средняя масса тела в сравниваемых группах пациентов резко отличается. Следовательно, для такого сравнения доз при КТ-исследованиях правильнее, как показано в нашем исследовании, рассчитывать и сопоставлять в сравниваемых группах стандартную ЭД_{70 кг} или стандартную ЭД_{80 кг}.

Обсуждение основного результата исследования

Проблеме оценки дозы облучения пациентов при КТ посвящено большое количество исследований. В качестве критерия, который помогает оптимизировать защиту при медицинском воздействии на пациентов при проведении диагностических и интервенционных процедур, установлен показатель «диагностический референтный уровень» (DRLs) [7]. Понятие DRLs было введено ICRP с 1996 г. и постоянно развивается [2, 6, 7]. В настоящее время ICRP рекомендует оценивать медианное значение дозы излучения при одной процедуре для каждого из объектов, включённых в исследование [7]: национальные DRLs должны быть установлены как 75-й процентиль медианных значений DLP или ЭД, полученных в выборке репрезентативных центров. Однако при этом не учитываются возможные различия в дозах, обусловленные разной массой тела пациентов в сравниваемых группах.

Известно, что значения DRLs для одной и той же области КТ подвержены большой вариабельности, что затрудняет их корректное сопоставление. Так, в обзорном исследовании [15] была отмечена 2–3-кратная разница в значениях DRLs между исследованиями для одной и той же процедуры. При этом к возможным причинам различий относят дизайн исследования, технологию сканирования, использование различных параметров облучения и различных индексов дозы. Мнения о причинах этих различий расходятся. В исследовании [16] оценивали факторы пациента, оборудования и учреждения, влияющие на дозу КТ-излучения. Обнаружено, что размер пациента (размер тела с точки зрения размера футболки), протоколы, специфичные для учреждения, и многофазное сканирование были наиболее важными предикторами дозы (R2 8–32%), за ними следуют производитель оборудования и итеративная реконструкция (R2 0,2–15%). В другом исследовании [17] показано, что дозы КТ-излучения сильно различаются в разных странах, но утверждается, что это связано, в первую очередь, с местным выбором технических параметров КТ-сканирования, а не с характеристиками пациента, учреждения или оборудования.

Вопрос о стандартной ЭД становится всё более актуальным в связи с постоянным уточнением критериев оценки дозы облучения пациентов в разных медицинских организациях. Так, в международных документах [4, 7] указано, что DRLs должны быть стандартизованы, т.е. приведены, насколько это возможно, для «пациента стандартного размера» для каждого рассматриваемого типа КТ-исследования с учётом того, что «стандартная доза ― это средняя доза у взрослых пациентов обоего пола с массой тела 70±3 кг при проведении выбранной рентгенодиагностической процедуры в типичном режиме работы данного рентгеновского аппарата с типичным протоколом её выполнения» [4, 8, 10]. Указано, что выбранная средняя масса должна быть близка к средней массе в рассматриваемой популяции, и для некоторых стран может быть приемлемым средняя масса пациента 70±10 кг [7]. Но на практике в лечебных учреждениях DRLs рассчитываются по средним или медианным значениям дозы облучения в общей выборке пациентов без учёта размеров и массы тела.

Лишь небольшое число авторов учитывало «размер пациента» для этих анализов: например, A.J. van der Molen и соавт. [18] привели дозы для «пациента стандартного размера» (рост 1,74 м, масса 77 кг, индекс массы тела 25,4 кг/м²±15%) или пациента с массой тела 70±15 кг [19]. Можно предположить, что разброс данных был бы меньше, и сравнение DRLs было бы более корректным, если сопоставлялись не средние или медианные дозы, а стандартные дозы облучения для «стандартного пациента» массой 70 или 80 кг. Эта методика расчёта должна быть одинаковой для всех медицинских учреждений.

Проведённый анализ (табл. 4) показал, что в разных странах ЭД (мЗв) при однофазных КТ исследуемых областей могли отличаться в несколько раз, и у разных авторов составляли для головы 1,5–2,3 мЗв, ОГК 4,0–7,9 мЗв, ОБП 2,4–10,0 мЗв, ОБП+ОМТ 4,1–11,7. При многофазных КТ исследуемых областей ЭД у разных авторов во многом зависела от количества этапов исследования и отличалась в большей степени: ОГК 5,1–9,5 мЗв, ОБП 3,6–23,1 мЗв, ОБП+ОМТ 6,3–24,5. Расчёты стандартных ЭД для пациента со стандартным весом (70 кг) в настоящем исследовании в больнице 1 и больнице 2 при однофазных и многофазных КТ исследуемых областей сопоставимы со средним или медианным ЭД других авторов для головы и ОГК и несколько превышают дозы для многофазных КТ ОБП+ОМТ (см. табл. 4).

 

Таблица 4. Эффективные дозы облучения пациентов при КТ-исследовании головы, органов грудной клетки, органов брюшной полости и органов малого таза

Показатели ЭД	ЭД (мЗв) для КТ обследованных областейa, b				Страна
	Голова	ОГК	ОБП	ОБП+ОМТ
Медиана	1,5/-	4,0/5,1	2,4/3,6	4,4/6,3–13,3	Австралия [20]
Среднее	2,0 (n=50) [21]; 1,99 [22]	4,99 (n=43) [23]; 9,84 [22]	10,44 (n=43) [23]	11,7 [22]	Канада [21–23]
Среднее	-	7,9–9,5 (n=81) [24]	-	6,15 (n=85) [25]	Китай [24, 25]
Среднее	2,1–4,2	2,9–5,2	3,3–7,3	4,1–9,2	Германия [26]
Среднее	1,2	5,9	8,2	-	Греция [27]
Среднее	-	6,04 (n=50)	6,89 (n=51)	-	Индия [23]
Медиана	2,3 (n=26 965)	4,6 (n=6542)	-	9,7 (n=1692)	Италия [28]
Среднее	-	-	7,7/23,1 (n=44) [29]	8,0 (n=447) [30]	Корея [29, 30]
Медиана, только стандартные пациенты (1,74 м, 77 кг, ИМТ 25,4 кг/м2±15%)	1,5	4,6	8/13,2–19,4	-	Нидерланды [18]
Среднее	1,21 (n=52)	7,60 (n=38)	8,25 (n=54)	-	Польша [23]
Медиана, пациенты с массой тела 70±15 кг	-	5,4 (ОГК, n=39)	-/8,1 (аппендицит, n=100)	-/24,5 (КТ ОБП для выявления метастазов в печень и брюшную полость при колоректальном раке, n=40)	Катар [19]
Стандартная ЭД70 кг	1,7/1,9 (n=18/n=14)	4,5/6,6 (n=25/n=11)	-	7,2/30,0 (n=75/n=30)	Россия, данное исследование, больница 1c
Стандартная ЭД70 кг	2,1/3,6 (n=32/n=8)	2,1/5,3 (n=38/n=27)	-	5,9/21,6 (n=21/n=24)	Россия, данное исследование, больница 2d
Среднее	0,89 (n=36)	4,20 (n=32)	6,03 (n=66)	-	Таиланд [23]
Среднее (n=340)	1,36/1.79	4,34	-	11,6/13,26	ОАЭ [31]
Среднее	1,66 (n=10) [23]	3,45 (n=30) [23]	2,4–6,04/ 8,4–15,33 [32]	6,69 (n=25) [23]	Великобритания [23, 32]
Среднее	2	7	7,3-8,0/15	10	США [33, 34]
Среднее	2,7	5,8	22,3	-	Эфиопия [35]
Медиана	2,1	4,4	6,8	-	Турция [36]

Примечание. n ― число наблюдений. ЭД ― эффективная доза; КТ ― компьютерная томография; ОГК ― органы грудной клетки; ОБП ― органы брюшной полости; ОМТ ― органы малого таза, ИМТ ― индекс массы тела.

^a K_{ЭД DLP} (мЗв×мГр^-1×см^-1) [4]: голова 0,0023, ОГК 0,017, ОБП 0,015, ОМТ 0,019; ^b однофазное/многофазное КТ; ^c больница 1, КТ-сканер GE Discovery CT750 HD, 64-срезовый; ^d больница 2, КТ-сканер Toshiba Aquilion Prime, 80-срезовый.

 

Наши данные подтверждаются результатами других исследований. Так, стратификация данных по двум подгруппам пациентов (без избыточного веса, с избыточным весом) позволила лучше оптимизировать дозы КТ и возможность устанавливать DRLs на основе класса индекса массы тела [37].

Другие авторы [38] для КТ ОГК взрослых провели сравнение индекса дозы объёмной КТ (CTDIvol), произведения дозы на длину (DLP) и оценок дозы в зависимости от размера (size specific dose estimate, SSDE) с китайскими DRLs 2017 года. Пациенты были разделены на 4 группы в зависимости от диаметра грудной клетки, эквивалентного воде (Dw). Установлено, что параметры CTDIvol, DLP и SSDE увеличивались пропорционально показателю Dw.

Было изучено влияние размера пациента на дозу облучения при КТ [39]. Основываясь на эффективном диаметре, оценённом по результатам КТ тела взрослого человека, каждая КТ была классифицирована по размеру футболки, как XXS, XS, S, M, L, XL и XXL. Было выполнено сравнение показателя дозы облучения для каждого размера и каждого типа обследования, и установлены значение CTDIvol для размеров XXS (~60%), XS (~65%), S (~75%), M (100%), L (~130%), XL (~165%), XXL (~210%). Таким образом, молодые пациенты (XXS) получали 60% дозы по сравнению с пациентами размера M, а пациентам размера XXL требовалось удвоение дозы (~210%). Авторы утверждают, что новый подход, выражающий размеры тела с точки зрения размера футболки, достаточно прост и предоставляет инструмент для демонстрации различий в дозах между пациентами разного телосложения. Однако, по нашему мнению, этот подход применим только для КТ ОГК; кроме того, масса тела более точно отражает индивидуальные особенности организма пациента, чем размер футболки.

Ограничения исследования

Одним из ограничений исследования является то, что для учёта размера пациента при контроле дозы облучения в процессе КТ может применяться также концепция SSDE (оценка дозы, зависящей от размера). Но SSDE учитывает только поправки, основанные на геометрических размерах пациента ― линейных размерах, измеренных или определённых у пациента или на его изображениях [7]. Концепция SSDE направлена на корректировку стандартных параметров протокола КТ в зависимости от размера области КТ (эффективный диаметр области сканирования), чтобы минимизировать поглощённую дозу излучения (мГр) [40], но не учитывает массу тела пациента и не предназначена для оценки ЭД (мЗв) и рисков долгосрочных радиационных последствий.

Учитывая это, в настоящее время SSDE не считается подходящим критерием для использования в качестве DRLs [7]. В подтверждение этому в систематическом обзоре [15] по данным анализа 54 научных статей указано, что концепция SSDE широко не используется. Так, среди всех используемых комбинаций критериев дозы облучения пациентов показатели CTDIvol и/или DLP применяли в 87% исследований, а показатели DLP+SSDE ― только в 1% исследований [15]. Наиболее часто SSDE использовали для моделирования дозы при КТ ОГК и документирования результатов стратегий снижения дозы для конкретного (особенно педиатрического) пациента [41–43].

Другим ограничением работы являются различные подходы к расчётам стандартной ЭД. В нашем исследовании для расчёта стандартной ЭД мы использовали метод линейной аппроксимации (формула 2) зависимости дозы от массы тела пациентов (уравнения линейной регрессии). Проведённый регрессионный анализ позволил установить коэффициенты уравнений регрессии для зависимостей дозы облучения от массы тела для каждой области КТ для больницы 1 и больницы 2. Затем эти коэффициенты были использованы для расчёта значений стандартной ЭД_{70 кг} для «стандартного пациента» массой 70 кг и стандартной ЭД_{80 кг} для «стандартного пациента» массой 80 кг (см. табл. 3).

Нелинейная модель (степенная функция) также может быть использована при описании зависимости дозы облучения при КТ от размера или массы тела пациента для конкретных областей тела. Например, в отчёте [23] при КТ брюшной полости линейную функцию использовали для расчёта зависимости нормализованного шума от индекса массы тела, а степенную функцию ― для расчёта зависимости нормализованного шума от переднезаднего диаметра пациента.

Однако, по нашему мнению, линейная аппроксимация ― более приемлемый вариант для практических рентгенологов. Если в каждой больнице врачи будут использовать свою собственную модель нелинейной аппроксимации зависимости ЭД от массы тела, это приведёт к разным математическим зависимостям и внесёт дополнительную несистематическую ошибку в такое сравнение стандартных ЭД. В связи с этим нам представляется, что использование линейной регрессии приемлемо для рутинной практической работы рентгенологов в качестве единообразного метода такой аппроксимации.

Наше мнение совпадает с мнением, изложенным в [23]: «...наилучшая корреляция между нормализованным шумом и размером пациента была получена с использованием эффективных диаметров пациента и степенной функции. Однако определение переднезаднего и боковых диаметров (которые должны быть известны для расчёта эффективного диаметра) на практике может быть более сложным с точки зрения логистики работы рентген-отделения, чем взвешивание пациента. Именно поэтому принято решение [23] использовать взвешивание пациента из-за простоты измерения веса по сравнению с измерением указанных выше его диаметров, а также использовать доступную приемлемую линейную корреляцию, а не более сложную для вычисления степенную функцию.

Таким образом, в настоящее время национальные DRLs установлены как 75-й процентиль медианных значений дозы облучения пациентов, полученных в выборке репрезентативных центров [7]. Если в лечебном учреждении DRLs превышает региональный уровень, это является поводом к анализу технологии выполнения КТ (напряжение на трубке, протяжённость области сканирования и другие параметры протокола КТ) для поиска путей его снижения. Однако это превышение может быть обусловлено не только техническими параметрами КТ-исследования, но и большей средней массой пациентов в одном из лечебных учреждений. По нашему мнению, для корректного сравнения дозовой нагрузки в группах пациентов, которые значительно отличаются по средней массе тела, рекомендуется использовать рассчитанные в группах сравнения стандартные ЭД_{70 кг} или стандартные ЭД_{80 кг}. Даже при значительных различиях в средней массе тела пациентов, если при КТ стандартная ЭД в больнице 1 выше, чем в больнице 2, можно с уверенностью полагать, что это превышение не связано с массой пациентов, а связано со спецификой КТ-сканеров и протоколов сканирования, а для снижения дозы требуется их модификация.

Таким образом, методы расчёта DRLs постоянно совершенствуются [44–48], и полученные результаты важны для установления правильного DRLs лучевого воздействия на пациентов. Стандартная ЭД может быть использована в будущем для расчёта DRLs для КТ-сканеров по регионам страны, однако для этого потребуется регистрировать массу тела пациента в каждом протоколе КТ.

В условиях резкого увеличения числа КТ-исследований в последнее время непревышение DRLs, установленной по стандартной ЭД, для пациентов при КТ-исследованиях уменьшит отдалённые последствия в виде онкологической патологии среди населения [49–51]. Мероприятия по контролю дозы облучения являются важной задачей для общественного здравоохранения [44, 45, 52, 53] и отвечают целям сотрудничества с международными проектами EUROSAFE.

На практике могут быть использованы описанная методика оценки стандартной ЭД для каждой области тела и сравнения ЭД КТ-излучения на примере двух больниц и двух КТ-сканеров с учётом массы стандартного пациента. Расчёт и анализ стандартной ЭД для каждой области тела, а не только средней ЭД, медианной ЭД и 75-го квантиля ЭД, помогает более корректно сравнивать радиационное облучение в разных медицинских учреждениях и точнее анализировать причины превышения региональных или национальных DRLs.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эффективные дозы облучения при КТ пропорциональны массе тела пациента.

Сравнение средних и медианных доз облучения в группах пациентов, резко отличающихся по средней массе тела, является некорректным.

Обоснован метод сопоставления доз облучения пациентов на основе расчёта стандартной эффективной дозы для двух областей КТ (органы грудной клетки, органы брюшной полости и малого таза).

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией). Наибольший вклад распределён следующим образом: Е.И. Маткевич ― концепция исследования, сбор и обработка материалов, анализ полученных данных, оформление таблиц, написание текста; В.Е. Синицын ― супервизия, анализ материалов и их редакция; И.В. Иванов ― дизайн исследования, подготовка иллюстраций.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work. E.I. Matkevich — concept of the study, collection and processing of materials, analysis of the obtained data, design of tables, writing of the text; V.E. Sinitsyn — supervision, analysis of materials and their editing; I.V. Ivanov — study design, preparation of illustrations.

Об авторах

Елена Ивановна Маткевич

Государственный научный центр Российской Федерации ― Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна; Городская клиническая больница имени И.В. Давыдовского

Email: pencil_red@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5917-7706
SPIN-код: 5546-4830

к.м.н.

Россия, Москва; Москва

Валентин Евгеньевич Синицын

Городская клиническая больница имени И.В. Давыдовского; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: vsini@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5649-2193
SPIN-код: 8449-6590

д.м.н., профессор

Россия, Москва; Москва

Иван Васильевич Иванов

Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет); Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины

Автор, ответственный за переписку.
Email: ivanov-iv@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7729-2724
SPIN-код: 9888-2780

д.м.н., профессор

Россия, Москва; Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы