Clinical and experimental rationale for the use of digital linear tomography in multidisciplinary hospitals

Abstract

Актуальность: По данным ВОЗ на 2017 год около трети населения Земли инфицировано микобактерией туберкулеза. Ежегодно в мире туберкулезом заболевают 9 млн человек (около 140 на 100 тыс. населения), из них 5 млн с открытыми формами. На 2017 год заболеваемость туберкулезом в России составляет 42,3 на 100 тысяч населения, а смертность – 6,4. Целью исследования является разработка методики проведения цифровой линейной томографии органов грудной клетки. Материалы и методы: исследование проводилось на базе Городского противотуберкулезного диспансера с использованием цифрового рентгеновского аппарата АРЦ-Электрон (ЗАО «НИПК «Электрон», Россия), с ПЗС-матрицей. Измерение произведения дозы на площадь (ПДП, сГр×см2) производилось с помощью дозиметра ДРК-1, интегрированного в рентгеновский аппарат. Эффективные дозы (ЭД, мЗв) пациентов рассчитывались путем использования коэффициентов перехода от ПДП к ЭД. Исследовано 74 пациента с диагнозом туберкулез, проходивших обследование для оценки динамики заболевания, из которых 44 пациентам проводилась ЦЛТ на стандартных протоколах (напряжение-60кВ, экспозиция-126мАс), 30 – на оптимизированных (напряжение в диапазоне от 55 до 65кВ, экспозиция- 7-11мАс). Также оценивалось качество полученных изображений при участии 5 экспертов (врачей-рентгенологов со стажем работы от 3х лет) по пяти бальной шкале, где 1,2,3-плохое качество, 4,5-хорошее. Для статистической обработки данных использовались ПО Statistica и SPSS, методы Колмогорова-Смирнова и Шапиро-Вилка, Манна Уитни, корреляционный анализ, при этом статистически значимыми являлись значения p <0,05. Результаты исследования показали, что значимое влияние на коэффициенты перехода оказывало только выбранное анодное напряжение. Была выполнена оценка ЭД для типовых параметров проведения ЛТ. Значение ЭД для стандартного протокола (U-60 кВ, УОТ-40°, ВДТ-2с, Э-19,9мАс) за одну томограмму составило 0,08 мЗв. при использовании оптимизированных режимов эффективная доза за исследование снизилась в 6 раз по сравнению со стандартными режимами. Со снижением доз качество полученных изображений также снизилось, однако все исследования получили оценки 3-4 балла и были пригодные для описания. Выводы: Цифровая линейная томография (ЦЛТ) превосходит по чувствительности цифровую рентгенографию (ЦРГ) в двух проекциях (чувствительность ЦРГ 37,5%, ЦЛТ – 75%) в поиске очаговых образований легких. Эффективная доза при ЦЛТ сопоставима с дозой при ЦРГ. Разработанная методика апробирована на практике в Противотуберкулезном диспансере и утверждена учебно-методической комиссией СПбГУ.

Background: Diagnostics of tuberculosis is commonly performed using X-ray diagnostics: radiography, fluorography, and computed tomography. Another possibility is to use the linear tomography, which possibilities can be enhanced by using modern digital detectors and post-processing algorithms. The aim of the study: The aim of this study was to develop the methodology of the linear tomography with digital detector for the diagnostics of the respiratory diseases and the evaluation of the tuberculosis treatment response. Materials and methods: The study included experimental and clinical phases. Experimental phase was performed in the Urban Mariinsky hospital on the digital KRT-Electron X-ray unit using the anthropomorphic chest phantom Multipurpose Chest Phantom N1 "LUNGMAN". 8 test objects (lung nodule imitators), with the size of 0.7 - 1.2 cm and density corresponding to solid, semi-solid, calcified and ground glass nodule (GGN) were positioned in the median part of the chest. The protocol of the experimental phase consisted of the radiography of the anthropomorphic phantom in two projections. Additionally, it was scanned on different linear tomography (LT) scan protocols without automatic exposure control. Dose-area product (DAP, cGy*cm2) was measured for each scan and image using the integrated DRK-1M clinical dosimeter. Effective dose was calculated using a dedicated model with PCXMC 2.0 software based on measured DAP and relevant protocol parameters. The clinical phase was performed in the Urban Tuberculosis dispensary №1. A total of 74 cases were included in the study: 44 imaged on standard LT protocols, 30 – imaged with proposed low-dose protocols. Effective dose was assessed using the established conversion coefficients. Results: The results of the study indicate that the following protocol parameters have a maximum impact on the patient dose: tube voltage, the tomographic angle, time of tomography and exposition. The level of the focal plane does not affect the dose of the patient. Effective dose per LT scan varied from 0.03 to 0.15 mSv. An optimal protocol of the LT was established with the effective dose equal to 0.03 mSv per 1 scan; 0.3-0.5 mSv per 10-16 scans. This protocol had significantly better diagnostic efficiency compared to the conventional radiography in 2 projections. The results of the clinical phase indicate that the proposed low-dose protocol is valid for the TB treatment follow-up, with the known location of the nodule. Conclusion: Linear tomography has better diagnostic efficiency compared to the radiography for the diagnostics of the respiratory diseases and TB treatment follow-up. Patient doses per LT examination are significantly lower compared to the CT and roughly equal to the radiography of the chest in multiple projections.