Estimation of radiation exposure doses in patients undergoing X-ray examination of the upper gastrointestinal tract

Abstract

Аннотация дипломной работы студентки 602 группы Зинкевич Ксении Вадимовны на тему «Оценка доз облучения пациентов при рентгеноскопическом исследовании верхнего отдела желудочно-кишечного тракта» Научный руководитель: к.м.н., доц. Камышанская Ирина Григорьевна

Актуальность: На сегодняшний день внедрение современной цифровой низкодозной техники для проведения рентгенологических исследований привело к общему снижению дозовой нагрузки на пациентов рентгенологических исследований общего назначения. Тем не менее, по данным радиационно-гигенической паспортизации, рентгеноскопические исследования находятся на третьем месте, как по числу выполненных исследований, так и по вкладу в коллективную дозу (после КТ и рентгенографии с флюорографией). Для выполнения требований по защите пациентов от медицинского облучения необходимо обладать сведениями о реальных дозовых нагрузках пациентов при проведнии высокодозовых исследований, характериузющихся отсутсвием стандартных клинических протоколов и высокой индивидуальной субъективностью проведения. Практическая значимость: Данная работа представляет собой первую в отечественной практике попытку не только определить реальные дозовые нагрузки пациентов от рентгеноскопических исследований верхнего отдела ЖКТ как в измеряемых, так и в расчетных дозовых величинах (ПДП и эффективная доза, соответственно), но и предложить различные варианты методов определения эффективной дозы, как для экспериментальных работ по отимизации, так и для использования прсоналом отделений лучевой диагностике в повседневной практике. Цель исследования: оценка эффективных доз пациентов при проведении рентгеноскопических исследований пищевода и желудка. Задачи: 1) Сбор антропометрических данных пациентов и технических параметров проведения рентгеноскопического исследования, анализ их вклада в дозы пациента. 2) Разработка модели рентгеноскопического исследования пищевода и желудка (верхнего отдела желудочно-кишечного тракта). 3) Определение эффективной дозы пациента при рентгеноскопии верхнего отдела ЖКТ. 4) Определение значений коэффициентов перехода от произведения дозы на площадь к эффективной дозе. Материалы и методы: Объектами являлись рентгеноскопические исследования пищевода и желудка с бариевым конрастом. Для выборки из 35 пациентов, репрезентативных для данного рентгеновского кабинета, были собраны антропометрические параметры, сведения о струтуре исследования и параметры его проведения. Каждое рентгеноскопическое исследование было разделено на этапы просвечивания и рентгеновские снимки. Для каждого этапа фиксировались физико-технические параметры: напряжение, время просвечивания, размер поля, расстояние источник-приемник, проекция в которой производилось облучение; также фиксировалось значение произведения дозы на площадь. Исследования были записаны в цифровом виде в формате DICOM. На основании собранных данных с помощью программного обеспечения PCXMC 2.0 была разработана модель рентгеноскопического исследования верхнего отдела желудочно-кишечного тракта для определения эффективных доз пациентов. Данная модель основана на упрощенном представлении рентгеноскопического исследования в виде статического облучения пациента в нескольких типовых полях, с учетом различных геометрий облучения и основных дозообразующих параметров проведения исследования. Были определены коэффициенты перехода от произведения дозы на площадь к эффективной дозе для отдельных проекций и для всего исследования в целом. Результаты: Разработанная модель облучения при проведении рентгеноскопических исследований позволила оценить эффективную дозу за каждый этап исследования. Выполненный корреляционный анализ показал, что главными дозообразующими факторами в данном исследовании являлись антропометрические характеристики пациентов (вес и индекс массы тела), количество этапов внутри отдельного исследования и полное время облучения пациента. К основным дозообразующим факторам также относятся скорость проведения исследования и площадь поля облучения; однако, для всей выборки пациентов в данном исследовании они были постоянными. Максимальный вклад в дозу пациента вносит облучение в передне-задней проекции; минимальный – облучение в боковых и косых проекциях. Следует отметить, что доза от рентгеновских снимков вносила крайне незначительный вклад в общую дозу за исследование (менее 10% от всей дозы). Полученные коэффициенты перехода сопоставимы с значениями, представленными в зарубежных источниках. Эффективные дозы для выбранных рентгеноскопических исследований по своим значениям приближаются к дозам от компьютерной томографии для тех же анатомических областей. Выводы: 1) На дозу облучения более влияет вес исследуемого человека, чем рост, тогда как пол и возраст пациента с дозой не коррелируют. Отсутствует корреляция между диагнозом пациента и его дозовой нагрузкой, равно как и числом этапов рентгеноскопии и временем просвечивания. 2) С увеличением времени и скорости рентгеноскопии, числа фаз исследования и количества снимков, достоверно увеличивается доза, получаемая пациентом. 3) Разработанная модель рентгенологического исследования верхнего отдела ЖКТ, позволяет определять эффективную дозу пациентов с достаточной точностью. 4) Рассчитанные коэффициенты перехода произведения дозы на площадь (ПДП) в эффективную дозу оказались выше стандартных вплоть до полутора раз. Данные коэффициенты перехода находятся в высокой зависимости от проекции исследования и энергии излучения.

Abstract of a diploma “Estimation of patient doses from barium meal and barium swallow examinations” Student: Zinkevich Kseniya Vadimovna, group 602 Supervisor: M.D, docent, Kamyshanskaya Irina Grigorievna

Actuality of the study: Currently, the implementation of modern low-dose digital X-ray technologies leads to a constant patient dose reduction in conventional X-ray examinations. However, according to the results to the radiation-hygienic monitoring, fluoroscopic examinations with barium contrast account for the third place both by the number of the examinations and the contribution to the annual collective dose of the Russian population (after computer tomography and combinations of plain radiography and fluorography). In order to fulfill the modern requirement for the protection of the patient from medical exposure, one should always possess the knowledge of the accurately estimated patient doses from the high-dose X-ray examinations lacking standardized clinical protocols and with high personal subjectivity of the structure of the examination. Practical relevance of the study: Current study is the first attempt in Russian radiation protection practice to determine the patient doses from barium swallow and barium meal examinations using both measurable (dose-area product, DAP) and calculated (effective dose) quantities. Additionally, we propose different methods to estimate the effective dose suitable both for the experimental work and for use in everyday radiological practice. Aim of the study: to estimate effective doses from barium swallow and barium meal examinations. Objectives of the study: 1. To collect patient anthropometric data and parameters of the examination; to assess their impact on patient dose; 2. To develop a model of the fluoroscopic examination of esophagus and stomach using a simplified Monte-Carlo method software; 3. To estimate effective doses of the patients; 4. To determine the conversion coefficients from DAP to effective dose for these examinations. Materials and methods: The study was focused on the barium swallow and barium meal examinations. For 35 patients (representative for the current X-ray room by diagnosis and anthropometrics) anthropometric parameters (age, sex, weight, height), structure of the examination and parameters of the examinations were collected. Each examination was divided by the fluoroscopic phases and X-ray images. For each phase tube voltage (kV), irradiation time (s), field size (cmxcm), source-image distance (SID, cm), projection, patient position and DAP values were collected. All examinations were digitally recorded in DICOM format for further evaluation. Based on the collected data a model of the fluoroscopy of esophagus and stomach using a PCXMC 2.0 software was developed. That model was based on a simplified conversion of a fluoroscopy into a set of irradiation fields with a constant geometry, hence corresponding to a single X-ray images. Effective dose was estimated based on DAP and parameters of the examination using tissue coefficients from ICRP Publications 60 and 103. DAP to effective dose conversion coefficient were estimated both for the individual patient projections and for the whole examination. Results: The developed model of a fluoroscopic examination allowed to estimate effective dose with a low uncertainty. A correlation analysis was performed. Patient weight, structure of the examination and total irradiation timed were the main factors contributing to the effective dose. Highest effective dose contribution was observed for the irradiation in anterior-posterior projection; lowest – for the lateral and oblique projections. X-ray image dose contribution accounted for less than 10 percent of the total patient dose. Estimated conversion coefficients exceeded the values provided in national guidelines on effective dose estimation by the factor of up to 1,5. Average patient effective doses from fluoroscopic examinations are similar to the doses from CT examinations of the same anatomical region with contrast. Results: The results of the study indicate the following: 1. DAP and effective dose are mostly influenced by the weight of the patient. Height has a weak correlation with patient doses, as well as other anthropometric parameters (sex and age). BMI has a stronger correlation compared to the sole weight. It was not possible to achieve a significant correlation between the diagnosis of the patient and structure and parameters of the examination. 2. DAP and effective dose significantly correlate with the total irradiation time and irradiation speed, number of fluoroscopic phases and X-ray images. 3. The developed model of a fluoroscopic study allows to determine effective dose with a low uncertainty, allowing to consider all parameters and structure of an examination. A model can be adjusted according to the required accuracy of the results. 4. Estimated conversion coefficients exceed the values provided national guidelines on effective dose estimation by the factor of up to 1,5. Hence they are comparable with the data from other sources.