Optimisasi Dosis CT

Manajemen Dosis membutuhkan kerjasama radiografer, dokter spesialis radiologi, administrator, dan fisikawan medis.

Kontribusi computed tomography (CT) telah berkembang secara luar biasa. Sejak tahun 1970-an dikenalkannya volumetrik scanning dalam bentuk rangkaian tunggal-slice akuisisi tambahan sepanjang sumbu longitudinal (the-z sumbu) pasien . Sebuah bank elemen detektor bersebelahan adalah tersusun sepanjang lingkaran gantry, memungkinkan interogasi dari jaringan di jalur balok berbentuk kipas di berbagai sudut. Sinyal yang dihasilkan dalam detektor oleh kuantitas sinar-x- dilemahkan secara diferensial oleh jenis jaringan konstituen iradiasi-menjadi raw data  untuk rekonstruksi gambar.

Keterbatasan yang signifikan  scanning incremental single slice berpengaruh pada volume parsial . Dalam pendekatan ini, data volumetrik mungkin tidak lengkap, di celah bisa ada di antara lembaran jaringan yang diiradiasi. Hal ini menyebabkan potensi kegagalan untuk menangkap lesi kecil, yang bisa terletak hanya sebagian di dalam volume diperiksa, dengan kontras dikurangi, atau diantara irisan berturut-turut. Selanjutnya dibutuhkan beberapa menit kemudian untuk menyelesaikan scanning single slice , dan scan protokol yang terbatas di kedua arus tabung serta scan yang panjang dengan kapasitas panas tabung sinar-x .

Pada pertengahan 1990-an  dikenalkan CT Helical scanning single slice volumetrik tanpa kesenjangan interslice. Dalam mode ini, data diperoleh terus menerus dan selaras dengan translasi pasien menggunakan daya tinggi tabung sinar-x dan rekonstruksi alogaritma interpolasi untuk mengoreksi data proyeksi noncoplanar (helikal). Scanning lengkap dapat dicapai pada saat menahan nafas tunggal (single breath hold), aplikasi klinis CT sebagai modalitas diagnostik tumbuh untuk mencakup pemeriksaan anatomi yang membutuhkan interogasi secara cepat untuk menghindari  perkaburan dari organ atau gerakan pasien.

Multidetektor CT (MDCT) diperkenalkan dalam dekade terakhir, saat ini fitur 2 sampai 64 multi detektor tersusun sepanjang sumbu-z. Inovasi ini memungkinkan secara simultan akuisisi data atenuasi yang sesuai dengan irisan beberapa yang berdekatan dengan pengurangan bersamaan dalam waktu scan. Terkait dengan munculnya MDCT telah mengembangkan lebar irisan  submillimeter, rendering resolusi spasial yang tinggi di semua bidang dengan kata lain, resolusi isotropik. Imaging Submillimeter telah memungkinkan perluasan aplikasi MDCT untuk memasukkan mereka dengan modalitas pencitraan planar, angiografi paru tersebut untuk meeriksa emboli paru, pneumocolonography CT, dan pementasan onkologi. Selanjutnya, kemampuan ini merupakan prasyarat untuk rekonstruksi 3-D dan rekonstruksi multiplanar dengan kualitas gambar cukup tinggi untuk aplikasi seperti CT angiografi.

Pertimbangan Khusus

Dengan kemapanan inovasi utilitas klinis ini, frekuensi pemeriksaan CT telah meningkat lebih dari lima kali lipat di seluruh dunia dalam dekade terakhir. Selama interval waktu yang sama, CT telah memberikan kontribusi dosis kolektif penduduk yang terus bertambah. Meskipun pemeriksaan CT merupakan sekitar 11% dari semua prosedur pemeriksaan sinar-x di Amerika Serikat, modalitas ini telah diperkirakan akan memberikan lebih dari dua pertiga dari dosis radiasi total dari semua sumber pencitraan radiologi dengan menggunakan radiasi pengion.

Kerugian kesehatan akibat paparan radiasi pengion umumnya diklasifikasikan sebagai deterministik atau stokastik. Cedera deterministik mengakibatkan kematian sel secara signifikan seperti yang terlibat dalam produksi cedera kulit radiogenik , seperti eritema dan memiliki dosis ambang karakteristik , biasanya di urutan beberapa ratus rad. (Meskipun cedera tersebut jarang terjadi dalam prosedur diagnostik, mereka yang paling sering dilihat pada guiding intervensi fluoroskopi. Dengan munculnya  fluoroskopi CT, bagaimanapun juga berpotensi pada pengiriman dosis kulit yang signifikan.) Efek Stokastik meliputi produksi kanker serta diwariskan dalam mutasi genetik. Risiko pengembangan radiogenik yang merugikan kesehatan biasanya dinyatakan dalam dosis efektif. Untuk prosedur sinar-x, efektif dosis yang diukur dalam satuan Sieverts (Sv) adalah dosis diserap ke pembobotan seluruh tubuh  menurut sensitivitas radiasi dari jaringan yang berbeda diiradiasi. Dosis serap (energi yang diserap per satuan massa) untuk setiap volume jaringan yang diberikan biasanya dilaporkan dalam satuan Gy, dimana:

1 Gy = 100 cGy = 100 rad

Sejumlah metrik dosis yang berbeda khusus untuk CT , yang utama yaitu dosis indeks computed tomography (CTDI). Dikembangkan untuk aplikasi dalam single slice CT aksial, CTDI mengkuantifikasi dosis rata-rata single slice dalam serangkaian scan berdekatan. Ini tidak memperhitungkan  scan gaps or overlaping , seperti yang dapat terjadi dalam scanning helical MDCT . Sebuah metrik yang berbeda, CTDIvol, menangkap dosis rata-rata dikirim ke scanning volume, dan dihitung sebagai CTDIvol = CTDIw / pitch (dimana CTDIw adalah CTDI rata-rata di bidang scan, yaitu perbedaan pembobotan rata-rata  dosis pusat dan permukaan untuk protokol yang diberikan). Dosis efektif  ini terkait dengan indeks dosis volumetrik ini melalui penentuan eksperimental faktor konversi yang terkait dengan scanning protokol untuk bagian tubuh yang berbeda. Faktor-faktor konversi yang biasanya dilaporkan dalam satuan dosis efektif:

(MSv) / produk dosis panjang  (DLP) dimana  DLP = CTDIvol x panjang scan

Pertimbangan Khusus tentang dosis CT harus diberikan untuk aplikasi pediatrik. Anak-anak khususnya menimbulkan peningkatan risiko relatif untuk orang dewasa karena radiosensitivitasnya lebih besar dan lebih lama masa hidup dimana cedera radiogenik bisa terwujud. Selanjutnya, karena ukuran organ yang lebih kecil pada umumnya, jumlah yang relatif lebih besar energi yang disampaikan per satuan massa (yaitu, dosis yang lebih besar) untuk teknik tertentu. Pertimbangan yang sama berlaku untuk orang dewasa kecil.

Sejumlah faktor yang berkontribusi terhadap intensitas dosis CT:

1) Mode iradiasi. Berbeda dengan radiografi planar, yang planar oleh alam, melibatkan multi CT - iradiasi angular pasien. Akibatnya, dosis didistribusikan dengan intensitas dasarnya seragam di seluruh pesawat scan daripada dengan intensitas menurun dengan karakteristik kedalaman radiografi. Secara umum, pemeriksaan CT pada bagian tertentu anatomi memberikan dosis yang jauh lebih besar dari radiografi yang setara. Sebagai contoh, dosis efektif diberikan radiografi dan CT dari dada (PA) adalah sekitar 2 dan 800 mRem masing-masing. Besarnya Perbedaan dosis antara CT dan radiografi ada untuk jenis pemeriksaan lainnya.

2) Dosis ke jaringan extraneous. dosis relatif tinggi dikirimkan ke jaringan termasuk dalam pesawat scan tapi tidak kepentingan klinis, seperti payudara di CT thorak. dosis Payudara selama prosedur tersebut terletak dalam kisaran 2 sampai 10 rad dibandingkan dengan rata-rata rata dosis kelenjar sekitar 200 millirad per tampilan di mamografi. Dosis ke seluruh jaringan dalam bidang tampilan di CT maupun yang diiradiasi dengan radiasi sekunder (scatter internal dan eksternal dan kebocoran tabung) berkontribusi pad dosis efektif pasien.

3) volume jaringan Iradiasi. Dengan munculnya Helical MDCT dan waktu rotasi gantry subsecond , dan pilihan scan berdekatan atau tumpang tindih panjangnya scan lebih besar  dapat dicapai dalam waktu yang semakin kurang dan mengakibatkan peningkatan seiring dalam total volume rata-rata jaringan iradiasi. Selanjutnya persyaratan untuk interpolasi profil transmisi dari scan yang berdekatan dalam scanning helikal pada gilirannya memerlukan tambahan rotasi gantry pada rentang scan ekstrem, sehingga volume jaringan yang terkena lebih besar dari volume direkonstruksi. Jenis augmentasi dosis ini diperparah dengan meningkatnya lebarnya aperture .

4) Sifat pembentukan gambar CT. Modalitas yang menggunakan media perekaman gambar dengan rentang dinamis yang terbatas-seperti layar film radiografi telah dikaitkan dengan mereka batas-batas dosis yang dapat direkam tanpa kehilangan informasi.Dalam CT bagaimanapun  adalah modalitas imaging inheren digital yang tidak ada pinalti dosis tersebut. Kualitas foto di CT akan meningkat dengan meningkatnya dosis sebagai tingkat Poisson-penurunan distribusi noise.

5) Scanning protokol Nonoptimized. Dosis survey1 CT NRBP Inggris  menunjukkan bahwa dosis pasien-dosis efisien untuk pemeriksaan yang sama bisa bervariasi hingga faktor 10 antar instansi. Namun, besarnya variabilitas merupakan peningkatan yang signifikan dalam temuan dari survei tahun 1991 oleh kelompok yang sama di mana variasi dosewise atas perintah faktor 40 ditemukan. Perubahan ini, di bagian, hasil kesadaran muncul dari beban radiasi yang dikenakan oleh CT dan penerapan strategi mengurangi dosis berdasarkan usia pasien, habitus tubuh, dan jenis jaringan yang akan dicitrakan.

Dosis Manajemen

Mengingat utilitas CT terbukti dalam memberikan informasi diagnostik secara lengkap pada penyakit ganas dan jinak, tujuan pengelolaan dosis dalam konteks pencitraan medis melibatkan optimasi dosis, bukan hanya pengurangan titik akhir yang menyediakan konten informasi diagnostik maksimum (yaitu , kualitas gambar) pada dosis serendah mungkin. Hubungan antara kualitas gambar dan dosis di CT relatif kompleks, yang melibatkan interaksi dari sejumlah faktor, termasuk kebisingan, resolusi aksial dan longitudinal, dan lebar irisan. Berikut ini adalah gambaran dasar dari parameter yang berdampak dosis dan kualitas gambar, serta menyediakan template untuk evaluasi scanner tujuan yang berbeda atau protokol dalam rangka optimasi dosis.

1) Scanner-Design Parameters.

Scanner geometri. Scanner geometri khususnya, fokus ke isocenter dan jarak fokus ke detektor menentukan pengaruh foton  pada pasien dan oleh karena itu, sangat berguna dalam penciptaan dari suatu gambar. Scanner 'geometri pendek' A  “ berdasarkan hokum kuadrat terbalik” akan memberikan lebih banyak foton x-ray dan kualitas gambar lebih tinggi pada dosis yang lebih tinggi dari pada scanner yang dinyatakan setara 'geometri panjang' menggunakan scan yang sama. Makan perbedaan dalam geometri scanner harus diperhitungkan dengan penerapan scan protokol yang diberikan kepada model scanner yang berbeda.

Efisiensi detektor geometris. Semua scanner multidetektor memiliki pengukuran yang simultan dari profil beberapa dosis secara berurutan tersusun sepanjang sumbu z pasien. Karena kesulitan yang dihadapi dalam kalibrasi sistem multi-detektor yang dihasilkan dari pemaparan dari detektor terluar ke focal spot penumbra (bayangan) radiasi, sistem ini biasanya menggunakan 'overbeaming' dimana lebar yang diiradiasi bagiannya lebih lebar daripada lebar detektor aktif. Dalam sistem ini maka efisiensi kemampuan geometris untuk menangkap semua informasi insiden  (kuanta sinar-x) untuk pembentukan gambar-kurang dari 100%. Untuk efisiensi geometris kurang dari 100%, dosis penumbra adalah 'terbuang' sehubungan dengan rekonstruksi citra, namun tetap memberikan kontribusi untuk dosis pasien.

Kontribusi relatif dari umbra dan penumbra ditentukan  sebagian dengan scanning  geometri khusus, jarak dari focal spot dan balok membentuk filter. Pada akhirnya, penumbra meluas 1,0-1,5 mm pada kedua sisi balok penuh (umbra); efisiensi geometrik scanner single slice pada umumnya100 %. Untuk scanner multidetektor efisiensi geometrik adalah fungsi kuat dengan lebar aperture (bagian tebal nominal x jumlah detektor aktif), dengan lebar yang sempit yang paling efisien.

Efisiensi Geometris dapat didekati untuk semua jenis scanner dan konfigurasi detektor sebagai:

lebar aperture (mm) / [lebar aperture + 2xlebar penumbra  ]

Dengan asumsi lebar penumbra dari 1,5 mm, ketebalan bagian 0,5 mm, dan lebar collimation (aperture)  2 mm (yaitu, konfigurasi detektor 4 x 0,5 mm-khas scanner empat-slice), efisiensi geometrik akan berkisar 40%. Perhatikan bahwa untuk scanner 16-slice menggunakan lebar lobang 8 mm untuk ketebalan bagian yang sama (0,5 mm), efisiensi geometrik akan lebih besar dari 70%.

2) Scanning Parameter.

Tegangan dan arus Tabung. Radiasi output dan penetrasi berkas yang proporsional untuk Scan kVp. Secara khusus, output meningkat seiring kVpn sehingga modifikasi yang signifikan dalam dosis dari pemeriksaan CT dapat dipengaruhi oleh penurunan kVp. Misalnya, pengurangan kVp 120-80 dalam scanning abdomen anak akan menghasilkan penurunan dosis semua parameter lain yang sama lebih dari faktor 3. Namun, penurunan kVp dapat menghasilkan peningkatan noise tanpa kompensasi kenaikan  mA, dan dapat sepenuhnya diterima bila pencitraan pada habitus pasien yang besar dan / atau bagian tebal anatomi, atau ketika pencitraan jaringan atau penyakit dengan kontras inheren sangat rendah. Jika mA meningkat, maka harus ditingkatkan hanya cukup untuk mencapai tingkat pendeteksian lesi yang sama saat mencapai dosis yang lebih rendah.

Rotasi waktu. Kombinasi kecepatan scanning subsecond dan lebar scan submillimeter scan dimungkinkan oleh kemajuan teknologi gantry MDCT, menyajikan masalah yang unik dalam optimasi dosis. paparan radiasi dari setiap scanning bagian ini sebanding dengan produk mA dan waktu rotasi gantry (MAS). Meskipun dalam scanning cepat  kecepatan mengurangi waktu paparan secara keseluruhan dan dosis, tingkat noise akan meningkat tanpa peningkatan arus dalam tabung . Peningkatan tingkat noise akan mengurangi  lesi kecil yang dicurigai. Namun, seperti ditunjukkan sebelumnya, tipis-bagian scanning memungkinkan untuk pengentasan pengaruh secara  volume parsial yang dapat berfungsi untuk mengimbangi peningkatan noise.

Hubungan antara dosis, lebar aperture (collimation), kecepatan meja  , pitch, dan algoritma interpolasi. Untuk helical MDCT , konsep mAs efektif (mAs / pitch) berguna untuk menjelaskan hubungan antara teknik scan  dan paparan radiasi. Di sini, pitch didefinisikan sebagai rasio  kecepatan meja per rotasi gantry untuk aperture lebar. Pitch lebih besar dari 1 mengurangi paparan yang diberikan pada bagian yang discan, tetapi dengan kehilangan resolusi dan terjadi peningkatan noise. Pitch kurang dari 1 meningkatkan eksposi akibat overlaping tumpang pada berkas helikal. mAs Efektif kemudian dapat digunakan untuk membangun skala dosis relatif, dengan meningkatnya dosis pasien dengan total volume diiradiasi yang  pada gilirannya  sebanding dengan mAs efektif. Untuk MDCT, jumlah data set sepanjang sumbu z adalah variabel pitch yang berbeda. Data diinterpolasi lebih dari jarak tetap, dari pada tetap jumlah titik data (proses yang disebut sebagai z-filtering), seperti yang lebar irisan yang sama dan karakteristik noise dapat dicapai tanpa pitch.

Rekonstruksi filter. Noise Gambar dan resolusi spasial sangat ditentukan oleh pilihan kernel konvolusi. Filter ini pada berbagai tingkat  menekan pengaruh noise dan peningkatan resolusi secara khusus untuk tugas pencitraan , standar, jaringan tulang, soft tisu, dan paru-paru, Misalnya  Kemampuan suatu rekonstruksi filter tertentu untuk mereproduksi subyek inhern dalam foto sebagai fungsi dari frekuensi spasial diukur oleh fungsi transfer modulasi (MTF).

Pendekatan untuk Optimasi Dosis

Kuantitatif. Berbagai tokoh merit (FOM) telah dikembangkan untuk mengukur kualitas gambar berdasarkan resolusi, dosis, lebar bagian, dan noise. Satu FOM tersebut adalah Q, yang berkaitan numerik parameter untuk kualitas gambar sebagai

Q = √ [f3 av/σ2 z1 CTDIvol]

mana f3av adalah resolusi spasial rata-rata (yaitu, nilai rata-rata 10% dan 50% MTF ), s adalah persen noise gambar , dan z1 adalah lebar dari profil irisan tergambar. Pendekatan ini memerlukan pengukuran noise dan resolusi spasial untuk berbagai filter rekonstruksi pada dosis tetap (CTDIvol) dan lebar irisan. Salah satu pendekatan untuk tujuan optimasi dosis diatasi ketika dosis di mana noise dan resolusi diukur terkendala menjadi kurang dari atau sama dengan Referensi tingkat dosis American College of Radiologi (kepala [otak]: 60 mgy; tubuh orang dewasa: 35 mgy ; dan pediatrik tubuh: 25 mgy).

Faktor-Faktor Penyebab CT Intensitas Dosis

1. Cara iradiasi Multi angular .
2. Dosis untuk jaringan extraneous.
3. Iradiasi meningkatkan volume jaringan dengan lebar aperture dan scan berdekatan.
4. pencitraan digital tidak membawa pinalti dosis: meningkatkan kualitas gambar  dengan tingkat dosis.
5. penyedia Imaging tidak mengoptimalkan protokol scanning.

Terapan. Di US Food and Drug Administration Kesehatan Masyarakat Pemberitahuan November 2001,2 ditekankan bahwa mitigasi dosis signifikan CT dapat dicapai oleh fasilitas dengan penerapan konsep manajemen dosis mendasar:

1. mengoptimalkan scan parameter dengan mengurangi tabung saat ini, baik sebagai pilihan dapat dipilih oleh pengguna scan atau dengan memilih scanner yang menampilkan modulasi sudut dan z-sumbu mA sesuai dengan ketebalan jaringan sepanjang proyeksi yang diberikan;
2. mengembangkan pedoman ditabulasikan untuk pengaturan tinggi dan arus disesuaikan dengan berat badan;
3. meningkatkan tabel kenaikan atau pitch (aksial dan heliks scan, masing-masing) jika memungkinkan tanpa mengurangi kualitas gambar;
4. mengurangi jumlah scan multifasa; dan
5. mengurangi arahan yang tidak tepat dan merekomendasikan modalitas intensifyang memberikan dosis yang sedikit seperti MRI, ultrasound, dan radiografi-bila memungkinkan.

Pada akhirnya, manajemen dosis CT membutuhkan tim profesional-teknolog, dokter, administrator, dan fisikawan medis-untuk memastikan bahwa penggunaan paling efektif dan bijaksana alat diagnostik yang luar biasa.