Extracto
Aplicaciones
detección del cáncer de pulmón con TC se ha recomendado recientemente para disminuir la mortalidad por cáncer de pulmón . La dosis de radiación de la TC, sin embargo, debe mantenerse tan bajo como sea razonablemente posible para reducir los posibles riesgos estocásticos de las radiaciones ionizantes. El propósito de este estudio fue calcular las dosis pulmonares de los pacientes individuales y estimar los riesgos de cáncer en una dosis baja de TC (DCT local) en comparación con un protocolo de TC dosis estándar (SDCT).
Materiales y Métodos
Este estudio incluyó a 47 pacientes adultos (edad media de 63,0 ± 5,7 años) sometidos a una TC de tórax en un escáner de doble fuente de tercera generación. 23/47 pacientes (49%) tuvieron una mayor SDCT pecho no, 24 pacientes (51%) fueron sometidos a LDCT a 100 kVp con conformación espectral a una dosis equivalente a una radiografía de tórax. distribuciones de dosis 3D se obtuvieron a partir de simulaciones de Monte Carlo para cada paciente, teniendo en cuenta su tamaño corporal y el protocolo de TC individuo. Sobre la base de las distribuciones de dosis, dosis pulmonares específicos para cada paciente se calcularon y se calculó el riesgo relativo de cáncer de acuerdo con las recomendaciones BEIR VII.
Resultados
En comparación con SDCT, el protocolo LDCT permitió orgánica significativa la dosis y la reducción de riesgo de cáncer (p & lt; 0,001). En promedio, la dosis de pulmón se redujo de 7,7 a 0,3 mGy mGy utilizando DCT local, que se asoció con la reducción del riesgo de cáncer de 8.6 a 0.35 por 100.000 casos. Se encontró una fuerte correlación lineal entre la dosis de pulmón y diámetro efectivo del paciente para ambos protocolos (R
2 = 0,72 y R
2 = 0,75 para SDCT y DCT local, respectivamente).
Conclusión
el uso de un protocolo LDCT de TC de tórax con una dosis equivalente a una radiografía de tórax permite una reducción significativa dosis de pulmón y el cáncer de las radiaciones ionizantes
Visto:. Saltybaeva N, Martini K, T Frauenfelder , Alkadhi H (2016) Órgano dosis y atribuible riesgo de cáncer en el cáncer de pulmón de cribado con bajas dosis de la tomografía computarizada. PLoS ONE 11 (5): e0155722. doi: 10.1371 /journal.pone.0155722
Editor: Thomas Behrens, Universität Bochum, Alemania |
Recibido: 2 Febrero de 2016; Aceptado: 3 Mayo de 2016; Publicado: 20-may 2016
Derechos de Autor © 2016 Saltybaeva et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan
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financiación:.. los autores no tienen ningún soporte o financiación reportar
Conflicto de intereses:. los autores han declarado que no existen intereses en competencia
Introducción
durante la última década, varios estudios se centraron en la tomografía computarizada de baja dosis (DCT local) basado en la detección de cáncer de pulmón [1-5]. De acuerdo con el National Lung Screening Trial (NLST), la detección del cáncer de pulmón con DCT local ha demostrado un beneficio de supervivencia con una reducción del 20% en el cáncer de pulmón mortalidad relacionada [6, 7]. Sin embargo, hay un debate en curso relacionada con la dosis de radiación de LDCT y su riesgo potencial asociado de cáncer de pulmón inducido por la radiación. Esto es particularmente importante para la selección de programas debido a la dosis acumulativa asociada con los exámenes de TC repetidos en grandes cohortes de individuos.
La mayoría de los protocolos LDCT utilizados en los ensayos actuales de detección del cáncer de pulmón se lograron principalmente por la reducción de la corriente del tubo hasta 40 mAs, lo que resulta en dosis efectivas estimadas de 1-1.5mSv por la TC [8-10]. De tercera generación CT de doble fuente está equipado con un escudo de fotones selectivo que elimina fotones de menor energía del espectro de rayos x, lo que permite reducir aún más la dosis de radiación [11]. Estudios recientes han demostrado que la dosis efectiva estimada a partir de la TC de tórax por lo tanto se puede reducir a 0,06 mSv, siendo a nivel de pecho de rayos X convencional, manteniendo una buena calidad de imagen del examen [11-15]. En todos estos estudios se calcularon las dosis efectivas basadas en el índice CT dosis volumen (CTDI
vol) valores tomados de la electrónica registra protocolos. Aunque este enfoque permite la comparación entre los diferentes protocolos de CT, la CTDI
vol refleja la dosis en fantasmas uniformes y no puede ser utilizada como la dosis específica del paciente [16, 17]. Una evaluación más precisa requiere cálculos de dosis de órganos que toman el hábito corporal de cada paciente en cuenta. Además, la dosis órgano individual es también una mejor medida para estimar el riesgo del paciente, debido a que la dosis eficaz es para la estimación de la exposición a la radiación de poblaciones enteras y no para las personas [17-19]
.
El objetivo de este estudio fue calcular las dosis de pulmón de pacientes individuales y vida riesgo atribuible de cáncer de pulmón de un protocolo de LDCT del pecho a una dosis de radiación equivalente a la de una radiografía de tórax y comparar estos valores con los de un protocolo de TC de tórax estándar. Desde la detección del cáncer de pulmón se recomienda para las personas entre las edades de 55 y 74 años [10, 20], nos hemos centrado nuestro estudio explícitamente en los pacientes en este grupo de edad.
Materiales y Métodos
Paciente población
En el estudio participaron 47 pacientes consecutivos entre 55 y 74 años de edad (edad media de 63,0 ± 5,7 años; 27 hombres, edad media 64,0 ± 5,8 años y 20 mujeres, con una edad media de 63,0 ± 6,9 años) que eran remitido a nuestro servicio para la TC no mejorada pecho. La media del índice de masa corporal (IMC) fue de 26,3 ± 5,6 kg /m
2. Las indicaciones para la TC de tórax fueron las siguientes: enfermedad difusa del parénquima pulmonar (n = 23); este grupo se sometió a formación de imágenes CT con nuestro protocolo de dosis estándar (SDCT), y el seguimiento de los nódulos pulmonares conocidos (n = 15) y sospecha de infección pulmonar en pacientes inmunodeficientes (n = 9); estos últimos pacientes (n total = 24) fueron sometidos a formación de imágenes con nuestro protocolo LDCT describe a continuación.
Este estudio tuvo la aprobación local junta de revisión institucional (Kantonale Ethikkommission Zürich) para su uso retrospectiva de las imágenes de TC, de la que la información de identificación ha sido remoto. escrito el consentimiento informado se renunció debido a la naturaleza retrospectiva del estudio.
TC y reconstrucción
Todos los pacientes fueron escaneados cráneo-caudal en una tercera generación de 192 cortes escáner de TC de doble fuente (SOMATOM Fuerza, Siemens Healthcare, Forchheim, Alemania) operado en el modo de una sola fuente.
Veinticuatro de los 47 pacientes (51%) fueron escaneados con el protocolo SDCT con selección automática del voltaje de tubo a base de atenuación (CAREkV, Siemens) y la modulación de la corriente del tubo a base de atenuación (CareDose4D, Siemens) con valores de referencia de calidad de 120 kVp y 70 mAs. Los otros veintitrés pacientes (49%) fueron escaneados con LDCT a 100 kVp y con un producto de tiempo actual tubo de referencia de calidad de 45 mAs, como se muestra anteriormente [11, 13, 15]. Un 0,6 mm Sn-filtro se utiliza para la conformación espectral mediante la eliminación de fotones de baja energía del espectro. Un lanzamiento de 1.2, colimación de 0,6 × 96 mm mediante el punto focal z-vuelo, y un tiempo de rotación del gantry de 0,5 segundos se utilizaron para ambos protocolos. Todas las imágenes de TC fueron reconstruidas usando un grosor de corte de 2 mm, un incremento de 1,6 mm, y se utiliza un kernel de convolución tejido aguda (Bl64) con IR modelado avanzado (ADMIRE) a un nivel de intensidad de 3, como se indica anteriormente [13].
calidad de imagen análisis
Un lector (KM, con dos años de experiencia en radiología), que no participan en el análisis cualitativo, coloca cinco región circular de interés (ROI) en el tejido graso subcutáneo de cada paciente escaneada con SD y DCT local. El tamaño retorno de la inversión se fijó en 380 mm
2. ruido media de imagen se define como la desviación estándar de la atenuación en ROIs consecutivo en diferentes posiciones rebanada, tal como se muestra previamente en otro lugar [13].
Para ambos grupos de pacientes, la calidad de imagen subjetiva (de diagnóstico vs. no diagnóstico) era evaluadas por otros dos lectores independientes, (HA, con 15 años de experiencia en radiología, TF con 14 años de experiencia en radiología).
simulaciones Monte Carlo
Monte Carlo (MC) eran simulaciones realizado mediante el uso de una herramienta de software disponible en el mercado (ImpactMC, CT Imaging GmbH, Erlangen, Alemania) para obtener distribuciones de dosis en 3D. La precisión de la herramienta fue validada previamente en los fantasmas antropomórficos para ambos modos de exploración en espiral [21] axial y. MC simulaciones se realizaron con la geometría de tensión escáner, filtración, y el tubo de colimación específica que se utiliza para los respectivos exámenes de TC. imágenes de los pacientes individuales adquiridos de escáner CT se utilizaron como un volumen de entrada para las simulaciones MC. Las curvas de modulación de la corriente del tubo original junto con inicio y final posición angular del tubo se extrajeron de los datos en bruto utilizando una herramienta proporcionada por el fabricante.
dosis de órganos cálculo
Sobre la base de una distribución de dosis 3D , cualquier dosis de órganos dentro del volumen se puede calcular como un valor medio de todos los voxels asignadas a un órgano determinado. Los voxels asociados con el tejido pulmonar fueron identificados en base a los datos de la TC de forma explícita para cada paciente mediante el uso de umbrales basados en HU mundial (el software ImageJ). A continuación, la dosis pulmones se calcula a partir de la distribución de dosis 3D como un valor de dosis media dentro del volumen segmentado.
Con el fin de investigar la dependencia de la dosis de órganos del tamaño del paciente, se midió diámetro lateral de los pacientes individuales de D
diámetro Horizontal y el antero-posterio D
ap el uso de sus imágenes de TC. El diámetro efectivo D
ef se calculó de la siguiente manera: (1) y se usó como un indicador del tamaño del paciente
Evaluación de riesgos
Para estimar el riesgo potencial de cáncer de pulmón inducido por la radiación. el cáncer se utilizó un modelo propuesto por BEIR VII [22]. Este modelo fue diseñado para la estimación de la vida útil del riesgo atribuible de un individuo desarrollar cáncer expuesta. De acuerdo con BEIR VII el riesgo se puede calcular de la siguiente manera: (2) R
n es el número de casos de cáncer por 100'000 personas de un órgano específico de n; D
n es la dosis de órganos en Gy, y k
n
a, g es un coeficiente de riesgo por edad y género específico para órgano n. Los coeficientes k
n
a, g, se tabulan en el informe BEIR VII para hombres y mujeres en edades discretas de 0, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70 y 80 años . Los valores del coeficiente de riesgo a edades intermedias se determinaron mediante interpolación lineal. Dado que el riesgo individual depende no sólo de la dosis de órganos, sino también de la edad del paciente y el género (véase la ecuación 2), los pacientes se dividieron en 3 grupos de edad (55-60 años, 61-67 años, y 68-74 años). Los valores promedio de riesgo dentro de cada grupo de edad se calcularon por separado para los pacientes masculinos y femeninos en ambas cohortes y LDCT SDCT.
Análisis de los datos
Todos los análisis estadísticos se realizaron utilizando el software disponible comercialmente (SPSS, versión 22.0; SPSS, Chicago, IL, EE.UU.). La distribución normal fue probada usando la prueba de Shapiro-Wilk. análisis de poder Post-hoc mostró que un tamaño de muestra de 24 en cada grupo de pacientes proporcionará una correlación de Pearson significativa con un tamaño del efecto medio a un nivel de significación 0,05 y una potencia de 80%. Se realizó un análisis de regresión lineal para evaluar la correlación entre la dosis de pulmón y diámetro efectivo paciente para ambos protocolos SDCT y LDCT. El Student
t-test para
se realizó muestras independientes para determinar el significado de las diferencias en las dosis de pulmón en LDCT y protocolos de pecho SDCT. Lo mismo
t-test se aplicó
para mostrar la diferencia significativa en los valores estimados de riesgo para el protocolo LDCT comparación con SDCT uno. Un
p-
valor de dos colas por debajo de 0,05 fue considerado para indicar una diferencia estadísticamente significativa.
Resultados
ejemplos imagen representativa de dos pacientes explorados con SDCT y con DCT local son proporcionada en la figura 1. la dosis de pulmón para el paciente escaneada con el protocolo SDCT igualó 5,6 mGy, mientras que la dosis de pulmón para el paciente escaneada con DCT local fue de 0,44 mGy. Tanto los exámenes de TC se consideran de calidad de imagen de diagnóstico.
La figura 2 muestra un ejemplo de datos de los pacientes la TC y la distribución de dosis 3D respectiva dentro del volumen de pacientes obtenidos mediante simulaciones MC. Se puede observar que la trayectoria espiral del tubo de rayos x con un paso de 1,2 se refleja por las rayas en espiral en la distribución de la dosis.
Tenga en cuenta la trayectoria en espiral del tubo de rayos x que conduce a distribuciones de dosis heterogéneos.
dosis de órganos
las Tablas 1 y 2 muestran la edad del paciente, sexo, diámetro efectivo, y la dosis pulmonar calculada a partir de simulaciones MC para SDCT y DCT local, respectivamente. Ambas poblaciones de pacientes y SDCT LDCT clasificados por edad y diámetro efectivo se distribuyen normalmente. La dosis media de pulmón fue de 7,7 mGy (rango de 4,9 a 10 mGy) y 0,3 mGy (rango de 0,16 a 0,52 mGy) para SDCT y DCT local, respectivamente.
Los resultados para la dosis de pulmón como una función del tamaño del paciente (diámetro efectivo) para ambos protocolos se muestran en la Fig 3. Con el protocolo SDCT los valores de dosis absolutas a los pulmones eran un orden de magnitud más altos que los del protocolo LDCT (
p & lt; 0
.
001)
. El análisis de regresión mostró una fuerte correlación lineal entre el tamaño del paciente y la dosis de pulmón para ambos protocolos (R
2 = 0,72 y R
2 = 0,75 para SDCT y DCT local, respectivamente).
pulmón el riesgo de cáncer
El tiempo de vida media de riesgo atribuible de cáncer de pulmón de un solo examen de TAC calculado para pacientes hombres y mujeres en los grupos de edad separados se muestra en la figura 4. El valor estimado de riesgo de cáncer para las mujeres fueron significativamente superiores a los de varones en ambos protocolos LDCT y SDCT (
p = 0,004
,
p
= 0,001) (Tabla 1). El tiempo de vida estimado riesgo atribuible de cáncer de pulmón fue significativamente menor para el LDCT en comparación con el protocolo SDCT (
p
& lt; 0,001). El riesgo se redujo con el aumento de la edad del paciente para ambos protocolos.
Discusión
En este estudio se calcularon las dosis pulmonares específicos del paciente y la vida útil estimada atribuible los riesgos de cáncer de TC de tórax. Se compararon dos protocolos diferentes, un SDCT y un protocolo LDCT recientemente introducido con una dosis de radiación equivalente de que a partir de la radiografía de tórax, que se informó de que en el intervalo de 0.02mSv para estudios posteroanterior y en el intervalo de 0,1 mSv para anteroposterior y lateral de tórax estudios [23]. A diferencia de los anteriores investigadores [12-14], hemos realizado las evaluaciones de dosis basado en simulaciones de Monte Carlo, teniendo parámetros examination- y específicos para cada paciente en cuenta. En una comparación con las estimaciones aproximadas basadas en CTDI
valores vol generados automáticamente por el escáner, este enfoque permite no sólo para estimar la dosis efectiva, sino también para calcular la dosis de los individuales de los pacientes a los pulmones, y por lo tanto, para estimar vida de un individuo riesgos atribuibles de cáncer de pulmón.
Este trabajo se centró explícitamente en dosis de pulmón debido a la siguiente razón. En contraste con el curso de la vida el riesgo de cáncer atribuible radiación asociada a la mayor parte de otros órganos, que son más alto a edades más tempranas, el exceso de riesgo de cáncer de pulmón inducida por la radiación es más alta en los mayores de aproximadamente 55 años en la exposición [22, 24]. Nuestro estudio ha demostrado que la dosis a los pulmones puede reducirse significativamente cuando se usa un LDCT en lugar de un protocolo de dosis estándar. Además, hemos podido demostrar una fuerte dependencia lineal entre la dosis de pulmón y el diámetro paciente eficaz para ambos protocolos. Esto puede explicarse por el hecho de que, aunque el escáner CT ajusta los valores de MAS para el tamaño del paciente de acuerdo con una función exponencial, el tejido adiposo adicional en pacientes más obesos sirve como protección natural y por lo tanto, la dosis para los órganos internos aumenta más lentamente y se puede aproximar con una función lineal. Similar dependencia de la dosis de órganos del tamaño del paciente ha demostrado ya por otros investigadores [25].
La evaluación de riesgos realizada en el estudio mostró que para los hombres y mujeres de la vida útil del riesgo de cáncer atribuible es decreciente con la edad del paciente, tanto para LDCT y SDCT protocolos. Esto puede explicarse por el hecho de que el riesgo no es sólo una función de la dosis de órganos, pero también depende en gran medida de la edad del paciente [22]. Por lo tanto, incluso si la dosis de radiación a los pulmones para algunos individuos fue mayor debido al tamaño corporal mayor, el riesgo medio en pacientes de mayor edad (grupo por encima de 60 años de edad) fue menor
.
Aunque se encontró que la curso de la vida del riesgo de cáncer pulmonar atribuible a partir de un único examen LDCT era relativamente bajo, el control sería dar valores de mayor riesgo debido a la necesidad de exámenes de TC repetidos. Por ejemplo, los participantes en el ensayo del NLST recibió un examen anual con TC de baja dosis durante 3 años [26]. En el mayor estudio europeo NELSON, los fumadores actuales o ex fumadores que habían dejado de fumar hace menos de 10 años se sometieron a un examen de TAC en los años 1, 2, 4 y 6 [27]. Las directrices más recientes de la Sociedad Americana del Cáncer y la Red Nacional Integral del Cáncer recomienda el cribado LDCT para las personas por encima de 55 en cada año hasta los 74 años [28]. Por lo tanto, el número de procedimientos de examen de TC en programas de cribado de cáncer varió con el factor de 3 hasta 25. Teniendo en cuenta la dosis media de pulmón, de 7 mGy y 0,3 mGy y correspondiente riesgo de cáncer de vida de 8,6 y 0,35 casos por cada 100.000 habitantes a partir de una sola SDCT y DCT local, respectivamente, tal como se calcula en este estudio, la detección del cáncer de pulmón según lo recomendado por estas sociedades se asocian con un aumento del riesgo de cáncer por vida atribuible hasta 215 y 8,7 casos por 100.000 habitantes para SDCT y DCT local, respectivamente. Por lo tanto, es especialmente importante mantener los valores de dosis de radiación de los exámenes de TC individuales
un precio tan bajo como sea razonablemente posible gratis (el llamado principio ALARA en las imágenes radiológicas con radiaciones ionizantes). Al confirmar los estudios previos, hemos podido demostrar que un protocolo LDCT la aplicación de diversas técnicas de ahorro de dosis de radiación permite la formación de imágenes de pulmón CT en una dosis equivalente a la de una radiografía de tórax (0.06mSv).
Las siguientes limitaciones del estudio debe ser reconocido. En primer lugar, los datos de los pacientes CT utilizados como un volumen de entrada para las simulaciones MC estaba limitada por la longitud de la exploración y, por tanto, no incluye más de escanear efectos en los cálculos. Sin embargo, puesto que en todos los exámenes de TC del volumen pulmonar fue completamente cubierto por el rango de exploración, el efecto de un exceso de escaneado en la dosis de pulmón puede considerarse insignificante [29]. En segundo lugar, la precisión de nuestras estimaciones de riesgo se ve limitada por las incertidumbres de los modelos de riesgo de cáncer actuales, basados en los estudios de vida útil de los sobrevivientes de la bomba atómica. Por otra parte, los coeficientes de riesgo publicados en el informe BEIRVII y usados en este estudio son los promedios estadísticos durante muchos individuos del mismo sexo y edad similar. Por lo tanto, se debe tener cuidado al interpretar los resultados de riesgo para el paciente individual. Sin embargo, la información sobre el riesgo específico del paciente que se presenta en nuestro estudio representa un paso adelante más allá de dosis efectiva hacia la atención personalizada a los pacientes Por último, sólo investigamos un escáner CT de un fabricante. Desde el escudo de fotón único selectivo para la energía es actualmente una técnica única de un proveedor solamente, los resultados de este estudio no pueden extrapolarse a otros sistemas.
En conclusión, nuestro estudio determinó valores de dosis pulmonar del paciente y del examen específica , teniendo en cuenta las evaluaciones de riesgo del paciente, que es obligatoria al balancear los beneficios y riesgos de las radiaciones ionizantes en el contexto de la detección del cáncer de pulmón con TC. Las dosis de pulmón calculados en este estudio mejoran aún más la necesidad de emplear protocolos LDCT a estudios de cribado de pulmón para mantener el riesgo para la población en general tan bajo como sea razonablemente posible.