CC BY
83
Перейти в содержание Вестника РНЦРР МЗ РФ N8.
Текущий раздел: Радиационная медицина
Методика определения оптимальной активности радиофармпрепаратов для проведения радионуклиидных диагностических исследований
Трушин В.И., Фомин Д.К., ФГУ «РНЦРР Росмедтехнологий», г. Москва.
Адрес документа для ссылки: http://vestnik.mcrr.ru/vestnik/v8/papers/trushin_v8.htm Резюме
Разработан метод оптимизации активности РФП, основанный на анализе результатов повседневных радионуклидных диагностических исследований, не требующий проведения экспериментальных исследований с различной активностью.
Ключевые слова: радионуклидная диагностика, радиофармпрепарат, оптимизация активности.
Method of defining the optimal activity of radiopharmaceutical preparation for radionuclide diagnostic examinations.
V.I.Trushin, D.K.Fomin
Federal State Enterprise “Russian Scientific Center of Roentgenoradiology of Rosmedtechnology Department”.
Summary
The authors have worked out method of defining the optimal activity of radiopharmaceutical preparation. That method is based on analysis of daily radionuclide diagnostic investigations. It does not require experimental investigations with various activity.
Key words: radionuclide diagnostics, radiopharmaceutical preparation, optimization of activity.
Реферат
Цель. Разработка методики, не требующей экспериментальных радионуклидных исследований, и не
free license contest Іим
использующей многократные введения радиофармпрепарата различной активности.
Материалы и методы: Предложен метод псевдодинамических измерений для регистрации результатов повседневных радионуклидных исследований, позволяющий ретроспективно определять индивидуально для каждого пациента оптимальную активность. Разработана процедура анализа результатов псевдодинамических измерений для определения априорного значения оптимальной активности радиофармпрепарата (РФП) для потока пациентов.
Результаты: Представлены модификации метода псевдодинамических измерений для оптимизации активности РФП при статических исследованиях, включая режим сканирования тела, при динамических и томографических исследованиях.
Выводы: Разработан метод оптимизации активности РФП, основанный на анализе результатов повседневных радионуклидных диагностических исследований, не требующий проведения экспериментальных исследований с различной активностью.
Оглавление:
Введение.
Материалы и методы.
Метод псевдодинамических измерений для статических исследований.
Режим сканирования.
Динамические исследования.
Томографические исследования.
Технология поиска референсного случая Результаты и их обсуждение.
Выводы.
Список литературы.
Введение.
На основе ранее действовавших нормативных документов [1, 2] были введены [3] три категории пациентов (АД, БД и ВД), для которых были установлены предельно допустимые дозы (ПДД) облучения пациентов. До 1999 года это существенно упрощало процедуру выбора вводимой активности радиофармпрепарата (РФП) при радионуклидных исследованиях и автоматически решало юридические аспекты правомочности использования выбранных значений активности.
В действующей на настоящее время публикации [4] Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) в пункте 5.4.3. не рекомендуется устанавливать пределы доз. В Российской Федерации (РФ) эта норма автоматически была перенесена в НРБ-99 [5]. Исключение делается только для научных исследований практически здоровых лиц, при которых годовая эффективная доза не должна превышать 1 мЗв. Ввиду определяющего значения НРБ-99 приведем цитату, касающуюся пределов дозы при медицинском облучении «5.4.1. ... Принципы контроля и ограничения радиационных воздействий в медицине основаны на получении необходимой полезной диагностической информации или терапевтического эффекта при минимально возможных уровнях облучения. При этом не устанавливаются пределы доз, но используются принципы обоснования назначения радиологических медицинских процедур и оптимизации мер защиты пациентов...».
Фактически НРБ обязует производителей РФП и учреждения, применяющие РФП, проводить оптимизацию активности.
Производители РФП указывают рекомендуемый диапазон вводимой активности для каждого препарата. Однако эти рекомендации призваны обеспечить полноту получения диагностической информации для всех гамма-камер, которыми оснащены медицинские учреждения. Гамма-камеры с высокими техническими характеристиками, особенно, гамма-камеры, произведенные после 2000г, позволяют получить полную диагностическую информацию с использованием меньшей активности вводимых РФП. При этом уменьшается вероятность стохастических эффектов и снижается себестоимость исследования из-за экономии РФП.
Процедура оптимизации вводимой активности в РФ, как и в других странах, не регламентирована. В клинической практике эта задача, как правило, решается с использованием различной вводимой активности в группе пациентов, имеющих схожую клиническую картину. Последующий сравнительный анализ результатов исследований позволяет выбрать оптимальную активность. Фактически эта процедура в юридическом плане является экспериментом, т.к. индивидуальная вводимая активность для конкретного пациента может оказаться избыточной или, что совсем нежелательно, недостаточной для получения диагностической информации.
Целью исследования является разработка методики оптимизации вводимой активности, основанной на
анализе результатов текущих клинических радионуклидных исследований.
Перейти в оглавление статьи >>>
Материалы и методы.
При увеличении количества вводимого РФП всегда будет наблюдаться улучшение качества изображения за счет уменьшения статистической погрешности измерений, обусловленной случайным характером радиоактивного распада и случайным характером регистрации излучения. Однако, начиная с некоторого количества РФП (назовём это количество базовой оценкой - Аб ), дальнейшие его увеличение, несмотря на улучшение четкости сцинтиграмм,
практически не будет сопровождаться получением дополнительной диагностической информации из-за конечного пространственного разрешения используемой гамма-камеры. Такая базовая оценка является наиболее приемлемой с позиции обеспечения радиационной безопасности пациента, т.к. при этом в процессе медицинского обследования достигается максимальная диагностическая информативность без излишнего облучения пациента [6].
Для каждого конкретного клинического случая, исследуемого на конкретной гамма-камере, будет своя базовая оценка активности в пересчёте на килограмм веса пациента. Априорно до проведения исследования, как правило, нельзя дать оценку качества сцинтиграфического изображения, которое ещё предстоит получить. Для выбора оптимальной активности в качестве тестового изображения необходимо использовать только типично трудные для визуального распознавания случаи (малые размеры очага аномального накопления, минимальный перепад в накоплении РФП, высокий фон от окружающих тканей и т.п.). В дальнейшем изложении такие случаи будем называть референсными. При такой процедуре выбора Аб с использованием референсного клинического случая
автоматически будет обеспечено получение всей необходимой диагностической информации для более простых в плане интерпретации сцинтиграмм.
Определение оптимальной активности осуществляется в два этапа. На первом этапе по изложенной ниже методике проводится ретроспективное определение индивидуальной оценки величины Аб для группы пациентов.
Эта технология имеет свою специфику для статических, для динамических и для томографических исследований. На втором этапе по методике, общей для всех видов исследований, выявляется референсный случай и определяется оптимальное значение Аб базовой величины для потока больных.
Перейти в оглавление статьи >>>
Метод псевдодинамических измерений для статических исследований.
free license contest
Гамма-камеры разных моделей обеспечивают практически линейную зависимость скорости счёта от измеряемой активности до загрузок (10000-30000) имп./сек. Эти загрузки не достигаются при проведении подавляющего большинства радионуклидных исследований (за исключением некоторых методик, использующих ультракорокоживущие радионуклиды с периодом полураспада несколько минут). В пределах указанного диапазона загрузок, при прочих равных условиях, качество сцинтиграммы характеризуется значением экспозиции измерений «Э», независимо от соотношения времени измерений «Г» и введённой активности «А», т.е от
Э = А-Т. (1)
Следовательно, необходимо оптимизировать экспозицию измерений.
Для того, чтобы избежать экспериментальных исследований над пациентом, предлагается методом псевдодинамических измерений смоделировать случаи измерения с разной экспозицией в рамках проведения только одного стандартного разрешенного исследования пациента [7].
Экспозиция выбирается на основании рекомендаций производителя РФП или по рекомендациям научных публикаций [8]. Диагностическое исследование пациента ( с номером «і» ) проводится в режиме динамического исследования с постоянной экспозицией по времени и количеством кадров не менее 20 (псевдодинамическое исследование). С помощью системы обработки данных строятся суммарные сцинтиграммы, полученные за один кадр, за два кадра, за три кадра и т.д. вплоть до сцинтиграммы, полученной суммированием всех кадров. Полученный набор сцинтиграмм эквивалентен набору измерений указанного клинического случая с разными экспозициями (активность фиксированная, а время измерения равно произведению количества кадров на время измерения одного кадра). По такому набору методом экспертных оценок определяется сцинтиграмма, полученная с наименьшей экспозицией и отражающая все диагностические признаки. Эта наименьшая экспозиция будет оптимальной для данного пациента. Значение найденной экспозиции разделим на вес пациента и обозначим величиной Зі . Технология поиска референсного случая, общая для всех методик, представлена ниже в изложении
второго этапа оптимизации.
Перейти в оглавление статьи >>>
Режим сканирования.
В процессе сканирования детектор гамма-камеры измеряет каждую точку сцинтиграммы за одинаковое время, зависящее от скорости сканирования «V» и эффективного размера детектора Н в направлении сканирования. Это позволяет поставить в соответствие сканирующему режиму измерений статический режим за эквивалентное
время.
В потоке обследуемых пациентов на основании результатов сканирования выявляются случаи и участки тела, «трудные» для измерения. Путем исследования этих участков с помощью дополнительных псевдодинамических измерений по представленной выше методике для статических измерений определяется оптимальная экспозиция Эб,ст .
Качество сцинтиграммы, полученной в режиме сканирования зависит от отношения введенной активности (Аб,ск ) к скорости движения детектора (V). Это отношение можно рассматривать как значение экспозиции измерений в режиме сканирования (Эб,ск). Оптимальные режимы сканирования можно рассчитать из оптимальной экспозиции для соответствующих статических измерений
Для гамма-камеры с прямоугольным детектором величина Н равна размеру полезного поля зрения детектора в направлении сканирования. Для круглого детектора с диаметром полезного поля зрения, равного X),
При динамических измерениях анализируются как сцинтиграфические изображения, по которым строятся зоны интереса, так и кривые, отображающие динамику содержания РФП в этих зонах интереса. Поэтому референсный случай может соответствовать или сцинтиграфическому изображению, полученному на изучаемом этапе динамического процесса, или соответствовать динамической кривой с зоны интереса. Если для обеих этих ситуаций определить собственное базовое значение вводимой активности, то в качестве итогового базового значения Аб,дн необходимо выбрать максимальное из двух полученных значений. Практика показывает, что
референсный случай, как правило, соответствует сцинтиграфическому изображению. Это объясняется тем, что для формирования качественного двумерного изображения требуется зарегистрировать больше импульсов, чем для получения качественной одномерной динамической кривой.
( 2 )
3 -
б,СК у я
Я
( 3 )
Перейти в оглавление статьи >>>
Динамические исследования.
Для ретроспективного определения оптимальной активности для конкретного пациента предлагается проводить запись динамического исследования во вспомогательном режиме с длительностью кадров в п-раз меньшей, чем при стандартных измерениях. Величину п рекомендуется выбирать больше 10, учитывая возможности системы обработки данных на имеющейся гамма-камере. Удобно проводить обработку результатов при п=12. При таком режиме измерения вместо любого одного кадра стандартного измерения будет получено п вспомогательных кадров, сумма которых будет равна этому стандартному кадру. Если при обработке результатов измерения выделить и впоследствии брать только каждый второй кадр или только каждый третий кадр или только каждый четвертый кадр и т.д. , то в результате мы смоделируем набор измерений, соответствующих случаям, как если бы использованная активность для данного пациента была в два, три, четыре и т.д. раз меньше реально введённой активности (А). Каждое такое смоделированное «прореженное» измерение подвергается стандартной обработке.
При построении сцинтиграмм, отражающих стандартные этапы динамического процесса, необходимо суммировать выделенные кадры (каждый второй, третий, четвёртый и т.д.) Анализируя набор полученных сцинтиграмм, изучая возможность построения на них зон интереса и сравнивая результирующие кривые можно определить минимальную активность, необходимую для исследования данного пациента.
При наличии соответствующих систем обработки данных можно смоделировать полный набор измерений, эквивалентных использованию активностей из следующего ряда
1 , 2 , 3 , Я-1 , (4)
— ■А -'А -'А -----А
п , п , п ... п , А
Для этого в каждой группе из последовательно расположенных п кадров в обработку надо брать один кадр, два кадра, три кадра и т.д.. Это позволит с большей точностью определить оптимальную активность.
Перейти в оглавление статьи >>>
Томографические исследования.
При томографических измерениях, также как и при планарных статических измерениях, необходимо определить оптимальную экспозицию измерения, т.е. произведение активности на время регистрации излучения (Эт) в одном положении детектора.
Если на основании анализа результатов томографического исследования пациента с использованием стандартного времени измерения можно отнести этот случай к «трудным» в плане качества интересующего нас участка изображения, то рекомендуется провести три дополнительных измерения. Время регистрации каждой
проекции при первом дополнительном измерении должно составлять 1/8 часть от времени стандартного измерения, при втором дополнительном измерении - 1/4 часть, а при последнем третьем измерении - 1/2 часть от времени стандартного измерения. Все три измерения необходимо проводить подряд без изменения положения пациента, при этом общее время проведения всех трёх дополнительных измерений не будет будет составлять 75% от общего времени обследования пациента по стандартной методике. На трёх реконструированных томограммах выбирают один и тот же слой, в котором находится изображение интересующего нас участка. Таким образом будет получено три томографических изображения «трудного» участка, измеренных с разной экспозицией. Просуммировав с помощью средств системы обработки томограммы первого и второго дополнительного измерения, получим томограмму, измеренную за 3/8 частей от времени стандартного измерения. Аналогично, проводя суммирование первого и третьего измерения, второго и третьего измерения, а также суммирование всех трёх дополнительных измерений, получаем семь томограмм, измеренных со следующими экспозициями:
1 2 3 4 5 6 7 (5)
8 ,3 ,8 ,8 ,8 ,8 ,3
Дополнительно к этим 7 томограммам имеется исходная томограмма, измеренная с экспозицией Эт , т.е. всего имеется 8 томограмм для определения оптимальной экспозиции.
Если априорно до проведения томографических исследований из дополнительных данных можно отнести пациента к «трудным для интерпретации» случаям, то целесообразно провести четыре измерения со следующими экспозициями:
1 2 4 8 (6)
15 ,15 ,15 ,15 .
Суммарное время измерения всех четырёх томограмм будет равно стандартному времени измерения. Просуммировав с помощью средств системы обработки томограммы первого и второго измерения, получим томограмму, измеренную за 3/15 частей от времени стандартного измерения. Аналогично, проводя суммирование первого и третьего измерения, второго и третьего измерения, а также суммирование первых трёх измерений, получаем семь томограмм, измеренных с экспозициями с шагом в 1/15 часть от времени стандартного измерения. Далее, поочерёдно суммируя эти семь томограмм с последней измеренной томограммой, в итоге получаем пятнадцать томограмм со следующими экспозициями:
л »5 :л ( 7 )
15 , 15 ... 15 , 15 ... 15
Таким образом, при наличии указанной априорной информации, проведя четыре [указанных в формуле (7)]
измерения с суммарными временем, равным стандартному времени измерения, получим возможность
смоделировать 15 томограмм для определения оптимальной экспозиции.
Перейти в оглавление статьи >>>
Технология поиска референсного случая.
1. На потоке больных проводятся псевдодинамические исследования контрольной группы пациентов, что не затрудняет процедуру исследования и не увеличивает их продолжительность. Кроме сцинтиграмм фиксируется суммарное количество зарегистрированных импульсов. Количество обследованных пациентов в контрольной группе должно быть не менее 50 человек. Если в отношении конкретного пациента имеется априорная информация о том, что этот случай близок к референсному, то такой пациент в приоритетном порядке включается в контрольную группу.
2. Результаты сцинтиграфических исследований контрольной группы пациентов обрабатываются и интерпретируются стандартным образом по суммарному кадру, полученному за всё время измерений.
3. Формируется группа врачей-экспертов в количестве не менее 3 человек. В состав экспертов должны входить врачи, проводящие данное сцинтиграфическое исследование. Ввиду того, что качество интерпретации сцинтиграмм зависит от опыта врача, в состав экспертов в обязательном порядке должен быть включён врач данного подразделения с наименьшим клиническим опытом. Именно для этого врача наиболее вероятно применение большей экспозиции измерений с целью обеспечения условий для корректной интерпретации сцинтиграмм.
4. Каждый эксперт независимым образом (в отсутствии других экспертов) проводит ретроспективный анализ результатов сцинтиграфического обследованной контрольной группы пациентов, на основании которого выявляет 10 случаев с наиболее трудными, в плане качества изображения, сцинтиграммами. Выделенные случаи упорядочиваются по степени сложности интерпретации и каждому из них присваивается ранг в виде целого числа от 1 до 10. Наиболее простому случаю соответствует ранг 1, а наиболее сложному - ранг 10.
5. Группы, сформированные и ранжированные каждым экспертом, сводятся в объединенную группу.
6. Из состава объединённой группы формируется референсная группа в количестве п=5 человек. Для этого
вычленяется общая группа, которая состоит из пациентов, выделенных всеми экспертами ( k пациентов). Способ формирования направлен на включение в референсную группу наиболее трудных случаев для всех экспертов и зависит от величины k .
a. Если k=n . Пациенты, выделенные всеми экспертами, составляют референсную группу.
b. Если к>п . Для каждого пациента из общей группы рассчитывается среднее значение ранга из соответствующих значений, выставленных каждым экспертом. Список таких пациентов располагается в порядковой шкале путём сортировки по трём признакам в порядке уменьшения их величины. Первый признак - среднее значения ранга, второй - максимальное значение ранга пациента среди оценок различных экспертов и третий признак - клинический опыт эксперта. Таким образом, в начало порядковой шкалы помещаются пациенты с самым большим значением среднего ранга и далее по мере убывания среднего ранга. Среди пациентов с одинаковым средним рангом в начало помещаются пациенты с максимальным значением ранга пациента среди оценок различных экспертов. Если первые два признака идентичны у нескольких пациентов, то такие пациенты располагаются по мере уменьшения клинического опыта врача, присвоившего максимальный ранг, учитываемый во втором признаке. В состав референсной группы включаются пациенты, занимающие первые п мест в упорядоченном списке.
c. Если ^п . Пациенты, выделенные всеми экспертами включаются в референсную группу. Составляется группа из пациентов, не вошедших в общую группу. Список этих пациентов упорядочивается путем сортировки по аналогии с пунктом 6.Ь. Первые "п-к" пациентов из упорядоченного списка дополнительно включаются в референсную группу. В результате в референсную группу будет включено п пациентов.
7. Для каждого пациента из референсной группы средствами системы обработки данных на основе данных псевдодинамического исследования по представленной выше технологии строится серия сцинтиграмм, представляющих из себя: один кадр, сумму двух кадров, сумму трёх кадров и т.д. вплоть до сцинтиграммы, полученной суммированием всех кадров.
8. Каждый эксперт независимым образом (в отсутствии других экспертов) анализирует полученные серии сцинтиграмм для каждого пациента из референсной группы. Для каждого пациента находит сцинтиграмму, полученную суммированием наименьшего количества кадров и эквивалентную по диагностической информации сцинтиграмме, полученной суммированием всех кадров.
9. Необходимая экспозиция для этого клинического случая будет равна произведению трёх величин: введенной активности, умноженной на количество кадров в найденной сцинтиграмме и умноженной на время измерения одного кадра.
10. Для каждого пациента из оценок всех экспертов выбирают максимальное значение необходимой экспозиции. Такая экспозиция обеспечивает возможность корректной интерпретации сцинтиграфического исследования данного пациента всеми экспертами.
11. Необходимую экспозицию для конкретного пациента делят на его вес в килограммах и умножают на 70, тем самым получают экспозицию, приведенную к условному стандартному весу в 70 кг.
12. Таким образом для референсной группы из "п" человек будет получено "п" оценок оптимальной базовой экспозиции, приведённой к стандартному весу. В этом ряду определяют максимальную (Э^^Х) и минимальную
оценку (Этп), а также типичный разброс оценок ( DЭ)
3 -Э . (8)
_ тах тш
.
13. Из полученных оценок определяют базовое значение экспозиции (Эб), соответствующее референсному случаю. Наиболее близкой оценкой является величина Этах . Однако она получена из ограниченной выборки
пациентов. Для учёта возможных флуктуаций этой оценки при расчёте базового значения экспозиции, приведённой к стандартному весу, вводится поправка
Э£ = Э + АЗ (9)
Предложенная тактика сводит к минимуму временные затраты исследователя на выявление референсного случая. По данным исследования референсного случая для найденного оптимального значения экспозиции целесообразно определить суммарное количество зарегистрированных импульсов. Это количество может быть рекомендовано в дальнейшем для задания режимов измерения.
Конкретные значения Аб для статических и томографических исследований определяются максимальным
временем измерения Тб, при котором пациент по своему физическому состоянию может неподвижно лежать на
протяжении всего исследования и при котором лаборатория может обеспечить обследование потока больных в данном лечебном учреждении. Такой подход основан на представлении о том, что недопустимо снижать Аб при
исследовании конкретных пациентов за счёт отказа в диагностическом обследовании других пациентов,
нуждающихся в радионуклидных исследованиях. Перейти в оглавление статьи >>>
Результаты и обсуждение.
В идеальном случае, если рассматривать все стадии развития патологического процесса, начиная от нормы и до конкретных форм его проявления у конкретного пациента, то принципиально невозможно ввести понятие референсного случая. Любому случаю, претендующему на роль референсного можно противопоставить более ранние формы развития заболевания у этого же пациента, сопровождающиеся более сложными в плане распознавания сцинтиграммами.
В реальной ситуации поток больных в подавляющем большинстве случаев представлен пациентами, у которых уже появились клинические изменения, побудившие их обратиться к врачу. А первые клинические проявления заболевания, начинаются с конкретных стадий развития патологического процесса.
Основную массу пациентов, которым проводится радионуклидные исследования, составляют онкологические больные или больные с подозрением на наличие рака. Все состояния пациента, имеющего клинические проявления заболевания, выявляются на любой гамма-камере. Технические характеристики гамма-камер избыточны, в плане возможности выявления заболевания в существующем потоке пациентов. Имеющиеся технические резервы используются для детализации описания выявленного патологического процесса и для снижения вводимой активности РФП.
Если при поиске референсного случая было получено, что
АЭ_ , С1» >
э
тах
то это свидетельствует о том, что референсный случай найден корректно и вероятность возможных последующих уточнений крайне мала. Если указанное соотношение не выполняется, то необходимо дополнительно включить в контрольную группу еще 50 человек и заново повторить процедуру поиска референсного случая.
Перейти в оглавление статьи >>>
Выводы.
- Метод псевдодинамических измерений позволяет ретроспективно определять оптимальную активности РФП для любого пациента из реального потока больных и не требует проведения экспериментальных исследований
open in browser customize free license contest pdfcrowd.com
с использованием дополнительно введения препарата.
- Процедура поиска референсного случая в совокупности с разработанной технологией оптимизации позволяет учесть технические возможности используемой гамма-камеры и квалификацию работающих врачей.
Перейти в оглавление статьи >>>
Список литературы.
1. Нормы радиационной безопасности НРБ-76/87, М., Энергоатомиздат, 1988, 160 стр.
2. Основные санитарные правила ОСП-72/87, М., Энергоатомиздат, 1988, 160 стр.
3. Правила и нормы применения открытых радиофармацевтических препаратов в диагностических целях. Методические указания. № 2813-83.
4. Публикации № 60 Международной комиссии по радиологической защите
5. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99) СП 2.6.1.758-99
6. Трушин В.И. Принципы трактовки норм радиационной безопасности пациента применительно к радионуклидным диагностическим исследованиям.- В кн.: Материалы международной научно-практической конференции «Радиационная безопасность в медицине». г.Суздаль, 2003г, стр. 170-171.
7. Трушин В.И. Методика оптимизации вводимой активности радиофармпреперата при радионуклидных диагностических исследованиях.- В кн.: Материалы международной научно-практической конференции «Радиационная безопасность в медицине». г.Суздаль, 2003г, стр. 1168-170.
8. Стандартизованные методики радиоизотопной диагностики. Методические рекомендации. № 10-11/141 от 05.12.85, Обнинск, 1987, 386с.
Перейти в оглавление статьи >>>
© Вестник РНЦРР Минздрава России © Российский научный центр рентгенорадиологии Минздрава России
