Научная статья на тему 'МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОГО РИСКА МЕДИЦИНСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ С УЧЁТОМ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТЕЙ МОДЕЛИ РИСКА'

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОГО РИСКА МЕДИЦИНСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ С УЧЁТОМ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТЕЙ МОДЕЛИ РИСКА Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

CC BY
63
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РАДИАЦИОННЫЙ РИСК / МЕДИЦИНСКОЕ ОБЛУЧЕНИЕ / КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ / ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА / DLP / ЭФФЕКТИВНАЯ ДОЗА / КОЭФФИЦИЕНТЫ ПЕРЕСЧЁТА / НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ОЦЕНОК РИСКА / ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / СТАНДАРТНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ

Аннотация научной статьи по медицинским технологиям, автор научной работы — Кащеев В. В., Пряхин Е. А., Меняйло А. Н.

В представленной работе был выполнен анализ различных факторов, влияющих на неопределённости модели оценки радиационного риска при компьютерной томографии (КТ). Рассмотрены неопределённости дозы облучения, обусловленные погрешностями измерения или методами оценки доз, а также размером сканируемой области, типом КТ-сканера и т.д. Выполнена актуализация данных для метода расчёта эквивалентных доз в отдельных органах и тканях и расчёта величины пожизненного радиационного риска развития рака при проведении типовых обследований с использованием КТ. Были определены коэффициенты пересчёта величины Dose Length Product (DLP) - меры поглощённой дозы облучения за всё КТ-исследование при КТ органов грудной клетки, брюшной полости и головы в величины эквивалентных доз в отдельных органах и тканях, подверженных радиационному воздействию. Данные были актуализированы для 15 современных компьютерных томографов с разной геометрией сканирования пациента. Оценка неопределённости пожизненного радиационного риска осуществлялась с помощью оценок 95% доверительных интервалов для средних значений коэффициентов пропорциональности дозы. Рассчитаны стандартные отклонения, связанные со спецификой дозового распределения, геометрией сканирования и другими факторами, оказывающими влияние на неопределённости оценок радиационного риска. В ходе имитационного моделирования были определены органы и ткани, подвергающиеся наибольшему радиационному воздействию при КТ органов грудной клетки, брюшной полости и головы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по медицинским технологиям , автор научной работы — Кащеев В. В., Пряхин Е. А., Меняйло А. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

METHODOLOGY FOR ESTIMATING THE RADIATION RISK OF MEDICAL EXPOSURE DURING COMPUTED TOMOGRAPHY CONSIDERING THE UNCERTAINTIES OF THE RISK MODEL

The paper presents analysis of different factors affecting the uncertainty model for estimating radiation risk from computed tomography (CT). Uncertainties in radiation doses estimates caused by measurement (instrumental) errors or used dose estimation methods, the size of the scanned area and the type of CT scanner. The uncertainty of radiation dose due to measurement errors or dose estimation methods, the size of the scanned area and type of a CT scan may cause the uncertainties as well. Data used for calculating equivalent doses in individual organs and tissues and for calculating lifetime radiation risk of cancer development due to routine CT testing were updated. Conversion factors for DLP, a measure of radiation dose a patient received during CT exams of thoracic, abdomen and head organs, were determined and used for conversion of the CT doses to equivalent doses for individual organs and tissues exposed to radiation. Data for 15 state-of-the-art CT scanners with varying scanning geometry were updated. Uncertainties in lifetime radiation risk were determined by estimating 95% confidence intervals for mean dose-proportionality ratios. Standard deviations related to specific dose distribution, scanning geometry and other factors that impact on uncertainty of radiation risk estimates were calculated. The standard deviations associated with the specifics of the dose distribution, scanning geometry and other factors affecting the uncertainties of radiation risk assessments were calculated. In the course of simulation modelling, organs and tissues were identified that are most exposed to radiation during CT of the chest, abdomen and head.

Текст научной работы на тему «МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РАДИАЦИОННОГО РИСКА МЕДИЦИНСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ С УЧЁТОМ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТЕЙ МОДЕЛИ РИСКА»

DOI: 10.21870/0131-3878-2023-32-2-47-55 УДК 614.876:616-073.756.8

Методика оценки радиационного риска медицинского облучения при прохождении компьютерной томографии с учётом неопределённостей модели риска

Кащеев В.В., Пряхин Е.А., Меняйло А.Н.

МРНЦ им. А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России, Обнинск

В представленной работе был выполнен анализ различных факторов, влияющих на неопределённости модели оценки радиационного риска при компьютерной томографии (КТ). Рассмотрены неопределённости дозы облучения, обусловленные погрешностями измерения или методами оценки доз, а также размером сканируемой области, типом КТ-сканера и т.д. Выполнена актуализация данных для метода расчёта эквивалентных доз в отдельных органах и тканях и расчёта величины пожизненного радиационного риска развития рака при проведении типовых обследований с использованием КТ. Были определены коэффициенты пересчёта величины Dose Length Product (DLP) - меры поглощённой дозы облучения за всё КТ-исследование при КТ органов грудной клетки, брюшной полости и головы в величины эквивалентных доз в отдельных органах и тканях, подверженных радиационному воздействию. Данные были актуализированы для 15 современных компьютерных томографов с разной геометрией сканирования пациента. Оценка неопределённости пожизненного радиационного риска осуществлялась с помощью оценок 95% доверительных интервалов для средних значений коэффициентов пропорциональности дозы. Рассчитаны стандартные отклонения, связанные со спецификой дозового распределения, геометрией сканирования и другими факторами, оказывающими влияние на неопределённости оценок радиационного риска. В ходе имитационного моделирования были определены органы и ткани, подвергающиеся наибольшему радиационному воздействию при Кт органов грудной клетки, брюшной полости и головы.

Ключевые слова: радиационный риск, медицинское облучение, компьютерная томография, эквивалентная доза, DLP, эффективная доза, коэффициенты пересчёта, неопределённости оценок риска, имитационное моделирование, стандартное отклонение.

Введение

В настоящее время ионизирующее излучение широко используется в медицине. Его вклад трудно недооценить и, тем не менее, его использование вносит определённый риск, связанный с радиационным облучением органов и тканей пациента, или, например, врача-радиолога. Одним из главных методов диагностики, связанных с ионизирующим облучением, является рентгеновская компьютерная томография (КТ). Данный метод диагностики позволяет визуализировать тело пациента или его анатомические области путём цифровой обработки данных, полученных от компьютерного сканирования на томографе. Компьютерная томография - это метод диагностики, связанный с повышенной дозовой нагрузкой на организм, в отличие, например, от флюорографии или рентгенографии. Компьютерная томография от общего числа процедур в нашей стране составляет всего 3,3%, но вклад в ежегодную дозу медицинского облучения вносит наибольший, что составляет 47,8% от всего медицинского облучения в России [1, 2]. Также нужно учитывать всё большую востребованность КТ как средства эффективной диагностики в различных областях медицины: от диагностики травм до выявления онкологических заболеваний и т.д. Так, в России с 2004 по 2016 гг. число ежегодно пройденных процедур КТ на душу населения выросло почти в 4 раза: в среднем с 1,3 процедур в 2004 г. до 9,3 процедур в 2016 г. и продолжает

Кащеев В.В. - зав. лаб., к.б.н.; Пряхин Е.А.* - науч. сотр.; Меняйло А.Н. - вед. науч. сотр., к.б.н. МРНЦ им. А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ «НМИЦ радиологии» Минздрава России.

•Контакты: 249035, Калужская обл., Обнинск, ул. Королёва, 4. Тел.: (484) 399-32-81; e-mail: [email protected].

расти [1, 2]. При этом происходит постоянное развитие технологий, связанных с КТ. В связи с этим становится актуальной проблема оценок радиационного риска при КТ, а также факторов, влияющих на неопределённости при таких оценках. В первую очередь к таким факторам нужно отнести неопределённости, связанные с моделями радиационного риска на основе рекомендаций МКРЗ 2007 г. [3]. Кроме того, весомый вклад в неопределённость радиационных рисков вносит неопределённость дозы облучения, обусловленная погрешностями измерения или методами оценки данных доз, область и размер сканируемой области, тип томографа и т.д.

Данная статья посвящена анализу методов оценок эквивалентных и эффективных доз при КТ, а также факторов, влияющих на неопределённость оценок радиационного риска при КТ. Целью работы является уточнение и обновление расчётного метода оценки радиационного риска пациента на индивидуальном уровне с учётом неопределённостей модели риска, дозы облучения и других факторов.

Материалы и методы

Анализ методов определения доз в рентгеновской компьютерной

томографии

В основе определения дозы при КТ, как правило, лежат два метода. Первый заключается в измерении параметра CTDI (Computed Tomography Dose Index), второй является расчётным и в его основе лежит математическое моделирование [4, 5].

Методика определения параметра CTDI опирается на данные фантомной КТ-дозиметрии. В её основе лежат измерения дозы на различных фантомах тела человека. Наиболее распространённым на практике является использование пластик полиметилметакрилат фантомов (PMMA - фантомы) [6-8]. Используется отдельно:

1) PMMA - фантом головы (16 см в диаметре). Используют для измерения CTDI головы и шеи у взрослых, а также головы, шеи и туловища у детей;

2) PMMA - фантом туловища (32 см в диаметре). Используют для измерения параметра CTDI при КТ-исследованиях тела взрослого человека.

Параметр CTDI определяется конструктивными особенностями КТ-сканеров и их техническими характеристиками, такими как сила тока, напряжение рентгеновской трубки и т.д. Данная величина не зависит от характеристик пациента. Чтобы определить поглощённую дозу за всё КТ-исследование, вводят параметр DLP:

DLP = Zi(CTDIw x(NxT)x n)., (1)

где DLP - произведение дозы на длину (мГрхсм); CTDlw - взвешенное значение CTDI (мГр); NxT-общая коллимация пучка рентгеновского излучения (см); n - количество срезов или ротаций (в зависимости от типа сканера). Затем от параметра DLP можно уже перейти к эффективной дозе E:

E = Ylk(DLPkxe°LP), (2)

где DLPk - величина, равная произведению дозы на длину сканирования k-ой анатомической области (мГрхсм); eDLP - нормализованная эффективная доза k-ой анатомической области взрослого человека (18 лет и старше): 0,0023 мЗвхмГр-1хсм-1 для головы, 0,017 мЗвхмГр-1хсм-1 для грудного отдела и 0,015 мЗвхмГр-1хсм-1 для брюшной полости [9].

Одним из самых точных методов измерения дозы с помощью фантомов является термолюминесцентная дозиметрия [6, 7]. В данном методе используют антропоморфные фантомы

Андерсона-Рандо, которые имитируют скелет мужчины или женщины, а также содержат тканеэк-вивалентные материалы органов и тканей человека. Данный метод позволяет напрямую измерить органные поглощённые дозы и с помощью взвешивающих коэффициентов рассчитать эффективную дозу. Из недостатков данного метода можно отметить трудоёмкость и дороговизну его использования.

Вторым методом определения дозы при КТ служит вычислительный метод. На основе данных о типе КТ-сканера, его фирмы производителя, а также технических параметров можно смоделировать распределение органных доз. Немаловажную роль в данной методике играет область сканирования пациента, её размер, а также содержание протокола сканирования. Вычисления производятся на основе справочных таблиц, полученных методом Монте-Карло, в результате получаем информацию о CTDI, DLP и эффективной дозе для определённых заданных параметров для «стандартного пациента» [10]. Преимуществом данного метода можно назвать его относительную дешевизну, а недостатком - относительную точность в сравнении с прямыми измерениями доз на фантомах.

Важно отметить, что ни один из рассмотренных методов сам по себе не подходит для оценок радиационного риска на индивидуальном уровне.

Методика определения эквивалентных доз на основе величины DLP

В наших предыдущих статьях [11, 12] была подробно рассмотрена методика получения органных доз на основе параметра DLP. Её суть заключается в оценке распределения величин эквивалентных доз по органам и тканям в зависимости от области сканирования. Рассчитывался коэффициент пропорциональности /£, равный отношению величины органной дозы конкретного органа или ткани Т к величине органной дозы нормирующего органа для к-ой анатомической области сканирования. Значения доз моделировались в работе [11] методом Монте-Карло для различных марок и типов компьютерных томографов с помощью программы CT-Expo у2.1.

Используя типичное распределение органных доз для к-ой анатомической области сканирования, можно получить значение органной дозы для соответствующего органа или ткани по формуле:

НТ = /г Х НN, (3)

где НТ - доза конкретного органа или ткани Тдля к-ой анатомической области сканирования; ^ - коэффициент пропорциональности дозы; - доза нормирующего органа или ткани для к-ой анатомической области сканирования. Были выбраны следующие нормирующие органы (ткани) в зависимости от области сканирования: лёгкие для грудного отдела, желудок для брюшной полости и мозг при исследовании головы.

Таким образом, при сканировании к-ой анатомической области формула (2) может быть представлена в виде:

ОЬРкхе°к1Р = ЪптХГТхН1;1. (4)

И, если ^ для конкретного органа или ткани известно, то можно рассчитать дозу нормирующего органа для к-ой анатомической области сканирования, используя формулу:

нк = кЬРкХе^

В данной работе был рассмотрен широкий спектр КТ-сканеров, при этом учитывалась не только марка производителя, но и различная геометрия сканирования пациента. Были получены коэффициенты пропорциональности дозы fj для следующих анатомических областей сканирования: грудь, брюшная полость и голова. Моделирование доз выполнялось с использованием компьютерной программы CT-Expo v2.4, для следующих типов томографов: Axial CT, Spiral CT, Multislice CT. Перечень моделей и фирм производителей представлен в табл. 1. Результаты были получены для взрослых пациентов: фантома взрослого мужчины (Адам, рост 170 см, вес 70 кг) и для фантома взрослой женщины (Ева, рост 160 см и вес 60 кг) [13].

Таблица 1

Модель и фирма-производитель КТ-сканеров, используемых для оценок

коэффициентов fj

Производитель Модель

Siemens Somatom HQ Somatom DRG Force (BS normal) Sensation 10/16 Sensation 40/64

GE Revolution EVO LightSpeed VCT-Ser. VFX 16

Philips Mx8000 Quad Tomoscan AV-Serie Briliance 64

Toshiba Aquilion Lightning Aquilion RX

Hitachi Scenaria 64 Supra

Вариации областей сканирования (с z- до z+), т.е. значения координат начала и окончания сканирования брали теми же, что и в работе [11].

Методика оценки неопределённостей модели пожизненного

радиационного риска

Оценка неопределённостей пожизненного радиационного риска при использовании разработанной нами методики осуществляется с помощью оценок 95% доверительных интервалов для среднего значения. В данном случае используется метод прямых статистических испытаний, когда по закону нормального распределения разыгрываются все основные параметры модели рисков и дозы облучения. Важно отметить, что значимый вклад в неопределённость радиационных рисков вносит неопределённость дозы облучения, обусловленная погрешностями измерений и методов оценки.

Алгоритм для процедуры имитационного моделирования выглядит следующим образом. Сначала генерируются случайные значения параметров модели риска, затем случайные реализации эквивалентных доз облучения. С использованием нашей методики оценок риска на основе параметра йЬР выполняется случайная генерация эквивалентных доз, полученных с помощью коэффициентов пропорциональности дозы /£. При этом вначале по закону нормального распределения генерируются случайные реализации ^ с соответствующими средними и стандартными отклонениями. Затем, по описанному выше методу, используя полученные случайные реализации коэффициентов /*, вычисляются органные дозы для всех рассматриваемых органов и тканей.

Далее по полученным случайным реализациям параметров модели, а также органных доз вычисляется избыточный абсолютный риск заболеваемости раком для всех рассматриваемых локализаций для конкретного достигнутого возраста [14, 15]. Таким образом, формируются выборки пожизненного атрибутивного риска размером в 10000 элементов для каждой рассматриваемой локализации опухоли. По данным выборкам оцениваются верхняя и нижняя 95% доверительные границы (табл. 2).

Результаты и их обсуждение

С использованием компьютерной программы CT-Expo v2.4 для 15 современных компьютерных томографов разной геометрии сканирования было выполнено моделирование эквивалентных доз с целью оценки пропорциональности коэффициентов /Т для следующих анатомических областей сканирования: грудной отдел, брюшная полость и голова. Средние величины коэффициентов пропорциональности дозы /Т, а также стандартные отклонения а, связанные со спецификой дозового распределения, геометрией сканирования и другими неопределённостями, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Коэффициент пропорциональности дозы (/Т) органа или ткани Т относительно дозы на лёгкие, желудок и мозг при КТ различных анатомических областей пациента

Орган или ткань Коэффициент пропорциональности дозы /Т±о

грудной отдел брюшная полость голова

Мозг 0,014+0,013 - 1*

Слюнные железы 0,423+0,254 0,010+0,003 0,186+0,041

Щитовидная железа 0,742+0,501 0,011+0,002 0,055+0,007

Молочная железа 1,123+0,078 0,454+0,231 -

Пищевод 0,791+0,878 0,061+0,075 0,001+0,000

Лёгкие 1* 0,412+0,114 0,001+0,000

Печень 0,520+0,232 0,974+0,033 -

Желудок 0,414+0,196 1* -

Толстый кишечник 0,012+0,006 0,963+0,157 -

Яичники 0,011+0,006 0,973+0,146 -

Мочевой пузырь +0,001 1,133+0,136 -

Красный костный мозг 0,324+0,021 0,512+0,080 0,145+0,076

Поверхность кости 0,694+0,064 0,704+0,043 0,233+0,076

Кожа 0,301+0,040 0,461+0,060 0,078+0,012

Остальные 0,492+0,052 0,710+0,023 0,017+0,007

* - нормирующий орган (ткань) для к-ой анатомической области.

Как видно из табл. 2, наибольшие дозовые нагрузки приходятся при КТ в области сканировании грудной клетки на лёгкие, молочные железы и пищевод. Также сравнительно высокая доза у щитовидной железы и поверхности кости. При КТ в области брюшной полости наибольшие дозы имеют желудок, печень, толстый кишечник, яичники и мочевой пузырь. Как и в предыдущем нашем исследовании при КТ в области головы, выделяются дозы на головной мозг и хрусталик глаза.

Разработанная нами методика оценки эквивалентных доз, в отличие от метода прямой оценки доз с использованием различных фантомов, является более простой и не требует специального дорогостоящего оборудования. Кроме того, различные компьютерные программы, моделирующие эквивалентные дозы с использованием метода Монте-Карло, дают результаты для каких-то определённых заданных параметров для «стандартного пациента» и не подходят для

оценок радиационного риска на индивидуальном уровне. Наша методика, если известны величина йЬР и анатомическая область сканирования, позволяет смоделировать эквивалентные дозы на органы и ткани при конкретной КТ-процедуре для конкретного пациента. Полученные органные дозы, а также простая информация из протокола КТ-обследования (общая величина DLP, пол, возраст и т.д.) позволяют оценивать пожизненный радиационный риск онкологической заболеваемости от данного обследования на индивидуальном уровне. Зная историю облучения пациента, т.е. какие КТ-обследования проходил пациент в течение жизни, используя наш метод оценки эквивалентных доз, можно оценивать величину пожизненного атрибутивного риска многократного облучения, а также делать прогноз возможных радиационных рисков только назначаемых новых КТ-обследований уже с учётом истории облучения пациента.

Заключение

В современном мире происходит постоянное развитие и усовершенствование технологий, связанных с рентгеновской компьютерной томографией. Появляются новые модели КТ-сканеров или происходит усовершенствование старых моделей. В первую очередь изменения направлены на улучшение качества визуализации метода диагностики с одновременной оптимизацией дозо-вой нагрузки. Методики оценок радиационного риска также требуют усовершенствований, отвечающих развитию технологий компьютерной диагностики.

В данной статье мы актуализировали метод оценки радиационных рисков на основе величины параметра DLP для современных компьютерных томографов с учётом неопределённостей модели риска, неопределённостей доз облучения, связанных с методиками их оценки, а также неопределённостями, возникающими из-за выбора размеров области сканирования. Было выполнено имитационное моделирование, в ходе которого описанный ранее алгоритм повторялся 10000 раз. Была сформирована статистическая выборка, состоящая из реализаций величины избыточного абсолютного риска заболеваемости раком, а также пожизненного атрибутивного риска размером в 10000 элементов для каждой рассматриваемой локализации опухоли. По данным выборкам были оценены верхняя и нижняя 95% доверительные границы (табл. 2).

Актуализация данных для разработанной нами методики оценки радиационных рисков при компьютерной томографии на основе величины параметра DLP позволит увеличить точность метода для оценок риска при использовании современных КТ-сканеров, а также оптимизировать дозовую нагрузку на организм пациента.

Литература

1. Кащеев В.В., Пряхин Е.А. Медицинское диагностическое облучение: проблема радиационной безопасности. Обзор //Радиация и риск. 2018. Т. 27, № 4. С. 49-64.

2. Дозы облучения населения Российской Федерации в 2016 году: информационный сборник. СПб.: НИИРГ им. П.В. Рамзаева, 2017. 125 с.

3. ICRP, 2007. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 103 //Ann. ICRP. 2007. V. 37, N 2-4. P. 1-332.

4. The measurement, reporting and management of radiation dose in CT. Report of AAPM Task Group 23: CT dosimetry. College Park, MD: AAPM, 2008. P. 6-11.

5. McCollough C.H., Leng S., Yu L., Cody D.D., Boone J.M., McNitt-Gray M.F. CT dose index and patient dose: they are not the same thing //Radiology. 2011. V. 259, N 2. P. 311-316.

6. Shrimpton P.C., Hillier M.C., Lewis M.A., Dunn M. Doses from computed tomography (CT). Examinations in the UK - 2003 Review. Report NRPB-W67. Chilton, UK: NRPB, 2005.

7. Groves A.M., Owen K.E., Courtney H.M., Yates S.J., Goldstone K.E., Blake G.M., Dixon A.K. 16-detector multislice CT: dosimetry estimation by TLD measurement compared with Monte Carlo simulation //Br. J. Radiol. 2004. V. 77, N 920. P. 662-665.

8. ICRP, 1991. 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 60 //Ann. ICRP. 1991. V. 21, N 1-3. P. 1-211.

9. European guidelines on quality criteria for computed tomography. Report EUR 16262. Luxemburg: Office for Official Publications of the European Communities, 1999.

10. Comprehensive methodology for the evaluation of radiation dose in X-ray computed tomography. Report of AAPM Task Group 111. College Park, MD: AAPM, 2010. P. 11 -17.

11. Кащеев В.В., Пряхин Е.А., Меняйло А.Н., Чекин С.Ю., Иванов В.К. Расчёт эквивалентных доз в отдельных органах и тканях и величины пожизненного радиационного риска развития рака при проведении типовых обследований с использованием компьютерной томографии //Радиация и риск. 2013. Т. 22, № 3. С. 8-20.

12. Иванов В.К., Кащеев В.В., Чекин С.Ю., Меняйло А.Н., Пряхин Е.А., Цыб А.Ф., Меттлер Ф.А. Оценка радиационных рисков на индивидуальном уровне при многократном использовании в диагностических целях компьютерной томографии //АНРИ. 2014. № 1. С. 65-77.

13. Stamm G., Nagel H.D. CT-expo: a novel program for dose evaluation in CT //Rofo. 2002. V. 174, N 12. P. 1570-1576.

14. Ivanov V.K., Tsyb A.F., Mettler F.A., Menyaylo A.N., Kashcheev V.V. Methodology for estimating cancer risks of diagnostic medical exposure: with an example of the risks associated with computed tomography //Health Phys. 2012. V. 103, N 6. P. 732-739.

15. Ivanov V.K., Kashcheev V.V., Chekin S.Yu., Menyaylo A.N., Pryakhin E.A., Tsyb A.F., Mettler F.A.

Estimation of risk from medical radiation exposure based on effective and organ dose: how much difference is there? //Radiat. Prot. Dosim. 2013. V. 155, N 3. P. 317-328.

Methodology for estimating the radiation risk of medical exposure during computed tomography considering the uncertainties of the risk model

Kashcheev V.V., Pryakhin E.A., Menyajlo A.N.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

A. Tsyb MRRC, Obninsk

The paper presents analysis of different factors affecting the uncertainty model for estimating radiation risk from computed tomography (CT). Uncertainties in radiation doses estimates caused by measurement (instrumental) errors or used dose estimation methods, the size of the scanned area and the type of CT scanner. The uncertainty of radiation dose due to measurement errors or dose estimation methods, the size of the scanned area and type of a CT scan may cause the uncertainties as well. Data used for calculating equivalent doses in individual organs and tissues and for calculating lifetime radiation risk of cancer development due to routine CT testing were updated. Conversion factors for DLP, a measure of radiation dose a patient received during CT exams of thoracic, abdomen and head organs, were determined and used for conversion of the CT doses to equivalent doses for individual organs and tissues exposed to radiation. Data for 15 state-of-the-art CT scanners with varying scanning geometry were updated. Uncertainties in lifetime radiation risk were determined by estimating 95% confidence intervals for mean dose-proportionality ratios. Standard deviations related to specific dose distribution, scanning geometry and other factors that impact on uncertainty of radiation risk estimates were calculated. The standard deviations associated with the specifics of the dose distribution, scanning geometry and other factors affecting the uncertainties of radiation risk assessments were calculated. In the course of simulation modelling, organs and tissues were identified that are most exposed to radiation during CT of the chest, abdomen and head.

Key words: radiation risk, medical exposure, computed tomography, equivalent dose, DLP, effective dose, conversion factors, uncertainties in risk estimates, simulation modelling, standard deviation.

References

1. Kashcheev V.V., Pryakhin E.A. Medical diagnostic imaging: radiation safety issues. Review. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2018, vol. 27, no. 4, pp. 49-64. (In Russian).

2. The radiation doses to the Russian population in 2016: information collection. St. Petersburg, Ramzaev's NIIRG Publ., 2017. 125 p. (In Russian).

3. ICRP, 2007. The 2007 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 103. Ann. ICRP, 2007, vol. 37, no. 2-4, pp. 1-332.

4. The measurement, reporting and management of radiation dose in CT. Report of AAPM Task Group 23: CT dosimetry. College Park, MD, AAPM, 2008, pp. 6-11.

5. McCollough C.H., Leng S., Yu L., Cody D.D., Boone J.M., McNitt-Gray M.F. CT dose index and patient dose: they are not the same thing. Radiology, 2011, vol. 259, no. 2, pp. 311-316.

6. Shrimpton P.C., Hillier M.C., Lewis M.A., Dunn M. Doses from computed tomography (CT). Examinations in the UK - 2003 Review. Report NRPB-W67. Chilton, UK, NRPB, 2005.

7. Groves A.M., Owen K.E., Courtney H.M., Yates S.J., Goldstone K.E., Blake G.M., Dixon A.K. 16-detector multislice CT: dosimetry estimation by TLD measurement compared with Monte Carlo simulation. Br. J. Radiol., 2004, vol. 77, no. 920, pp. 662-665.

8. ICRP, 1991. 1990 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 60. Ann. ICRP, 1991, vol. 21, no. 1-3, pp. 1-211.

9. European guidelines on quality criteria for computed tomography. Report EUR 16262. Luxemburg, Office for Official Publications of the European Communities, 1999.

Kashcheev V.V. - Head of Lab., C. Sc., Biol.; Pryakhin E.A.* - Researcher; Menyajlo A.N. - Lead. Researcher, C. Sc., Biol. A. Tsyb MRRC. •Contacts: 4 Korolyov str., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249035. Tel.: (484) 399-32-81; e-mail: [email protected].

10. Comprehensive methodology for the evaluation of radiation dose in X-ray computed tomography. Report of AAPM Task Group 111. College Park, MD, AAPM, 2010, pp. 11-17.

11. Kashcheev V.V., Pryakhin E.A., Menyaylo A.N., Chekin S.Yu., Ivanov V.K. Calculation of equivalent doses to organs and tissues, as well as lifetime attributable risk from typical computed tomography imaging. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2013, vol. 22, no. 3, pp. 8-20. (In Russian).

12. Ivanov V.K., Kashcheev V.V., Chekin S.Yu., Menyaylo A.N., Pryakhin E.A., Tsyb A.F., Mettler F.A. Estimating personal radiation risks attributed to multiple computed tomography scanning. ANRI, 2014, no. 1, pp. 65-77. (In Russian).

13. Stamm G., Nagel H.D. CT-expo: a novel program for dose evaluation in CT. Rofo, 2002, vol. 174, no. 12, pp. 1570-1576.

14. Ivanov V.K., Tsyb A.F., Mettler F.A., Menyaylo A.N., Kashcheev V.V. Methodology for estimating cancer risks of diagnostic medical exposure: with an example of the risks associated with computed tomography. Health Phys., 2012, vol. 103, no. 6, pp. 732-739.

15. Ivanov V.K., Kashcheev V.V., Chekin S.Yu., Menyaylo A.N., Pryakhin E.A., Tsyb A.F., Mettler F.A.

Estimation of risk from medical radiation exposure based on effective and organ dose: how much difference is there? Radiat. Prot. Dosim., 2013, vol. 155, no. 3, pp. 317-328.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.