Dosisoptimering af CT oversigt over abdomen

Transkript

1 Dosisoptimering af CT oversigt over abdomen Radiografuddannelsen 7. semester Bachelorprojekt 4. eksterne prøve Udarbejdet af: Vejleder: Skole: Christian Engsbro Hold 59 Rikke Vinterberg Professionshøjskolen Metropol Campus Rådmandsmarken Sigurdsgade København N Anslag: Afleveringsdato 6. januar 2009 Projektet må gøres til genstand for udlån

2 Abstract Dosisoptimering af CT oversigt over abdomen Optimizing dose of CT of the acute abdomen Formål: At sikre patienten lavest mulig dosis ved CT OOA, samtidig med at de diagnostiske informationer bibeholdes. Problemstilling og afgrænsning: Undersøgelsen OOA flyttes fra konventionel røntgen til CT. Tidligere studier viser doser msv ved CT OOA. Et nyt studie har undersøgt billedkvaliteten ved ultra lav dosis (ULD) CT OOA med en middeldosis på 2,1 msv. ULD protokollen var tilstrækkelig til at diagnosticere højkontrastopløsnings forhold som fri luft, sten ileus mv. Sensitiviteten faldt til 86 % ved diagnosticering af bløddele såsom akut pancreatit mv. Projektet vil optimere en standard CT OOA protokol. Den optimerede protokol skal kunne visualisere patologi som akut pancreatit og reducere dosis fra standard CT OOA samt fastholde billedkvaliteten. Dosis ved standard CT OOA er beregnet til 5,5 msv. Metode: Projektet benytter et fantom til at teste 6 forsøgsprotokoller mod standard protokollen. Fantomet er en akrylkasse med gelatine, hvori en svinelever er indlejret. Leveren er et homogent organ og giver mulighed for at måle støjniveauet ved den enkelte protokol. Støjniveauet måles via region of interest (ROI). Der foretages 10 scanninger ved hver protokol. ROI måles ved samme 2 snit og placering i leveren. Støjmålingerne er statistisk sammenholdt via en 2 sidet anova og parrede T-test på et 5 % signifikansniveau samt korrigeret ved Bonferroni-korrektion for T-test. Resultaterne fra scanningerne sammenholdes med studiet omkring ULD CT OOA. Dosis beregnes via en Monte Carlo baseret dosisberegner fra Impactscan. Dosisberegningerne er uden hensyntagen til AEC. Resultater: Anovaen viste signifikant forskel på protokollerne (P = 0,0001). Ved gennemgang af T-test kunne en protokol, hvor mas reduceres med 10 %, sættes lig standard protokollen. Protokoller med lavere algoritme end standard, havde et

3 signifikant lavere støjniveau. lavkontrastopløsningen (LKO) blev bedret ved forsøgsprotokollerne, som anvendte en lavere algoritme trods mindre dosis. Den optimale protokol til visualisering af LKO reducerede dosis til 4,4 msv. Konklusion: Undersøgelsen CT OOA bør inddeles ud fra indikationer. Ved LKO indikationer kan en protokol med effektiv dosis på 4,4 msv anvendes og ved HKO indikationer en ULD protokol 2,1 msv. Billedkvaliteten fastholdes samtidig med at dosis reduceres.

4 Indholdsfortegnelse 1.0 Indledning Problemstilling Afgrænsning Problemformulering Nøglebegreb Metode Grundlæggende metodeovervejelser Litteratur Teoribøger Artikler Ultra lavdosis CT OOA Choice of Phantom Material and Test Protocols to Determine Radiation Exposure Rates for Fluoroscopy CT scanner automatic exposure control systems, Report Opsætning af protokoller Overvejelser ved optimerede protokoller Billedkvalitet Opbygning af fantom Statistisk sammenligning af billedkvalitet Dosis Monte Carlo dosisberegner Data til dosisberegning CT parametre mas Pitch Snittykkelse Algoritme AEC Tube modulation DoseRight ACS Rotations AEC - D-DOM AEC i længdeaksen - Z-DOM Valg af CT parametre Indsamling af empiri fra scanninger Valg af protokoller og beregning af dosis Opsætning fantom Måling af støjniveau Præsentation af støjmålinger Statistisk sammenligning af målinger Vurdering af empiri Diskussion Diskussion af samlet empiri Diskussion af metode Konklusion Perspektivering Litteraturfortegnelse 47

5 1.0 Indledning Dette bachelorprojekt er henvendt til fagpersoner, som har et forudgående kendskab til modaliteten CT. Det forudsættes, at læseren har et grundlæggende kendskab til CT teknikken, hvorfor nogle aspekter i projektet kan være forudindtaget ifht. faglig viden. Projektets formål er at vise væsentligheden af at optimere CT protokoller. Læseren kan gennem projektet få værktøjer til at gennemføre eventuelle optimeringer af andre protokoller. Undersøgelsen, oversigt over abdomen (OOA), er på flere hospitaler ved at blive ændret fra konventionel røntgen til CT, og direkte ændret til CT som fortrukne modalitet på nogle hospitaler. Dette belyses gennem hospitalers hjemmesider og instrukser, som oplyser om dette (bilag 1 & 2). Ligeledes er fokus på procedureændringen vist gennem foredrag om CT OOA på Dansk Radiologisk Selskabs (DRS) landsmøde 2007 samt Foreningen af Radiografer i Danmarks landsmøde Procedureændringen giver anledning til at overveje patientdosis ved CT, da antallet af undersøgelser ved CT generelt er stigende (1). Det er derfor væsentligt at optimere CT protokollen, således at en tilfredsstillende billedkvalitet opnås ved lavest mulige dosis. Opgaven har til formål at have fokus på optimering af en CT protokol, således at dosis reduceres, samtidig med at billedkvaliteten fastholdes. 2.0 Problemstilling Kravet til radiografer er, iflg. Bekendtgørelse nr. 975 af 16. december 1998, at sikre lavets mulige patientdosis samtidig med en tilfredsstillende billedkvalitet (2, kap. 13). Derfor skal arbejdet med CT scanneren inkludere optimering af de enkelte protokoller. Arbejdet i klinikken på 7. semester har vist, at protokoller oftest ændres ved følgende årsager: Opsættelse af ny scanner Dosis høj ifht. referencedoser Ændring af protokoller grundet diagnostiske formål 5

6 Der er ingen faste rammer for optimering af CT protokollerne på klinikstederne, jeg har erfaring fra. Billeddiagnostiske afdelinger har i det forgangne årti implementeret kvalitetsudvikling som en fast procedure i afdelingerne. Kvalitetssikring i sundhedsvæsenet er praktiseret siden 1990 erne, og har en central rolle i udviklingen af den daglige praksis (3, s. 13). Tankegangen herfra kan overføres til optimering af CT protokoller for at sikre en gunstig udvikling af billedkvalitet og patientdosis. Figuren viser den kontinuerlige kvalitetsudviklingsproces (3, s. 25). Ved at følge processen kan optimeringen af CT protokoller sikre en fortsat udvikling, således at billedkvaliteten bedres og dosis mindskes. Udviklingen af protokollerne skal samordnes med radiologernes ønsker til billedkvalitet, hvilket kan problematisere en samlet indsats mellem hospitaler. Årsagen hertil er, at det er almindeligt kendt, at radiologer har forskellige opfattelser af billedkvalitet, hvorfor samme billedkvalitet ikke er tilfredsstillende på alle afdelinger. Faste krav til billedkvaliteten kunne lette et samarbejde mellem hospitaler for nedbringelse af dosis. Projektet omhandler kvalitetsudvikling ved dosisoptimering af undersøgelsen CT OOA. Netop denne undersøgelse er valgt, da antallet af undersøgelser af OOA er stort, og en eventuel nedsættelse af dosis har stor effekt ifht. forebyggelse af stråleinduceret cancer. 6

7 Figuren viser, at risikoen for stråleinduceret cancer øges med stigningen i dosis (4). Sammenhængen mellem risikoen for stråleinduceret cancer og dosis viser nødvendigheden af at udvikle CT protokoller, således at patientdosis nedbringes. Risikoen for stråleinduceret cancer oplyses af Statens Institut for Strålehygiejne til 50 tilfælde pr ved en effektiv dosis på 1 msv (4). Dette kan anvendes til at beregne effekten af en eventuel nedsættelse af patientdosis. Et norsk projekt, Akutte buksmerter som årsak til innleggelse (5), har afklaret omfanget af patienter, som indlægges med indikationen OOA. Projektet forløb over to 3 måneders perioder, og data skulle indsamles fra 8 hospitaler. Det var dog ikke alle hospitaler, som bidrog med data. Over de forløbne 6 måneder blev 483 patienter indlagt med akutte abdominelle smerter. Antallet af patienter til undersøgelsen væsentliggør muligheden for at diagnosticere patienterne hurtigt, og derigennem spare tid for patienten samt ressourcer for sundhedsvæsenet. Ligeledes skal dosis til patienterne holdes på det laveste mulige niveau for at reducere incidensen for stråleinduceret cancer: 7

8 SIS har ikke tal for udviklingen af antallet af CT undersøgelser i Danmark, hvorfor udviklingen er beskrevet for en enkelt institution. Ovenstående graf viser udviklingen af CT undersøgelser på Esbjerg Sygehus (bilag 3). Udviklingen i antallet af CT undersøgelser på Esbjerg Sygehus underbygger derved den kliniske erfaring om et generelt stigende antal CT undersøgelser. En dansk overlæge afholdt i 2007 et foredrag på DRS s landsmøde i Forskningsarbejdet, som blev fremlagt, havde følgende fordele ved CT OOA frem for OOA (bilag 5): Hurtig us. Flere oplysninger Lavere samlet stråledosis Hurtigere diagnose Mere præcis diagnose Flere diagnoser (som er usynlige på konventionel ooa) Færre løft Færre transporter Færre us. Hurtigere operation Færre indlæggelsesdage Punkterne viser, at ændringen af modalitet har store fordele for patienten samt et økonomisk incitament for hospitalet. Procedureændringen omkring konvertering af undersøgelsen OOA fra konventionel røntgen til CT er ikke foretaget på alle hospitaler endnu. I 2005 fastslog et projekt baseret på 91 patienter, at CT OOA er guldstandard ifht. konventionel røntgen (6). Konventionel røntgen af OOA er vurderet ineffektivt til at diagnosticere ikke traumatisk akut abdominel patologi hos voksne. Ikke traumatisk akut patologi er bl.a. akut appendicitis, akut pancreatit, inflammatoriske tarmsygdomme, ileus mv. CT OOA havde en sensitivitet på 96 % og specificitet på 95,1 % ifht. de akutte abdominelle patologier. Til sammenligning havde konventionel røntgen en 8

9 sensitivitet på 30 % og specificitet på 87,8 %. Patientdosis er i studiet angivet til 12 msv for mænd og 17 msv for kvinder(6). Dosis ved konventionel røntgen af OOA er ved et dansk hospital angivet til 2,6 msv (bilag 4). Den øgede præcision for CT som modalitet påfører en væsentlig større undersøgelsesdosis, hvilket medfører en højere risiko for stråleinduceret cancer. Påvisningen af konventionel røntgen af OOA som ineffektiv målt med CT OOA giver anledning til at afsøge muligheden af at nedbringe dosis ved modaliteten CT. Patientdosis er behandlet i et andet forskningsprojekt fra juni 2008, som har vurderet billedkvaliteten ved anvendelse af en ultra lavdosis (ULD) CT OOA protokol (7). Forsøget er foretaget på 163 patienter med en middeldosis på 2,1 msv ved scanningerne (7). Forskningsprojektet benytter radiologer til at vurdere den samlede billedkvalitet, men viser også udviklingen i støjniveauet ved at indsætte en region of interest (ROI) i leveren og måle standardafvigelsen i vævsattenuationen. Støjniveauet benyttes til at beskrive billedkvaliteten. I undersøgelsen CT OOA indgår både høj- og lavkontrastområder i abdomen (7). Kravet til datasignal er størst ved lavkontrast (8, s. 115), hvorfor projektet måler støjniveauet i et bløddelsorgan. Resultatet af projektet viser, at den lave dosis er tilstrækkelig til at diagnosticere fri luft, sten samt ileus med en sensitivitet på 100 % og en specificitet på 98,5 %. Ved patologiske fund i bløddele falder den diagnostiske evne: Sensitivitet 86 % og specificitet 95 %.Den lave sensitivitet viser, at ULD CT OOA mister billedkvalitet ifht. fremstilling af lavkontrast (LKO) i abdomen. Dette kan efterlade et ønske om en protokol mellem standard CT OOA og ULD CT OOA. Resultaterne er stadig bedre end sensitiviteten og specificiteten for konventionel røntgen påvist i artiklen fra 2005 af Mackersie mfl. Et materiale fra et sygehus fra 2006 beskriver deres konvertering fra konventionel røntgen af OOA til CT (bilag 3). Afdelingen benytter en 16 slice Siemens CT scanner, hvor der er installeret Siemens Caredose. CT OOA udføres på mistanke om fri luft samt ileus (bilag 3). Sygehuset anvender en ULD CT protokol: 9

10 Siemens Sensation Scanner 16 kv 120 mas 70 Pitch 1,5 Snittykkelse 2 & 5 mm Dosis 1,7 msv Materialet viser, at dosis er beregnet til 2,3 msv uden brug af AEC. Dosis er anslået til 1,7 msv af afdelingen, hvilket svarer til en dosisbesparelse på 30 % ved AEC. Sygehusets referencedosis for konventionelt røntgen af OOA er 1,6 msv, hvorfor argumentationen om øget dosis ved CT udebliver. Undersøgelsen OOA er på Sygehuset flyttet fuldt til CT ud fra nævnte indikationer. På et hospital er procedureændringen OOA delvist foretaget og undersøgelsen foretages primært ved CT efter henvisning fra læge på mellemvagtniveau eller vagthavende læge på billeddiagnostisk afdeling (bilag 2). En læge foretager valget om undersøgelsesmodalitet ud fra patientens indikationer. Undersøgelsen foretages på baggrund af følgende indikationer (bilag 2): Ileus Perforeret hulorgan Uafklaret akut abdomen Toksisk megacolon Koprostase Undersøgelsen er primært anvendt til at scanne efter ovenstående forhold samt inflammatoriske forhold, eks. akut pancreatit, ved akut abdomen En forholdsvis lav dosis anvendes, da billedkvaliteten ikke skal kunne gengive f.eks. meget små metastaser i leveren. Ved beregninger ud fra protokollen (bilag 6) angives 5,5 msv som effektiv dosis (bilag 7) uden medregning af dosisbesparende modulationsprogrammer, som fast anvendes. Mine erfaringer fra flere hospitaler viser, at der er stor forskel på den enkelte radiologs opfattelse af, hvad en CT OOA skal præstere i billedkvalitet. Kravene til billedkvalitet går fra fremvisning af små metastaser i leveren til inflammatoriske forhold i abdomen. 10

11 Det vil være op til det enkelte hospital og radiolog at sammensætte protokoller ud fra ønsket om en given billedkvalitet. Dette vil ske ud fra en definition om, hvornår indikationen indleder en CT OOA eller en CT Abdomen. Min opfattelse af CT OOA er, at undersøgelsen skal kunne gengive patologiske forhold som fri luft, ileus, akut pancreatit mv. Det er en undersøgelse af akut opståede patologier, hvorfor indikationer som metastaser bør undersøges ved CT abdomen. Det stiller større krav til den henvisende eller visiterende læge, som skal ordinere den korrekte undersøgelse. På sigt kan en hensigtsmæssig opdeling af patienter ud fra indikationer medføre en lavere patientdosis, da kravene ved højkontrastopløsning (HKO) og LKO er forskellige. 3.0 Afgrænsning Ved undersøgelsen OOA har tidligere forskningsprojekter vist CT som guldstandard mht. samlet dosis (bilag 5) og billedkvalitet (6). Den enkeltstående CT OOA undersøgelse giver en betydelig effektiv dosis til patienten, hvorfor væsentligheden af at mindske denne er stor. Projektet vil tage udgangspunkt i at optimere en standard CT OOA protokol (bilag 6), og derigennem mindske patientdosis ved den enkelte CT OOA undersøgelse. Den optimerede protokol skal kunne gengive inflammatoriske patologier, såsom akut pancreatit, i abdomen samt fri luft, ileus og lign. Dette projekts CT OOA protokol vil søge at sikre de mistede informationer, ved visualisering af LKO, mellem standard CT OOA protokol og ULD CT OOA. I undersøgelsen indgår både HKO og LKO (7). Dette gennemgås senere i projektet. ULD CT OOA har en tilfredsstillende billedkvalitet til at påvise patologi med HKO (7), hvorfor den optimerede protokol vil afdække forhold som gengives med LKO. LKO kan beskrives gennem støj, hvorfor støjmålinger skal påvise muligheden for at visualisere bløddele (9, s. 172). Projektet skal udmunde i en samlet redegørelse for, hvordan undersøgelsen CT OOA optimeres, så patientdosis holdes på et minimum samtidig med at en tilfredsstillende billedkvalitet fastholdes. 11

12 4.0 Problemformulering Hvordan sikres patienten lavest mulig effektiv dosis ved CT OOA, samtidig med at billedkvaliteten og dermed de diagnostiske informationer bibeholdes? 4.1 Nøglebegreb CT OOA: Standard CT OOA protokol (bilag 6) fra 16 slice Phillips Brilliance. Billedkvalitet: Billedkvaliteten skal kunne gengive patologier i bløddele, der visualiseres ved LKO, som akut pancreatit mv. Det antages at billedkvaliteten for standard CT OOA opfylder disse krav. 5.0 Metode Metodeafsnittet vil blive opbygget således, at den grundlæggende metode for projektet, og baggrunde herfor, vil blive gennemgået som det første. Teoribrugen i projektet er fundamentet for senere valg, hvorfor området behandles næstkommende. Problemformuleringen søges belyst gennem en teknisk tilgangsvinkel med baggrund i opstillede forsøgsprotokoller. I teknikdelen, som omhandler selve udførelsen af forsøgene samt gennemgang af de teoretiske overvejelser herfor, vil protokollerne og indvirkningen på billedkvalitet samt dosis blive gennemgået. Opdelingen af teknikdelen af metodeafsnittet vil være som følger. Projektet vil først gennemgå forsøgsprotokollerne og baggrunden for de valgte parametre. Parametrene er direkte årsag til ændringer i billedkvaliteten, hvorfor påvirkningen af billedkvaliteten vil blive målt. Metoden herfor vil projektet redegøre for. Metodeafsnittet skal vise, hvordan billedmaterialet vil blive vurderet og fremstillet. Endelig vil metodeafsnittet belyse udregningen af dosis, som vil tydeliggøre udviklingen i patientdosis forsøgsprotokollerne imellem. 12

13 5.1 Grundlæggende metodeovervejelser Projektet vil søges belyst gennem brug af teori fra radiografstudiet, artikler fra fagblade mv. samt egne indsamlede data fra scanninger. Projektet vil blive belyst gennem brug af en artikel til at undersøge HKO samt standard CT OOA og forsøgsprotokoller til LKO. Studiet vil blive baseret på både litteratur samt egen empiri. Ved indsamlingen af empiri fra scanninger er der et etisk aspekt. Kan man tilføre patienter dosis som led i forsøg med CT protokoller? At benytte patienter i forsøget kunne medføre, at patienterne både skulle have foretaget en CT undersøgelse ud fra projektet, samt en standard CT OOA. Projektet er led i en radiografuddannelse. Rimeligheden i at tilføje patienter eventuel urimelig ekstra dosis forkastes omgående. Som radiograf skal man kun tilføre netop tilstrækkelig dosis til patienten iht. bekendtgørelsen om medicinsk udstyr (2, kap. 13). På samme tid ønsker billeddiagnostiske afdelinger at udvikle CT protokoller således, at risikoen for stråleinduceret cancer kan reduceres gennem lavere dosis. Projektet vil gøre brug af et fantom til indsamling af data fra scanninger for at udvikle CT protokoller samtidig med at etikken om inddragelse af patienter imødekommes. Brugen af et fantom belyses senere i projektet. Tilgangsvinklen til opgaveløsningen vil i stor grad være baseret på talmateriale. En løsning primært gennem talmateriale vil være en kvantitativ metode (10, s. 55). Fordelen ved at benytte en kvantitativ metode er, at metoden giver mulighed for at danne overblik over en stor mængde data, og kan derigennem give udtryk for en tendens og teste hypoteser (3, s. 217). Metoden vil være præget af en samfundsvidenskabelig anskuelse af problemet. Den samfundsvidenskabelige problemløsning har afsæt i positivismen. Positivismen er en systematisk fremgangsmåde til forskning som gennem kvantificerbarhed, reproducerbarhed og validitet, søger at vise den videnskabelige sandhed (11, s. 55). Reproducerbarhed er evnen til at gentage en undersøgelse (11, s. 77), mens validiteten beskriver troværdighed og sandhed i metoden (11,s. 82). At metoden bygger på et kvantificerbart materiale sikrer objektivitet, som er uafhængig af personlige holdninger og påvirkninger (11, s. 57). Kendskab til den bagvedliggende metodologi skal sikre, at projektet opbygges på et validt grundlag. 13

14 5.2 Litteratur Afsnittet som behandler brugen af litteratur er opdelt i teoribøger og artikler. Årsagen hertil er, at valideringen af artikler er gennemgået ud fra en argumentmodel for at sikre validiteten (12. s. 162). Teoribøgerne er kritisk udvalgt, men er valideret på baggrund af anvendelsen, niveau samt kritisk gennemgang af fagfolk med højt vidensniveau. Litteraturafsnittet omhandler de mest anvendte kilder i projektet og gennemgår litteraturen, som skal danne baggrund for den væsentligste databehandling. Hvis ikke kilden er nævnt under litteratur- og artikelafsnittet er materialet vurderet som gennemgangen herefter Teoribøger Bøgerne, som er inddraget til dette projekt, skal opfylde følgende krav: Bøgerne skal være af nyere dato og senest 10 år gamle. Dette er for at sikre nyeste viden på området, da radiografien udvikler sig konstant. Teorien skal have et fagligt niveau, som henvender sig til fagpersoner på minimum bachelorniveau. Materialet i bøgerne skal være validt og generelt antaget som værende repræsentativt for området det behandler. Kvalitetsudvikling i sundhedsvæsenet (3) er benyttet til at beskrive den optimale udvikling af CT protokoller. Bogen beskriver kvalitetsudvikling i sundhedsvæsenet generelt, men kan anvendes til at beskrive den optimale udvikling af områder, som kræver konstant bevågenhed, kvalitetsudvikling og sikring. Bogen er anvendt til undervisning af radiografstuderende, og er eneste samlede værk specifikt omkring kvalitetsudvikling i sundhedsvæsenet. Adgangen til materiale omkring kvalitetsudvikling er stort, men er, på nær denne bog, mindre enheder omhandlende små afsnit af kvalitetsudviklingen. Bogen er fra 2006, og er skrevet af flere personer med stor faglig erfaring. Forfatterne til bogen har alle et uddannelsesniveau på ph.d. og masterniveau, hvilket signalerer et højt fagligt indhold. Opbygningen af metoden foretages ud fra grundlæggende principper i videnskabsteorien. Teorien omhandlende kvantitativ metode og positivisme er indhentet i bøgerne: Kvantitative forskningsmetoder (11) samt Videnskab og forskning (10). 14

15 Bøgerne sikrer viden omkring de metodologiske tanker, som ligger til grund for opbygningen af et projekt. Gennem bøgerne kan metoden afvejes, således at den optimale løsning til et projektarbejde opnås. Begge bøger er af nyere dato, 2005 og 2004, og sikrer den nyeste viden på området. Materialet er tænkt til studerende på proffessionsuddannelser. Kvantitative forskningsmetoder har til formål at indføre læseren i den videnskabelige tankegang omkring bedømmelse af kvantitative data og hypoteser. Forfatteren Emil Kruuse, cand. psych., har skrevet flere værker omhandlende forskningsmetoder, og har revideret sit materiale ved at lade fagfolk på dr. phil. niveau gennemlæse bøgerne. Videnskab og forskning er en mere grundlæggende videnskabsteoretisk bog, da denne omfatter et udsnit af hele videnskabsteorien. Bogen er skrevet af to forfattere som supplerer hinanden og derigennem underbygger en alsidig gennemgang af videnskabsteorien. Anne-Lise Salling Larsen er forskningsprofessor og har en bred klinisk erfaring, mens Hans Vejleskov er professor i udviklingspsykologi. Anvendelsen af bogen er tænkt som et supplement til kvantitative forskningsmetoder. Derigennem sikres nuancerede metodeovervejelser. Til at beskrive CT parametrenes indvirkning på billedkvalitet og dosis har jeg valgt at inddrage flere uddannelsesbøger. Årsagen hertil er, at uddybningen af parametrene er forskellig i bøgerne. Inddragelsen af flere bøger skal sikre en fyldestgørende diskussion af CT teknikken, hvor alle aspekter inddrages. Bøgerne har differerende fagligt niveau, hvilket giver en alsidig gennemgang af CT teknikken. Radiologic Science for Technologists (13) er en grundlæggende røntgenteknikbog, som anvendes på radiografuddannelsen. Bogen giver en grundlæggende gennemgang af røntgenteknikken og indvirkningen på billeddannelsen samt dosis. Materialet benyttes som baggrundsviden omkring røntgenteknikken samt CT. Radiologic Science for Technologists antages generelt at have et højt akademisk niveau. Litteraturen henvender sig til fagpersoner og studerende på et højt fagligt niveau. Bogen er inddraget i undervisningen på radiografuddannelsen, da den giver en grundlæggende gennemgang af teknikken samt mulighed for videre fordybelse i fysikken, som anvendes på billeddiagnostiske afdelinger. 15

16 Radiologic Science for Technologists er skrevet af Stewart C. Bushong, som er professor i radiologi. Forfatteren har skrevet flere teknikbøger omhandlende forskellige områder af radiografien. Materialet er revideret af flere personer, som alle har en professorgrad eller fungerer som fysiker på en institution. Bogen er meget forklarende og velillustreret. Udgaven er den 8. fra Computed Tomography (8) gennemgår grundigt CT scannerens funktioner samt billedkvalitet og dosis. Bogen omhandler alene CT, og giver derved et mere dybdegående indblik i CT teknikken samt CT parametrenes indvirkning på undersøgelsen. Bogen benyttes til at belyse CT parametre og muligheden for at ændre disse ud fra viden om påvirkning af billedkvaliteten samt dosis. Computed Tomography er skrevet af Willi A. Kalender, som opfandt spiral CT scanneren. Han er uddannet fysiker, og har en master samt Ph.d. i medicinal fysik. Forfatteren er meget anerkendt indenfor udviklingen af CT og udgiver mange projekter. Computed Tomography har et højt fagligt niveau og vurderes valid. CT-teknik (9) er en grundlæggende uddannelsesbog, som anvendes til radiografstuderende. Bogens styrker er en grundlæggende gennemgang af CT-teknikken og indvirkningen af CT parametre på billedkvalitet og dosis. Bogen er skrevet således at fagpersoner lærer opbygningen og funktionerne på en CT scanner. CT-teknik benyttes på hospitalerne til at genopfriske viden omkring parametre mv. på en CT scanner. Materialet er kontinuerligt revideret og er 7. udgave, 2. oplag. Eventuelle fejl i bogen vil i stor grad være korrigerede. CT-teknik er fra 2005 og indeholder opdateret viden. Publikationen opdateres ikke yderligere, hvorfor den anvendte litteratur er seneste udgave. Røntgenteknikbøgerne skal anvendes til at beskrive forholdene dosis og billedkvalitet. Teorien kan benyttes til at beskrive parametrene i en CT protokol, således at den faglige viden kan anvendes til optimering af dosis og billedkvalitet Artikler De anvendte artikler vil blive kritisk gennemgået for at sikre valide kilder til databehandlingen. Artiklerne tilvejebringer nyeste viden, hvorfor en kritisk gennemgang 16

17 er nødvendig. Artiklerne tillægges stor betydning ifht. løsningen af problemformuleringen, og vil blive vurderet på baggrund af Toulmins argumentmodel (12, s. 163): Påstand Belæg Hjemmel Påstand er problemstillingen i artiklen, som søges behandlet (12, s. 164). Det er selve omhandlingen af argumentationen, da påstanden er udgangspunktet for emnet som læseren skal acceptere argumentationen for. Påstanden danner baggrund for sammensætningen af belæg og hjemmel, da påstandens sammensætning sætter rammer for, hvordan argumentationen kan behandles. Belæg er oplysninger som støtter og underbygger påstandens gyldighed (12, s. 164). Det er således informationer og udsagn, som skal medføre en accept af påstanden. Hjemmel er metoden, hvorved belægget er opstået (12, s. 165). Hjemmel er fremgangsmåden, hvorved oplysninger til underbyggelsen af påstanden er opstået. Overordnet er argumentmodellen en vurdering af artiklen, hvor validiteten og reproducerbarheden er gennemgået. For at metoden er vurderet tilfredsstillende, har jeg taget stilling til, om metoden er i sammenhæng med formålet, samt at validiteten og reproducerbarheden opretholdes. Validiteten er vurderet på baggrund af fagligt kendskab samt mediet, hvor artiklen er bragt. Mediet bistår, at fagpersoner med stor viden om emnet, har accepteret artiklens indhold inden publicering. Artiklerne er fremkommet via søgning på internettet på sider som pubmed.com og google.dk. Søgeordene har bl.a. været CT acute abdomen, low dose acute abdomen, phantom abdomen mv. Jeg har søgt materiale af nyeste dato for at sikre projektets evidens ifht. klinisk praksis Ultra lavdosis CT OOA Påstand: Acute abdominal pain: value of non-contrast enhanced ultra-low-dose multidetector row CT as a substitute for abdominal radiographs har til hensigt at belyse 17

18 muligheden for at diagnosticere akut abdominel patologi på baggrund af en ULD CT OOA (7, s. 1). Tidligere studier har vist, at konventionel røntgen af OOA er ineffektiv (6), hvorfor ULD CT OOA alene sættes op mod præcisionen af undersøgelsen. Vigtigheden af projektet begrundes med evnen til hurtig diagnosticering samt bekymring om stigende patientdoser ved CT (7, s. 1). Belæg: Artiklen argumenterer for CT OOA gennem andre forskningsprojekter, som har vist modaliteten CT som guldstandard. Forskningsprojektet er anderledes end tidligere forsøg, hvorfor en undersøgelse med scanninger af 163 patienter fordelt på 110 mænd og 53 kvinder, middelalder på 51 år, foretages med ULD CT OOA (7, s. 2). Inklusionskriteriet for patienterne var indlæggelse på baggrund af akut abdominel patologi, og som skulle have foretaget konventionel OOA. Patienterne har alle givet samtykke til deltagelsen i forsøget. Hjemmel: ULD scanningerne blev foretaget på en 64 MSCT GE Lightspeed. Scanneren anvendte Z-modulation til alle undersøgelser. 26 af scanningerne blev foretaget med standard deviation (SD) = 25, hvorefter støjniveauet blev øget for at undersøge muligheden af yderligere nedsættelse af dosis. SD blev forøget til 35. SD blev målt i lobus hepatis dexter. Scanningerne var ud fra følgende parametre (7, s. 2): kv 120 ma ma Pitch 1,35 Rotationstid 0,5 Snittykkelse 5 Kollimering 64 x 0,625 Efterfølgende blev scanningerne rekonstrueret i coronale snit. To erfarne radiologer gennemgik undersøgelserne, og vægtede disse ud fra billedkvalitet og diagnosticerbarhed. Støjen i billederne blev målt ved ROI (7, s. 3). Scanningerne blev vægtet ud fra specificitet og sensitivitet ifht. den akutte abdominelle patologi. Data blev statistisk gennemgået ved T-test for sammenhæng mellem radiologernes fund og dosis på et 5 % signifikansniveau (7, s. 3). Dosis blev sammenholdt med 50 scanninger af standard CT OOA som kontrolgruppe. Alle undersøgelser var tilfredsstillende ifht. HKO som fri luft, sten og ileus. 18

19 Sensitiviteten var for disse patologier 100 % og specificitet 98,5 % (7, s. 4). For andre abdominelle patologier faldt sensitiviteten til 86 % og specificiteten til 96 % (7, s. 1). 19 patienten undergik yderligere undersøgelser ved standard CT OOA, hvoraf blot 4 undersøgelser bidrog med mere information. Ved ULD-projektet var middeldosis 2,1 msv mod kontrolgruppens middeldosis på 10,3 msv for standard CT OOA (7, s. 7-8). Projektet viste ingen signifikant forskel mellem radiologernes evne til at diagnosticere ud fra billedkvalitet med støjforhold SD = 25 og SD = 35 (7, s. 7). Projektet har benyttet sig af en kvantitativ metode til at løse problemstillingen. Metoden vurderes optimal ifht. problemstillingen. I projektet er metoden gennemgået detaljeret, og giver derved mulighed for at reproducere empirien, da projektet er grundigt beskrevet. Artiklen er accepteret af American Society og Emergency Radiology (ASER) den 3. juni ASER er en radiologisk sammenslutning, som blev dannet i 1988, og har til formål at fremme udviklingen og standarderne indenfor akut radiologi. Materialet bragt i mediet er kontrolleret af fagfolk med højt fagligt niveau, hvilket borger for validiteten Choice of Phantom Material and Test Protocols to Determine Radiation Exposure Rates for Fluoroscopy Artiklen (14) er brugt til at bestemme størrelsen af fantomet. Ved at kende akryl og vands ækvivalens for abdomen kan fantomet dæmpe strålebundter tilsvarende en normal person. Påstand: Forskellige materialer kan anvendes som ækvivalent dæmpning ved måling af dosis ved gennemlysning. Dosis måles ofte af forskellige personalegrupper som fysikere og radiografer, og kan måles både ved røret samt målekammeret. Der er derfor brug for en matematisk formel til at kontrollere målinger. Belæg: Forsøg med beregning af optimal eksponering i et gennemlysningsapparat, og forsøg med fantomer af forskellig tykkelser fastslår, at en matematisk model kan korrigere for, hvor dosis ved gennemlysning måles, og opstiller tykkelser for forskellige materialer, som udgør samme dæmpning af strålebundtet. Hjemmel: Projektet indeholder en gennemgang af, hvordan forsøget med forskellige materialer er foretaget og dosis er målt. Artiklen opstiller grafer, som viser svækkelsen 19

20 af strålebundtet ved forskellige materialer og energier. En normal abdomen fastslås til at udgøre 24 cm vand, 22,4 cm akryl, 0,36 cm kobber eller 6,2 cm aluminium ved 80 kv (14, s. 1039). Metoden opstiller nogle antagelser, som reelt ikke kan udelukkes i praksis: Rasteret absorberer alene spredt stråling, og den polykromatiske stråling i fantomet er alene et attenuationsproblem. Reelt vil et raster absorbere de fotoner, som er vinkelrette på lamellerne, hvorfor overfladeabsorption forekommer. Metoden vurderes reel og reproducerbar grundet metodens gennemgang i artiklen. Skriftet er bragt i Radiological Society of North America (RSNA), som har til formål at udvikle og promovere de bedste standarder indenfor radiografien. Alle medlemmer i RSNA har en uddannelse på Master-, ph.d.- eller professorniveau. En redaktion skal godkende artikler inden disse bringes i RSNA. Artiklen er fra år CT scanner automatic exposure control systems, Report Påstand: Rapportens formål er at beskrive effekten af AEC for brugen af CT scannere (15). Rapporten lister fordele som kontrol med patientdosis, konstant billedkvalitet samt nedsat slitage af røret. Belæg: Materialet gennemgår brugen af AEC og lister fordele mv. for brugen af tube modulation. Rapporten undersøger forskellige producenters alternative AEC. Dette er for at sikre viden omkring de differerende måder at foretage samme procedure. Hjemmel: Rapportens data er indsamlet via producenterne, samt ved at benytte producenternes scannere med AEC systemer på et asymmetrisk fantom fra IMPACT. Materialet lister grafer mv. som er anvendt til at vurdere systemerne og gengiver, hvorledes disse er afstedkommet. Resultaterne af dataene er sammenlignet og diskuteret i forhold til klinisk brug. Brugen af AEC er diskuteret ud fra punkterne billedkvalitet, patientdosis og optimering af protokoller. AEC systemerne er vurderet ud fra, om de kan tilføre en mere ensartet billedkvalitet. Rapporten er udgivet af Medical and Healthcare products Regulatory Agency, som er under det engelske sundhedsministerium. Materialet er udarbejdet uden tilskud fra producenter, og er uvildig ifht. at fremhæve enkelte produkter. Rapporten vurderes at give et fyldestgørende indblik i AEC og systemets muligheder. Rapporten benyttes til at 20

21 redegøre fyldestgørende for indvirkningen af AEC på optimeringen af patientdosis og billedkvalitet. 5.3 Opsætning af protokoller Formålet med at opsætte forsøgsprotokoller vil i henhold til problemformuleringen være, at søge at mindske patientdosis samtidig med at billedkvaliteten fastholdes. Baggrunden for de ændrede værdier for CT parametrene gennemgås i dette metodeafsnit, og indvirkning på dosis og billedkvalitet følger i dataafsnittet omkring CT parametre. Valget af parametre til protokollerne til reduktion af dosis, vil ske med baggrund i en protokol fra et hospital, som benytter en mas 20 % lavere til en abdominel scanning (bilag 8). Ved klinisk praktik på et hospital har jeg på en abdominel CT scanning ved 80 mas foretaget Region of Interest (ROI) målinger i leveren. Målingerne viste SD på 22,1 og 25,9, hvilket svarer til de bedste målinger fra artiklen omkring ultra lavdosis CT OOA. En protokol fra Philips Brilliance 64 benytter en højere pitch til scanning for samme indikationer (bilag 9). Undersøgelserne i dagligdagen foretages alle med AEC, hvilket bevirker, at reference mas er vigtigste parameter i reduktion af dosis. Reduktionen af antallet af fotoner vil påvirke datagrundlaget for billeddannelsen (9, s. 119). En lavere algoritme skal søge at opveje reduktionen af fotoner (9, s. 124). Snittykkelse på 5 mm benyttes i artiklen af Mackersie til CT OOA (6). Denne forhøjede snittykkelse kan benyttes til at nedbringe støjniveauet (9, s. 122) ved en lavere reference mas. Ændringerne af parametrene kan beskrives ud fra en formel for pixelstøj (8, s. 102): Ϭ : f a Io / I ε Q S Ϭ f a I Q S Pixelstøj Algoritmefaktor Intensitet Systemeffektivitet mas Snittykkelse 21

22 Hvis alle faktorer holdes uændrede på nær en vil påvirkningen af støj være som beskrevet i tabellen ud fra matematisk gennemgang af ligningen. Ϭ f a I Q S Påvirkes af ændrede parametre Ved favorisering af LKO nedbringes støj Forøgelse nedsætter støj Større effektivitet øger datasignal nedsætter støj Flere fotoner nedsætter støj Større snittykkelse nedsætter støj Normalt vil AEC opveje en forhøjelse pitch på en bestående protokol ved at øge dosis. Projektet søger at lave en ny protokol, hvorfor en forøgelse af pitch vil have en positiv indvirkning ifht. at reducere dosis (8, s. 176). I ændringen af parametrene er kv frasorteret. Årsagen til dette er, at en forøgelse af kv vil nedsætte bløddelskontrasten (9, s. 120) Overvejelser ved optimerede protokoller Det er uvist, hvordan den optimale protokol skal sammensættes. Projektet vil gradvist nedsætte dosis gennem ændring af parametrene: mas, algoritme, pitch og snittykkelse. Algoritmen påvirker ikke dosis direkte, men kan opveje en nedsættelse af datasignalet til detektorerne. Fremgangsmåden er listet i følgende tabel: Protokoller A B C D E F G mas Standard -10 % -20 % -10 % -20 % -20 % -10 % Algoritme Standard Standard Standard Blødere Blødere Blødere Blødere Pitch Standard Standard Standard Standard Standard Standard Forhøjet Snittykkelse Standard Standard Standard Standard Standard Forhøjet Forhøjet A er standard CT OOA protokollen, som benyttes på et hospital. Protokol B nedsætter mas med 10 % men holder alle andre parametre uændrede. C nedsætter mas med 20 %. D er som B, men algoritmen er lavere for at kompensere for signaltabet til detektorerne. I protokol E nedsættes mas med 20 %, og en lavere algoritme anvendes for at mindske støj. F anvender samme parametre som E men har en større snittykkelse 22

23 for at mindske støj. G nedsætter dosis ved to parametre. mas nedsættes med 10 %, og pitch øges. For at opveje signaltabet til detektorerne øges snittykkelsen, og algoritmen er blødere ifht. standard. Teorien omkring parametrene gennemgås i afsnit Billedkvalitet Undersøgelsen, CT OOA, indeholder flere organer. Diagnosticeringen af abdomen foretages derfor på baggrund af høj- eller lavkontrast i billedet. Højkontrastopløsning (HKO) er evnen til at se små detaljer i væv med stor attenuationsforskel (8, s. 103). I OOA er HKO vigtig i fremstillingen af colon, hvor lumen i colon udgøres af f.eks. luft, og det omkringliggende væv har en væsentligt højere Hounsfiels Unit (HU). Grundet den store vævsforskel ved HKO er billedkvaliteten ikke påvirkelig overfor støj (9, s. 104). LKO er evnen til at skelne væv fra hinanden, hvor der er lille attenuationsforskel (8, s. 115). En god LKO er væsentlig for at kunne diagnosticere patologi i organer, som er vævshomogene. LKO viser mange gråtoner for at gengive homogent væv. Parameteret er påvirkeligt overfor støj, da dette forvirrer ifht. gengivelsen af et område med lille vævsforskel. En god LKO påvirkes af datasignalet fra detektorerne, som ønskes så kraftigt som muligt (9, s. 104). For at vise støjniveauet skal det sikres at stedet, hvorpå støjen måles, reelt er et homogent område. I ULD artiklen (7) benyttes leveren til formålet, da denne er homogen. I leveren indlagde forskeren et ROI, som er et måleinstrument i CT scanneren (16, 6-8). ROI er i stand til at måle HU i et givent område i scanningen. Ved at måle på et areal i vævssnittet kan støjen måles, da standardafvigelsen i forhold til den gennemsnitlige HU gengives. Standardafvigelsen er et udtryk for støjen, hvis området, som måles i er homogent. I projektet vil to faste snit blive valgt, og ROI vil blive indlagt i leveren i samme arealstørrelse og område. Årsagen til dette er, at leveren indeholder noget luft i arterier og vener, som unødigt påvirker HU-SD. Påvirkningen søges mindsket ved at måle ROI i 2 forskellige snit. Beregningsgrundlaget vil være 10 scanninger for hver protokol, hvor standardprotokollen vil udgøre det tilfredsstillende niveau. Scanningerne af alle protokoller vil være fortløbende. Dette vil blive udført på samme scout, således at fantomet ved alle scanninger er i nøjagtig samme position. Leverens 23

24 placering vil være stationær ifht. udmålingen, og give mulighed for støjmålinger på samme sted for hver scanning. Målingen af billedkvalitet kunne være foretaget ved at radiologer beskrev muligheden for at diagnosticere på baggrund af billedmaterialet. Radiologer har forskellig opfattelse af billedkvalitet, hvorfor brugen af ROI vurderes mere objektiv. I projektet er det etisk ikke muligt at inddrage patienter til forsøget, hvorfor et fantom er udfærdiget. 5.5 Opbygning af fantom Opbygningen af fantomet skal sikre, at fotonerne bliver bremset i samme grad, som ved scanning af abdomen. Artiklen, Choice of Phantom Material and Test Protocols to Determine Radiation Exposure Rates for Fluoroscopy (14), omhandler hvilke størrelser af et materiale som bl.a. vand og plexiglas, der kan udgøre dæmpning på samme vis som abdomen. Målingen er foretaget ved 80 kv (14, s. 1039), hvilket er lavere end protokollen anvender. Der har ikke været materiale tilgængeligt for protokollens energiniveau. Artiklen fastslår, at abdomen kan udgøres af 24 cm vand eller 22,4 cm plexiglas (14, s. 1039). Jeg har valgt en opbygning som figuren angiver: Fantomet er 23,9 cm i højden og bredden, hvoraf der er 1,2 cm plexiglas. Omregnet til vand er fantomet: 24

25 1,2 cm plexiglas x (24 cm/22,4 cm) + 22,7 cm vand/gelatine: 23,98 cm Fantomet er tilnærmet de optimale forhold, således at dette svarer til dæmpningen for abdomen. I fantomkassen er placeret en svinelever, som skal illustrere en human lever i abdomen. Leveren er homogen i vævet, og kan vise udviklingen i lavkontrast. I artiklen om ULD CT OOA (7) er leveren ligeledes brugt til at illustrere billedkvalitet gennem støjforholdet. 5.6 Statistisk sammenligning af billedkvalitet Støjmålingerne fra de enkelte protokoller vil blive indsamlet og statistisk sammenlignet med standardprotokollen. Sammenligningen vil blive foretaget på et 5 % signifikansniveau (17, s. 146), da det er almindelig antaget som validt beslutningsgrundlag i forskning. Målingerne vil bestå af 10 scanninger for hver protokol. Antallet af scanninger er ikke repræsentative for at måle signifikansen mellem protokollerne. Dataene skal blot vise en tendens til muligheden for at nedsætte dosis til et givent niveau, hvorfor antallet af scanninger er tilfredsstillende. Dataindsamlingen registreres i en tabel, hvor SD er standard deviation: Måling A B C D E F G X1 SD1A SD1B SD1C SD1D SD1E SD1F SD1G x2 SD2A SD2B SD2C SD2D SD2E SD2F SD2G x3 SD3A SD3B SD3C SD3D SD3E SD3F SD3G x4 SD4A SD4B SD4C SD4D SD4E SD4F SD4G x5 SD5A SD5B SD5C SD5D SD5E SD5F SD5G x6 SD6A SD6B SD6C SD6D SD6E SD6F SD6G x7 SD7A SD7B SD7C SD7D SD7E SD7F SD7G x8 SD8A SD8B SD8C SD8D SD8E SD8F SD8G x9 SD9A SD9B SD9C SD9D SD9E SD9F SD9G x10 SD10A SD10B SD10C SD10D SD10E SD10F SD10G Den statistiske gennemgang af data vil antage, at de indsamlede data er fra 10 forskellige levere, hvorefter fremgangsmåden vil være som følger. 25

26 For at minimere risikoen for fejltolkning vil dataene blive sammenlignet under ét ved en 2 sidet anova. En 2 sidet Anova er en test, som under et sammenligner variansen for dataene og udtrykker, om der er signifikant forskel mellem dataene (17, s. 215). Ved test på et 5 % signifikansniveau vil der være 5 % risiko for fejltolkning. Hvis testene blev foretaget direkte med T-test ville der være flere beregninger med mulighed for 5 % fejltolkning hver. Ved at udføre testen med en 2 sidet Anova fastholdes den samlede risiko for fejltolkning på 5 % (17, s. 320). Årsagen til at en 2 sidet Anova vælges er, at data er parret ved at samme materiale scannes og samme metode anvendes ved at måle samme sted. Hvis projektet havde anvendt 10 forskellige levere skulle en 1 sidet Anova benyttes. Hypotesen ved Anovaen vil være: H 0 : H 1 : µ Protokol A = µ Protokol X µ Protokol A µ Protokol X Hvis H 0 forkastes vil det betyde, at der er signifikant forskel mellem dataene. Efter beregning ved 2 sidet Anova kan dataene videreberegnes ved parrede T-test for at vise, hvordan den eventuelle signifikante forskel udarter sig (17, s. 158). Dataene er parrede, da talmaterialet er fremkommet på baggrund af målinger ud fra den samme lever. Hypotesen ved T-test vil være: H 0 : H 1 : µ Protokol A = µ Protokol X µ Protokol A µ Protokol X Hvis H 0 accepteres vil billedkvaliteten for de sammenlignede protokoller være ens. I beregningerne accepteres H 0, hvis p > 0,05. Forkastelse af H 0 betyder, at der er signifikant forskel på protokollerne. Hvilken protokol som er bedst bestemmes ud fra de faktiske tal. Middelværdien kan her være et udtryk for, hvilken protokol som gennemsnitligt har det højeste støjniveau. Ved at foretage flere test øges risikoen for at forkaste en korrekt hypotese. Ved beregning af p-værdier i T-test skal tallene korrigeres iflg. Bonferroni-korrektionen (18, 26

27 s. 211). Dette foretages for at mindske risikoen for fejl ved multiple test. P-værdien skal derfor multipliceres med antallet af test svarende til 6. De statistiske beregninger vil blive foretaget i systemet SAS Analyst 9.1, som er et statistisk beregningssystem. I praksis ville en statistisk sammenligning af målinger på samme lever ikke give mening. Målingerne angiver blot, hvor god man er til at måle, samt hvor god apparatet er til at generere samme billede. Dataene kan til trods for dette vise en tendens til, hvad der er muligt at opnå ved protokollerne. Tendensen kan danne grundlag for videre arbejde på forskningsniveau ud fra en metode med flere levere. Dette projekt kan danne baggrund for hypoteser til videre forskning. Resultatet for den indsamlede empiri mht. dosis og billedkvalitet skal sammenholdes med artiklen Acute abdominal pain: value of non-contrast enhanced ultra-low-dose multi-detector row CT as a substitute for abdominal radiographs (7). Derigennem kan empirien belyse om håndteringen af undersøgelsen CT OOA kan foretages på anden vis end den nuværende norm. 5.7 Dosis Problemformuleringen indeholder et krav om at finde den optimale CT Protokol, som skal sikre tilfredsstillende billedkvalitet samtidig med den lavest mulige patientdosis. Behandlingen af data skal opdeles for at beskrive punkterne, da emnerne omhandler forskellige parametre i billeddannelsen, som påvirker hinandens internt. Dosis vil jeg belyse med udgangspunkt i standardprotokollen for CT OOA, hvor udgangspunktet vil være at søge en mulig reduktion af den effektive dosis Monte Carlo dosisberegner Beregningen af dosis vil ske på baggrund af udregninger foretaget ud fra protokollerne. Parametrene indlægges i en dosisberegner, som giver mulighed for at angive en effektiv dosis. Dosisberegneren er rekvireret gennem Impactscan, som er et center finansieret af den engelske sundhedsstyrelse (19). Beregningerne er baseret på målinger på et fantom i hoved- og kropsregionen. CT Scannere har forskellige egenskaber, hvorfor dosisberegneren har flere producenters 27

28 produkter som data. Dosisberegneren tager højde for de enkelte fabrikaters karakteristika for CT scannere. Scannerkarakteristika er sammenholdt med Monte Carlo fantommålinger (19). Monte Carlo modellen er baseret på en stor mængde data for 27 organer (20). Modellen er computersammenholdte data for krops- og hovedscanninger, som på baggrund af en stor datamængde kan tillægge væv en simuleret dosis. Patientens krop udgøres af et matematisk fantom, som anvist i ovenstående figur (20). De matematiske udregninger er sammenholdt med faktiske målinger foretaget på patienters ydre Data til dosisberegning Udmålingen af scanningerne vil alle være fra diaphragma til symfysen. Da symfysen ikke kan ses på fantomet antages dette at være ved udgangen af vesica urinaria. Længden af scanningerne vil være 39,5 cm fastsat ud fra fantomet (bilag 10). Fastsættelsen af det scannede område kan være større eller mindre på virkelige patienter, men beregningerne vil kunne vise en mulig procentvis ændring i dosis. 28

29 Scannerfabrikat Philips Scannermodel Brilliance 16 Kropsområde Body Scanområde 5 cm - 44,5 cm Køn Intetkøn kv 120 ma Afhængig af protokol Rotationstid 0,5 Kollimering 16 x 1,5 mm Snittykkelse Afhængig af protokol Pitch Afhængig af protokol Ovenstående tabel viser de data, som skal indtastes inden en effektiv dosis kan beregnes. Beregningerne kan give en tendens til en evt. dosisbesparelse. I udregningen af den effektive dosis er der ikke taget højde for mas modulation, og den reelle effektive dosis vil antageligt være lavere. Vævsvægtningsfaktorerne er ændret siden udgivelsen af denne dosisberegner, hvorfor den effektive dosis ikke er fuldstændig korrekt ifht. nuværende viden. I dosisberegningerne er intetkøn valgt for at få en gennemsnitlig dosis. Ved hver scanning bestemmes værdien CTDI w. CTDI w er et udtryk for dosis pr. mas enhed (21). CTDI w kan benyttes sammen med scanlængden til at bestemme dosis længde produktet. Ved beregningen af dosis for de enkelte protokoller vil denne værdi oplyst. 6.0 CT parametre I dette afsnit vil CT parametrene, der indgår som ændring i protokollen, blive gennemgået i forhold til optimeringen af protokollen. Afsnittet vil ligeledes beskrive faktorer som indvirker på den ønskede billedkvalitet og dosis. Faktorerne vil blive sammensat til optimerede CT protokoller, som vil blive afprøvet på et fantom. Udviklingen af protokoller vil, senere i projektet, blive sammenholdt med en artikel beskrivende ultra lavdosis CT OOA. 29

30 6.1 mas mas er et udtryk for antallet af fotoner over tid, som benyttes ved undersøgelsen. Dosis påvirkes direkte af mas, da højere mas vil medføre en højere dosis (13, s. 265). Dette er forudsat at andre parameteret fastholdes. Parameteret påvirker antallet af fotoner, som interagerer med detektoren og medfører et datasignal. Datasignalet er afgørende for billedkvaliteten, da et højt datasignal vil mindske støj og øge LKO (9, s. 142). På et hospital anvendes en protokol med 80 mas til undersøgelse for abdominelt hernie (bilag 8). Jeg indlagde en ROI i leveren i klinikken og målte SD mellem 22,1 og 25,9. Dette svarer til laveste målinger i ULD artikel. Esbjerg Sygehus anvender 70 mas til CT OOA (bilag 3), som blot skal visualisere Ileus og fri luft. 6.2 Pitch Parameteret er et udtryk for patientens bevægelse igennem gantriet under scanningen (8, s. 80): Pitch: Lejebevægelse (mm) pr. rotation total kollimering (mm) En større pitch vil, hvis andre parametre fastholdes, nedbringe dosis, da det scannede område modtager færre fotoner (8, s. 80). Den øgede lejebevægelse vil nedbringe antallet af dataopsamlinger i undersøgelsen, hvilket vil bevirke et ringere datasignal. En højere pitch bibringer derved et mere støjfyldt billede (9, s. 163). Et hospital benytter en pitch på 1,172 ved en Philips Brilliance 64 slice (bilag 9). Denne pitch er højere end den benyttede for 16 slice scanneren. Der kan være forskel i scannerens dataopsamlingshastighed, som kan være årsag til forskellen. 6.3 Snittykkelse Snittykkelsen bestemmes som udgangspunkt af detektorkædens bredde. Detektorens tykkelse er lig snittykkelse og dataopsamlingsarealet for snittet (13, s. 430). 30

31 MSCT giver mulighed for at rekonstruere andre snittykkelser ud fra rådata, hvilket giver mulighed for at lave tykke snit til tynde snit (9, s. 172). Tykke snit giver et større område for opsamling af data, hvilket vil resultere i lavere støj. Ved tykke snit er den enkelte voxel større og et gennemsnit af flere pixels. En større voxel medfører flere gråtoner. Dette bedrer LKO i billedet (9, s. 122). I artiklen af Mackersie mfl. benyttes en snittykkelse på 5 mm til CT OOA (6). En forøgelse af snittykkelsen kan muligvis kompensere for nedsættelsen af mas. De tynde snit kan herefter rekonstrueres om ønsket. 6.4 Algoritme Rekonstruktionsalgoritmen forarbejder de postproducerede data. Det er en matematisk vægtning af den enkelte pixels, som påvirker billedkvaliteten i forskellig retning (13, s. 433). Algoritmer benævnes ofte fra høj til lav, og beskriver vægtningen af data. Høj algoritme favoriserer rumlig opløsning og derved HKO i billedet. En lav algoritme udglatter datasignalet og medfører mange gråtoner. Dette mindsker støjniveauet og favoriserer LKO (9, s. 124). Fordelen ved en høj algoritme er kantforstærkning, som muliggør en mere klar opdeling af væv. Philips Brilliance scannere benytter bogstaver til benævnelse af algoritmerne. Benævnelserne er (23, s. 8.11): A-L for almindelig anvendte algoritmer samt YA, YB, UA, UB og UC til specielle formål. CT OOA benytter B til at sikre lavkontrasten i billedet samtidig med at en del HKO bibeholdes (23, 8-33). I praksis gennemgås billedmaterialet ved flere algoritmer, alt efter hvilken patologi der ønskes visualiseret. 6.5 AEC Tube modulation Udviklingen af AEC til CT er foretaget for at skabe en ensartet billedkvalitet og nedsætte patientdosis (15, s. 6). Scannerproducenterne har udviklet forskellige måder at sikre en ensartet billedkvalitet. Projektet vil tage udgangspunkt i Philips, da scanningerne er foretaget på en scanner af dette fabrikat. Overordnet sikrer systemet, at scanneren tilpasser eksponeringen til den 31

32 enkelte patient. Dette sker ved at tilpasse eksponeringen til tykkelsen af patienten, således at denne netop modtager tilstrækkelig dosis ifht. den ønskede billedkvalitet (15, s. 10). Scanneren foretager målinger, og tilpasser mas individuelt. Systemerne foretager dette på forskellig vis. Philips har flere AEC systemer, som jeg vil gennemgå, da det er væsentligt at kende til funktionaliteterne. Intentionerne med systemerne er 90 % ens billedkvalitet (15, s: 16). AEC systemerne kan altid fravælges, hvis operatøren finder brugen af dette uønsket (23, 12-1). Dosisbesparelsen ved at anvende systemerne kræver, at operatøren kender systemet, og indretter protokollerne herefter. Ved brug af fast rørstrøm havde CT protokollerne ofte en højere mas end tilstrækkelig for en standardpatient (15, s. 12). Den højere fastsættelse af mas skulle imødekomme tykkelsen af større patienter. Indførelsen af AEC kan medføre, at operatøren kan nedsætte mas til det netop tilstrækkelige niveau for en standardpatient og den ønskede billedkvalitet (15, s. 47). Dosis kan herved mindskes generelt. AEC s tilpasning til den enkelte patient og retningerne for eksponeringen har bevirket dosisbesparelser på 20 % - 60 % (24). 60 % dosisbesparelse er målt ved undersøgelser, som inddrager pelvis. Kendskabet til modulationssystemet er vigtigt mht. opsætning af protokol og ændring af parametre på en bestående protokol. Eksponeringen skal, som før nævnt, sættes netop tilstrækkelig, når en protokol oprettes. Ved ændring af en bestående protokol har systemet en forudbestemt billedkvalitet. Dette medfører at ændring af pitch, ved online modulering,(15, s. 10) vil afføde, at AEC ændrer mas ifht. den forudbestemte billedkvalitet. En højere pitch vil ved ændring af en bestående protokol medføre tilpasning med en højere mas for at få et tilsvarende datasignal. Det er vigtigt at have bestemt disse forhold ved oprettelsen af protokollen DoseRight ACS DoseRight er Philips første AEC system til CT scannere. Automatic Current Selection (ACS) er et system, som automatisk vælger den rette mas værdi til den enkelte patient 16, 12-1). Valget af rørstrøm baseres på tidligere scanninger. 32

33 Der er to måder systemet kan fungere på. Operatøren kan lade systemet beregne en gennemsnitsværdi for patienterne for den specifikke undersøgelse. Systemet vil herefter bestemme størrelsen på patienten ud fra scoutet og lade dette bestemme, hvilken masværdi som skal benyttes til den enkelte patient (15, s. 44). Operatøren kan få større indflydelse ved selv at lave en brugerdefineret billedstøjreference. Derigennem kan operatøren selv bestemme, hvilke scanninger, som skal ligge til baggrund for masindstillingen (23, 12-1). Systemet vil herefter vælge mas-værdien baseret på scoutet og de valgte standardscanninger Rotations AEC - D-DOM D-DOM er en videreudvikling af Philips AEC. Systemet benytter patientens asymmetriske udformning til at nedbringe dosis og fastholde billedkvaliteten (15, s. 45). Patientens tykkelse varierer meget i retningerne AP og lateral. Retningerne svarer til scannerens X og Y-akse som vist på tegningen: Dette udføres ved at modulere rørspændingen ved hver rotation af røret. Scanneren måler attenuationen af strålebundtet online (23, 12-2). Dette foretages af detektorer i detektorkæden. Målingerne anvendes til modulation af rørstrømmen og derved ændring af eksponeringen ved næste snit. Dosis kan tilpasses til tykkelsen af patienten samt vævsområdet. Tilpasningen af mas foretages ud fra en reference mas. Reference mas er et parameter, som er fastsat ud fra den ønskede billedkvalitet (15, s. 13). Systemet tilpasser eksponeringen, så antallet af fotoner der når detektoren svarer til det ønskede datasignal. Dvs. ved svækkelse af datasignalet vil systemet automatisk øge mas. (15, s. 13). 33

34 6.5.3 AEC i længdeaksen - Z-DOM Udviklingen af AEC i den langsgående retning, Z, er den nyeste modulation på CT scanneren. Formålet med modulationen er, at sikre en ensartet billedkvalitet og dosisbesparelse i længdeaksen f.eks. ved scanning af større kropsområder. Modulationens store fordel er ved scanning af områder som thorax og abdomen i samme scan (15, s. 10). Modulationen kan tilpasse den valgte scanning til den varierende attenuation for det thoracale og abdominelle væv. Z-DOM kan anvendes sammen med DoseRight ACS, men mas-værdien kan ændres af operatøren uden at slå Z-DOM fra (23, 12-4). 6.6 Valg af CT parametre Parametrene har alle forskellig indvirkning på billedkvalitet og dosis og skal ifht. problemstillingen kombineres, således at dosis nedbringes, samtidig med at billedkvaliteten fastholdes. I undersøgelsen indgår både HKO og LKO. LKO sætter større krav til dosis, da støjforholdet er afgørende for differentieringen af væv med små attenuationsforskelle (9, 142). LKO er parameteret til at måle en tilfredsstillende billedkvalitet for bløddele. mas er et vigtigt parameter ifht. at nedsætte dosis. En abdominel CT protokol benytter 80 mas som reference (bilag 8), hvor støjniveauet er målt som bedste niveau ifht. ULD artiklens data. Scannerens hardware kan sætte begrænsninger for stigning i pitch, da en reduktion af antallet af dataopsamlinger kan øge støjniveauet. En scanner af nyere oprindelse benytter en pitch på 1,172 (bilag 9). Phillips 16 MSCT har dog kun mulighed for at øge til 1,063 i pitch, da værdien ellers skulle øges væsentligt mere end ønsket. Ved anvendelse af højere pitch vil AEC normalt kompensere ved at øge mas (15, s. 10). Projektet omhandler at oprette en ny protokol, hvorfor en forøgelse af pitch vil mindske dosis, da der vil blive oprettet en ny reference mas. Ved en nedsættelse af mas, kan en forøgelse af snittykkelsen øge datasignalet til billeddannelsen (9, s. 122). Dette sker ved at øge området, hvorved data opsamles og 34

35 derigennem mindske støjforholdet. Den optimerede protokol vil have fordel af at øge snittykkelse ved en dosisreduktion. De indsamlede rådata behandles af en algoritme, som vægter pixels. En lav algoritme vil øge antallet af gråtoner, hvilket vil være en fordel ved et homogent objekt. Den lavere algoritme kan sænke støjniveauet og bedre lavkontrasten (9, s. 124). Ulempen ved at anvende en lavere algoritme er, at kantforstærkning mindskes. Undersøgelsen kan rekonstrueres i flere algoritmer for at drage nytte af de forskellige fordele. Brugen af AEC er fast ved CT undersøgelser. Dosis kan forventes at være 20 % - 60 % under niveauet for fast rørstrøm (24). Den optimerede protokol vil sigte mod følgende: mas mindskes til 80 Pitch øges til 1,063 Snittykkelsen øges til 5 mm En lavere algoritme benyttes 7.0 Indsamling af empiri fra scanninger I dette afsnit vil de optimerede protokoller blive valgt og vurderet ud fra scanninger. Opsætningen af fantomet og udførslen af selve scanningsforsøgene vil blive gennemgået. De indsamlede støjmålinger vil herefter blive vurderet ifht. standardprotokollen. 7.1 Valg af protokoller og beregning af dosis Sammensætningen af parametre til den optimale CT OOA protokol skal indeholde de føromtalte ønskede niveauer i afsnit 6.6. Det er ikke klart, hvilke sammensatte parametre, som vil afstedkomme en dosisreduktion samtidig med en fastholdelse af billedkvaliteten. Sammensætningen af den optimale protokol vil blive tilnærmet ved at sammensætte flere protokoller og derigennem gradvist at ændre parametrene. På baggrund af behandlingen af CT parametrene vil følgende protokoller blive vurderet: 35

36 Protokol A B C D E F G kv mas Pitch 0,938 0,938 0,938 0,938 0,938 0,938 1,063 Rotationstid 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Snittykkelse Increment Resolution ultra fast ultra fast ultra fast ultra fast ultra fast ultra fast ultra fast Algoritme B B B A A A A Matrix Kollimering 16 x 1,5 16 x 1,5 16 x 1,5 16 x 1,5 16 x 1,5 16 x 1,5 16 x 1,5 Ud fra de opstillede forsøgsprotokoller er den effektive patientdosis beregnet (bilag 11): Protokol A B C D E F G Effektiv dosis i msv 5,5 5,0 4,4 5,0 4,4 4,4 4,4 CTDI w 7,1 6,4 5,7 6,4 5,7 5,7 6,4 Risiko str. cancer pr Opsætning fantom Fantomkassen er fabrikeret således, at z-aksen har en længere basis på i alt 47 cm. Dette påvirker ikke scanområdet, da den ekstra base af akryl er udenfor scanfeltet. En længere z-akse bevirker, at fantomkassen er mere stabil og derfor mindre påvirkelig for rystelser, som kan ændre fantomets position. Scanområdet er fastsat til at indeholde hele leverens længdeakse. Leveren er placeret ca. 8 cm fra bunden af kassen, hvilket sikrer en fri position ifht. scanningen. Opsætningen er som vist på følgende billede: 36

37 Ved lejringen af fantomet er isocentret i midten af kassen, således at leveren befinder sig i isocentret. Dette forhold vil ikke være gældende ved en patient, men er ensartet for alle forsøgsscanningerne. 7.3 Måling af støjniveau Scanningerne er foretaget ud fra samme scout (bilag 12). Leveren er stationær i fantomkassen, og vil derfor være placeret på samme sted ifht. scanparametrene ved hver scanning. Dette bevirker at valg af samme billedsnit samt placering af ROI på samme sted, vil sikre mod målefejl. Der kan opstå mindre måleunøjagtigheder ved indlæggelse af scanområde for hver protokol samt ved ændringen af snittykkelse. Beskrivelse af målested i lever følger: Placering: Udgangspunktet for ROI vil være snit ved bordposition 470 til 470,5 mm og i snit ,5 mm. Målestederne varierer svagt grundet forskel i snittykkelse og små afvigelser mellem indlagte scanområder for protokollerne. 37

38 ROI vil være placeret på samme sted ved hver måling, svarende til bagtil i leveren. Placeringen er vist på følgende billede: Leveren er ikke placeret som ved en patient, da udformningen af fantomet medfører, at leverlapperne falder mere ud til siden. ROI Størrelsen af ROI er valgt ud fra anbefalingerne fra SIS (25). 7.4 Præsentation af støjmålinger Herunder følger støjmålinger foretaget på fantomet. Støjmålingerne er et gennemsnit af de to målinger for hver enkelt scanning: Protokol A B C D E F G 1 15,60 16,60 19,75 8,95 10,20 7,30 8, ,00 16,55 19,00 9,60 9,85 7,15 6, ,80 17,05 20,45 9,45 8,85 6,65 6, ,20 18,25 18,00 8,35 10,20 6,60 6, ,75 17,15 20,25 10,20 10,10 5,90 6, ,00 17,20 17,80 9,40 10,05 6,20 6, ,95 17,65 18,95 9,50 10,10 6,85 6, ,15 16,60 19,15 9,70 9,65 6,65 6, ,65 16,60 19,15 9,20 10,15 6,65 6, ,80 17,20 18,65 9,30 10,55 6,35 6,30 I alt 163,90 170,85 191,15 93,65 99,70 66,30 66,05 Gns. 16,39 17,09 19,12 9,37 9,97 6,63 6,61 38

39 7.5 Statistisk sammenligning af målinger Støjmålingerne sammenlignes under ét, ved en 2 sidet Anova, og hvis en signifikant forskel påvises, vil dataene efterfølgende gennemgå en parret t-test. Baggrunden herfor er belyst i afsnit 5.6. Ved beregninger i SAS Analyst version 9.1 (bilag 13) er data kontrollerede og fremstår normalfordelte, på nær protokol D, hvilket er en forudsætning for beregning ved Anova samt T-test. Jeg antager dog at årsagen til, at D ikke er normalfordelt, skyldes antallet af målinger. I det videre forudsætter jeg, at D ville være normalfordelt, hvis jeg havde foretaget flere målinger. Dette understøttes af min forventning om normalfordeling, da empirien alene indeholder analytisk varians. Beregningerne ved den 2 sidede Anova viser en p-værdi på 0,0001 (bilag 13), hvilket medfører at H 0 forkastes, og der er forskel på målingerne. Der er dermed signifikant forskel på billedkvaliteten for protokollerne. Eksempler på billedkvaliteten for hver protokol er vedlagt som bilag (bilag 14). For at vurdere, hvordan den signifikante forskel udarter sig mellem protokol A og forsøgsprotokollerne, er dataene gennemgået ved parret T-test (bilag 15). Hypoteserne for T-testen er opstillet som beskrevet i afsnit 5.6. I T-testen accepteres H 0 hvis p-værdi > 0,05. Resultaterne af T-testen er samlet i følgende tabel og gennemgås i efterfølgende analyseafsnit: T-test P-værdi A/B 0,2802 A/C 0,0006 A/D 0,0006 A/E 0,0006 A/F 0,0006 A/G 0, Vurdering af empiri Gennemgang af dataene via SAS Analyst 9.1 viser, at dataene er normalfordelte (bilag 13). Dette muliggør videre beregninger ud fra variansen ved Anova samt parrede T-test ud fra middelværdi og spredning. 39

40 Den 2 sidede Anova viser, at der på et 5 % signifikansniveau er forskel på protokollerne. Støjmålingerne fra protokollerne kan ikke antages at være ens. Dette er med stor sikkerhed, da p-værdien er 0,0001 svarende til 0,01 % sandsynlighed for ukorrekt udsagn (bilag 13). Da dataene ikke er ens, kan en forskel belyses gennem parrede T-test. Ved T-test analyseres de indsamlede data parvis (bilag 15). Dvs. at standard protokollen A kan analyseres ifht. en forsøgsprotokol ad gangen. Dette giver mulighed for at teste støjniveauerne og finde frem til, hvordan den signifikante forskel udarter sig. H 0 accepteres alene ved sammenligning mellem protokol A & B, da p-værdien er 0,2802. Dette betyder, at mas kan nedsættes 10 % uden indflydelse på billedkvaliteten ved fastholdelse af algoritme B. H 0 forkastes ved sammenligning med C, D, E, F & G med en p-værdi på 0,0006 for alle protokoller. Ved at sammenligne niveau for SD er C signifikant ringere end A. C viser grænsen for, hvor meget mas kan nedsættes, hvis alle andre parametre end mas fastholdes. D, E, F & G har et lavere støjniveau end standardprotokollen, SD = 16,39, med SD i niveauer 6,61 9,97. Fælles for forsøgsprotokollerne D, E, F & G er, at en lavere algoritme er anvendt. Støjniveauet er signifikant lavere med en usikkerhed på 0,06 %, hvilket betyder, at H 1 accepteres med meget lille usikkerhed. Den lavere algoritme har stor indflydelse på billedkvaliteten i forhold til LKO, og halverer tilnærmelsesvis støjniveauet. Dette fremhæves ved sammenligning af B/D & C/E som benytter samme parametre på nær valg af algoritme. Ønsket om at visualisere HKO i undersøgelsen kan imødekommes ved at rekonstruere i højere algoritmer (9, s. 124). Det markant lavere støjniveau viser en tendens til, at dosis kan nedbringes yderligere end for forsøgsprotokollerne, hvis det accepterede støjniveau antages at være lig protokol A. Den effektive dosis er udregnet for hver protokol i forsøget (bilag 11). Dosis for protokol B er 5,0 msv. For forsøgsprotokollerne med algoritme A er dosis: 5,0 msv og 4,4 msv. CTDI w er angivet ved dosisberegningerne. Protokollerne E & F har laveste CTDI w på 5,7 ved undersøgelsen. Ved at inddrage denne parameter i dosisovervejelserne bør den optimerede protokol være E eller F, da billedkvaliteten ifht. F har det laveste støjniveau, hvorfor denne bør vælges. LKO er bedre end standard 40

41 protokollens og den effektive dosis på 4,4 msv opnås med en CTDI w på 5,7. Fastholdelse af algoritme B med kantforstærkning nedsætter CTDI w til 6,4 mod 7,1 ved standard. Nedsættelsen af dosis, 1,1 msv pr. undersøgelse, ved valget af forsøgsprotokol F, betyder mindre risiko for stråleinduceret cancer. Omregnet til risiko nedsættes antallet af tilfælde af stråleinduceret cancer med 55 personer pr For protokol B nedsættes dosis 0,5 svarende til 25 personer pr (bilag 11). 8.0 Diskussion Dette afsnit behandler de indsamlede data fra afsnit 7 samt viden fra ULD artiklen, som er gennemgået i afsnit Afsnittet er opdelt i Diskussion af samlet empiri, hvor betydningen af de indsamlede data gennemgås, og Diskussion af metode, hvor bias og mulige ændringer af projektet belyses. 8.1 Diskussion af samlet empiri Den statistiske gennemgang af data i afsnit 7.5 viser, at der er forskel på billedkvaliteten for forsøgsprotokollerne. T-testen tydeliggjorde, at protokol A & B kunne anses som værende ens, mens C, D, E, F & G var signifikant forskellige fra A. Middelværdierne for SD kan tolkes som udtryk for protokollernes støjniveau. Forsøgsscanningerne har anskueliggjort, at støjniveauet øges væsentligt ved nedsættelse af dosis. Protokol B kan anvendes, hvis fastholdelse af algoritme B ønskes. Protokollen gengiver bløddele med kantforstærkning gennem den anvendte algoritme B. Dosis reduceres med 10 % gennem sænkning af mas. Valg af algoritme A sænker støjniveauet væsentligt, hvilket er vist gennem forsøgsprotokollerne D, E, F & G. Algoritme A har en mere udglattende effekt på pixels end algoritme B. Direkte sammenligning af brugen af algoritme mellem protokol C & E viser et fald i SD fra 19,12 til 9,97. Protokol C & E anvender samme parametre på nær algoritmen. Algoritme A halverer tilnærmelsesvis støjniveauet, og giver mulighed for at reducere dosis yderligere end forsøgsprotokollerne. Brug af lavere algoritme er det vigtigste parameter til at reducere dosis ved den enkelte undersøgelse og stadig bibeholde en god LKO. 41

42 Forsøgsprotokollen F havde laveste dosis, 4,4 msv, samtidig med et lavere støjniveau på SD = 6,63. Dosis er reduceret ved at sænke mas 20 % ifht. standard og benytte en større snittykkelse på 5 mm samt lavere algoritme. Dosis er udregnet uden brug af AEC. Dosismodulerende systemer kan reducere dosis %. ULD artiklen (7) viste, at ULD protokollen har en sensitivitet på 100 % samt specificitet på 98,5 % ved HKO indikationer som fri luft, sten, ileus mv. ULD artiklen (7) har vist, at ULD protokollen ikke evner at visualisere LKO tilstrækkeligt ud fra projektets krav til støjforhold. Dette nødvendiggør en opdeling af undersøgelsen, for at mindske dosis ved den enkelte CT OOA. Kendskabet til protokollernes formåen kan muliggøre en opdeling efter indikationer: 1. fri luft/sten mv. og 2. til bløddelsvurdering. Data kan efterfølgende rekonstrueres i forskellige algoritmer for at imødekomme både LKO og HKO ved undersøgelsen. Dosis ved protokol F er 4,4 msv og ved ULD 2,1 msv. Besparelsen ifht. protokol A, 5,5 msv, er væsentlig, og kan nedbringe risikoen for stråleinduceret cancer. Hvordan undersøgelsen opdeles ud fra indikationer er væsentligt. Det kan evt. være en læge på min. mellemvagtniveau, som instruksen fra et hospital beskriver (bilag 2), der kan henvise til CT OOA og derigennem sikre scanning ud fra korrekte indikationer. 8.2 Diskussion af metode Det kan diskuteres om metoden er retvisende ifht. at måle indvirkningen af forsøgsprotokollerne. Leveren i fantomet indeholder luft i arterier og vener. Dette bevirker, at sammensætningen af HU ved målingerne af ROI påvirkes. Luften bevirker af SD ændres. Dette kan medføre, at dæmpningen ved fantomet misfortolkes. Min direkte sammenligning, er en levermåling på et hospital med en protokol lignende protokol C. Målinger på patienten var SD på 22,1 og 25,9. Målingerne på protokol C havde en middel SD på 19,12. Når luften i leveren medtages vurderes fantomet at være lille ifht. kv. Dæmpningen ved fantomet kunne være øget gennem en større masse. Fantomet vurderes at være ækvivalent med en lille person. Accepten af protokol B kan på baggrund af størrelsen af fantomet diskuteres. Et mindre fantom kræver lavere dosis, hvorfor accepten af protokol b alene kan skyldes, at fantomet er baseret på forhold gældende for 80 kv. Samtidig ville projektet optimalt bestå af målinger på flere levere, 42

43 hvilket ville øge spredningen af datamålingerne grundet levernes forskellige anatomiske opbygning. Dette kunne have medført at protokol B stadig blev accepteret. Forsøgsprotokollerne med algoritme A vurderes at have et tilstrækkeligt lavt støjniveau til at fantomets opbygning ikke vil have indflydelse på resultatet. Field of view (FOV) er af uafklarede grunde større ved protokol A end forsøgsprotokollerne. FOV kan påvirke støjen i billedet både positivt og negativt. Matrix er uændret 512. Jeg har gennemgået protokollerne ud fra formlen for pixelstøj (bilag 16): Ϭ : f a Io / I ε Q S Formlen understøtter udviklingen for støj i forsøget. En undersøgelse af FOV s indvirkning på støj viser, at FOV 207 mm 262 mm, som anvendt i projektet ikke påvirker støjforholdet. Relationen mellem FOV og støj er beskrevet i følgende graf (26): Udformningen af fantomet, rektangulært, medfører at AEC ikke kunne anvendes, hvorfor angivelsen af dosis er ved fast rørstrøm. Dosis bør stadig kunne anvendes som tendens for, at patientdosis kan reduceres. Statistisk er projektet et udtryk for, hvor gode målinger der er foretaget, og hvordan scanneren producerer samme resultat kontinuerligt. Optimalt skulle leveren i fantomet være udskiftet 10 gange udgørende 10 forskellige målinger for hver protokol. Derved 43

44 kunne indvirkningen på 10 forskellige individer beregnes. Den anvendte metode vurderes tilstrækkelig og valid ud fra ønsket om, at kunne tilvejebringe en tendens eller hypotese for videre projekter. Antallet af målingen kan ikke vurderes repræsentative. 9.0 Konklusion Undersøgelsen CT OOA kan med fordel opdeles efter indikationer, da kravet til billedkvalitet er forskellig fra LKO og HKO. Der skal fastsættes en procedure for, hvordan henvisningen til undersøgelsen foretages. Indikationen for henvisningen til CT OOA kan benyttes til at mindske patientdosis ved undersøgelsen. En ULD CT OOA med middeldosis på 2,1 msv kan påvise HKO patologier som fri luft, sten samt ileus mv. Ved scanningerne af ULD protokollen blev Z-modulation anvendt. ULD protokollen er frembragt gennem et forskningsprojekt, hvori 163 patientmålinger indgik. Sensitivitet og specificitet hhv. 100 % og 98,5 % ved HKO patologier. ULD protokollens sensitivitet falder til 86 % ved påvisning af LKO, hvorfor protokollen ikke kan anvendes fuldt ud ved OOA. Scanninger på et fantom har vist muligheden for at nedbringe dosis for standard CT OOA. Forsøgsprotokollerne kan mindske dosis ved påvisning af LKO patologier såsom akut pancreatit ifht. standard CT OOA. Den laveste dosis ved de accepterede forsøgsprotokoller er beregnet til 4,4 msv mod 5,5 msv for standard CT OOA. Forsøgsprotokollen benytter en lavere algoritme, A, og en større snittykkelse, 5 mm, til at reducere støjniveauet. Dosis er reduceret 20 % ved nedsættelse af mas. Støjniveauet ved forsøgsprotokollen er SD = 6,63 mod SD = 16,39 for standard protokollen. Hvis fastholdelse af algoritme B ønskes, kan dosis nedsættes 10 % til 5,0 msv uden tab af billedkvalitet, da protokol A & B vurderes ens på et 5 % signifikansniveau. Dosisberegningerne er uden brug af AEC, hvorfor den reelle patientdosis ved protokollerne A-G vil være % lavere. Rådataene kan altid rekonstrueres i flere algoritmer ifht. om LKO eller HKO ønskes fremstillet. Ud fra protokollerne B & F, til fremstilling af LKO, kan risikoen for stråleinduceret cancer nedbringes med mellem 25 og 55 personer pr Inddragelse af ULD protokollen kan yderligere nedbringe risikoen ved undersøgelsen. 44

45 Undersøgelsen CT OOA skal derfor opdeles efter indikationer for at opnå mindst mulig patientdosis samtidig med at billedkvaliteten bibeholdes Perspektivering Projektet har fokus på optimering af en CT protokol. Årsagen til dette er, at der ikke er en fastlagt udvikling af CT protokoller, som belyst i problemstillingen. Det vil være optimalt, at have en fast fremgangsmåde, som skal sikre løbende udvikling af CT protokoller mht. billedkvalitet og dosis. Det kunne være at anvende viden om kvalitetsudvikling til at fastsætte rammer for, hvornår ny viden omkring givne protokoller skal søges og implementeres hvis anvendeligt. Et problem kan være, at billeddiagnostisk afdeling ikke kender til billedkvaliteten for en ny protokol inden denne skal prøves. Risikoen herved er, at billedkvaliteten ikke stemmer overens med ønskerne fra radiologen. Et udtænkt scenarie imødekommer viden om billedkvalitet samtidig med, at det giver mulighed for udvikling af CT protokoller. Scenariet inddrager alle billeddiagnostiske afdelinger i Danmark samt SIS. SIS skal udgøre en funktion, som indsamler data om referencedosis samt billedkvalitet for alle undersøgelser i CT. Billeddiagnostiske afdelinger skal indsende referencedosis for alle CT undersøgelser hvert år sammen med anonymiseret billedmateriale på standardpatienterne. SIS kan oprette en database for hospitalerne med adgang til CT protokoller med dosisoplysninger og billedmateriale. Andre billeddiagnostiske afdelinger kan derigennem se, hvordan de kan opnå den bedste protokol i praksis mht. dosis, og vurdere om billedkvaliteten er acceptabel. Radiologernes forskellige opfattelse af billedkvalitet imødegås, da radiologerne har adgang til at se, hvordan en given protokol influerer på billedkvaliteten. Databasen hos SIS kan afstedkomme et krav på sigt om optimering af CT protokoller på kontinuerlig vis. På længere sigt kan det indsendte materiale udmunde i lovmæssige krav om højeste anvendte dosis for de enkelte undersøgelsesområder. På nuværende tidspunkt fungerer referencedosis således, at hvis disse overskrides er der påbud om at rette CT parametre. I det tænkte scenarie skal SIS løbende vurdere det 45

46 indsendte materiale og fastsætte accepterede dosis-niveauer samt sikre, at der ikke er stor spredning i dosis for landets afdelinger. I problemstillingen belyses, hvor forskellige protokoller til CT OOA kan være sammensat. Patientdosis varierer fra 1,7 msv til 17 msv alt efter indikation og ønsket billedkvalitet (6 & bilag 3). ULD artiklen beskriver 19 af 163 patienter som genscannes med standard CT OOA ved uafklarede forhold. Standard CT OOA gav kun afklarede forhold ved 4 ud af 19 patienter (7, s. 5). Kravene til billedkvalitet sættes i perspektiv af ULD artiklen ud fra den manglende ekstra information ved yderligere scanninger. Spørgsmålet er dermed, om ULD protokollen er tilstrækkelig, som eneste CT OOA protokol, til trods for utilfredsstillende sensitivitet, på et 5 % signifikansniveau, ifht. visualisering af bløddele. For at kunne vurdere om ULD protokollen alene kan benyttes ved CT OOA kræver det yderligere vurdering af billedkvaliteten via radiologer. 46

47 11.0 Litteraturfortegnelse 1:Sundhedsstyrelsen, Styring af doser ved computer tomografi, Statens Institut for Strålehygiejne, 2004, tilgængelig: 2: Sundhedsstyrelsen, Bekendtgørelse om medicinske røntgenanlæg til undersøgelse af patienter, Bekendtgørelse nr. 975 af 16. december 1998, sider 7 9, sider i alt 3 3: Kjærgaard, Jan; Mainz, Jan; Jørgensen, Torben og Willaing, Ingrid, Kvalitetsudvikling i sundhedsvæsenet, Munksgaard Danmark, 1. udgave, 3. oplag 2006, s , 46-50, og sider i alt 42 4: Israelsson, Carsten, Strålebeskyttelse, Statens Institut for Strålehygiejne, 2008, tilgængelig: nik_f24_f25_2008.pdf 5: Bjerkeset, Tormod; Havik, Steinard; Aune, Knut-Erik Moen og Rosseland, Arne, Akutte bugsmerter som årsak til innleggelse, Medisin og Vitenskap, Norsk lægeforening nr. 12, 2006, sider i alt 3 6: Mackersie, Andrew B.; Lane, Michael J.; Gerhardt, Robert T.; Claypool, Harry A.; Keenan, Sean; Katz, Douglas, S. Katz og Tucker, Jonathan E., Nontraumatic Acute Abdominal Pain: Unenhanced Helical CT Compared with Three-View Acute Abdominal Series, Radiology 2005, sider i alt 9 7: Udayasankar, Unni K.; Li, Jianhai; Baumgarten, Deborah A.; Small, William C. og Kalra, Mannudeep K., Acute abdominal pain: value of non-contrast enhanced ultra-lowdose multi-detector row CT as a substitute for abdominal radiographs, ASER 2008, sider i alt 9 8: Kalender, Willi, Computed Tomography: Fundamentals, System Technology, Image Quality, Applications, Publicis Corporate Publishing, Erlangen, 2nd edition 2005, s , , og , sider i alt 76 9: Jørgensen, Bo Haugaard, CT teknik, Forlaget Utopia, 7. udgave 2004, s , , og , sider i alt 37 10: Larsen, Anna-Lise S. & Vejleskov, Hans, Videnskab og forskning, Gads Forlag, 1. udgave, 3. oplag 2004, s , sider i alt 17 11: Kruse, Emil, Kvantitative forskningsmetoder, Dansk Psykologisk Forlag, 5. udgave, 1. oplag 2005, s , sider i alt 38 12: Rienecker, Lotte & Jørgensen, Peter S., Opgaveskrivning på videregående uddannelser, Samfundslitteratur, 1. udgave 1999, s , sider i alt 26 47

48 13: Bushong, Stewart C., Radiologic Science for Technologists, Elsevier Mosby, 8. udgave 2004, s og sider i alt 24 14: Anderson, Jon A.; Wang, Jihong og Clarke, Geoffrey D., Choice of Phantom Material and Test Protocols to Determine Radiation Exposure Rates for Fluoroscopy, Anderson, RSNA 2000, sider i alt 10 15: Keat, Nicholas, Report 05016, CT scanner automatic exposure control systems, Department of Health, 2005: tilgængelig: EP/CT/Report% pdf, sider i alt 45 16: Philips Medical Systems, 6.4 Vinduet Kombination af billeder: Philips Brilliance CT bind 3 - Analyse, sider , sider i alt 4 18: Blom-Hanssen, Jesper, Statistik for praktikere, Ingeniøren/bøger, 1. udgave, 1. oplag 2002, s , , og , sider i alt 35 19: Altman, Douglas G., Practical Statistics for Medical Research, Chapman & Hall/CRC First CRC reprint 1999, Multiple comparisons s. 211, sider i alt 1 20: Impactscan, Impactscan og dosisberegner, 2008, tilgængelig: og 21: Health Protection Agency, Monte Carlo calculations of organ doses to patients, September 2008, tilgængelig: 3?p= : Sundhedsstyrelsen, Vejledning om referencedoser for røntgenundersøgelser, Statens Institut for Strålehygiejne, marts 2001, sider i alt 5 23: Philips Medical Systems, 8.11 Filtre & 12 DoseRight, Philips Brilliance CT bind 1 Brugervejledning, sider & , sider i alt 7 24: Kalra, Mannudeep K.; Maher, Michael M.; Toth, Thomas L.; Schmidt, Bernhard; Westerman, Bryan L.; Morgan, Hugh T. og Saini, Sanjay, Techniques and Applications of Automatic Tube Current Modulation for CT, Radiology 2004, sider i alt 8 25: Sundhedsstyrelsen, Kontrol af DR anlæg 2005, Statens Institut for Strålehygiejne, november 2005, sider i alt 15 26: Edyvean, Sue, Effect of ROI size on image noise, Impactscan, oktober 2003, tilgængelig: Pensum i alt