Image Quality Optimisation and Dose Management in CT, SPECT/CT, and PET/CT

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Det diagnostiska värdet av röntgen- och nuklearmedicinska undersökningar kan knappast över¬skattas. Däremot innebär undersökningar som baseras på joniserande strålning en liten risk för patienten att senare i livet utveckla en cancer. Därför är det vår skyldighet att hålla stråldoserna så låga som möjligt med bibehållen diagnostisk noggrannhet. Idag utgör medicinska undersökningar en betydande del av befolkningens exponering för joniserande strålning. Dessutom ökar stråldoserna inom sjukvården för varje år och det ökade antalet CT-undersökningar är den största orsaken till denna växande andel av kollektiv¬dosen. Flera av de avbildningstekniker som används idag är ännu inte optimerade med hänsyn till bildkvalitet och patientstråldos. Detta gäller särskilt undersökningar med CT, SPECT/CT och PET/CT. Idag finns det olika metoder för att sänka stråldoserna. Den svåra frågan att utreda är vad som är tillräcklig stråldos för en viss undersökning utan att den diagnostiska säkerheten blir för låg. Det övergripande syftet med denna avhandling är att förbättra och systematiskt utvärdera bildkvalitet och patientstråldos vid bild- och funktions¬undersökningar. Avhandlingen innehåller studier av system för exponeringsautomatik på CT, med vilka rörströmmen anpassas efter varje patients storlek och form samt röntgenstrålningens absorption och spridning. Dessa olika system har utvärderats beträffande sin effektivitet, såväl med avseende på bildkvalitet som patientstråldos. Beroende på system och inställningar minskade absorberad dos med 35-60 % för ett antropomorfiskt thoraxfantom. Brusnivån i bilderna blev mer jämn mellan olika anatomiska regioner även om bruset generellt ökade. För att förbättra den diagnostiska informationen vid CT-undersökningar tillförs ofta kontrastmedel som kan ha en oönskad påverkan på njurfunktionen, särskilt för äldre patienter. Risken för sena effekter av strålning (cancer) är däremot högst för yngre patienter. Genom att justera mängd kontrastmedel mot stråldos kan risker i olika åldrar minimeras. För yngre patienter (16-25 år) kunde stråldosen mer än halveras. Detta kunde göras genom att mängden kontrastmedel ökades så att signal-till-brus-förhållande i levern bibehölls och kontrast-till-brus-förhållande för en tänkt levermetastas som bara sparsamt fylls med kontrastmedel bibehölls. Hos äldre patienter (>75 år) kunde mängden kontrastmedel minskas med 18 % genom att stråldosen ökades med 46 % för bibehållen bildkvalitet. Kliniska undersökningsprotokoll för ett mobilt intraoperativt bildsystem (O-arm) bestående av en CT med ett konformat strålknippe har optimerats för användning vid kirurgiska ingrepp i ryggraden. Organdoser och effektiv dos har beräknats genom Monte Carlo simulering och erhållna bilder har bedömts av observatörer. Resultatet visade att effektiv dos kan reduceras till 1,5-2,4 mSv med tillräcklig bildkvalitet för ändamålet, vilket är 5 gånger lägre stråldos jämfört med de inställningar som tillverkaren angivit för bildtagning av en liten patient. Inom ramen för ett EU-projekt har ett nytt fantom benämnt MADERIA tagits fram för optimering av nuklearmedicinsk diagnostik. Fantomet är unikt i sin konstruktion med ett stort antal lika stora ihåliga koner vilka kan fyllas med radioaktiva lösningar av olika aktivitetskoncentration. Detta möjliggör studier av rumslig upplösning, partiell volymseffekt (intensitetsdiffusion) och detekterbarhet. Baserat på erfarenhet av olika fantom¬mätningar har fantomet vidareutvecklats. Fantomet har potential att bli ett användbart och viktigt verktyg i optimeringsarbetet av SPECT- och PET-undersökningar. Ständigt sker det förbättringar och utveckling av nya typer av bildrekonstruktions-metoder. Tre olika rekonstruktionsmetoder för SPECT har optimerats och jämförts i en observatörsstudie av 123I-MIBG-bilder vid misstanke om tumör-sjukdom. Bilderna presenterades och rangordnades med hjälp av ett bildvisnings-program som anpassades för observatörsstudier med möjlighet att visa upp till 8 olika rekonstruktioner sida vid sida. För den nyttjade SPECT-kameran och parameter¬inställningar bedömdes Siemens algoritm Flash 3D med 32 (4h efter injektion) och 16 (24h efter injektion) ekvivalenta iterationer ge bäst bildkvalitet. Det finns utrymme för fortsatt optimering av bildkvalitet och stråldos. Ständigt pågår utveckling av ny teknologi som möjliggör detta. Framtida potentiella tekniker såsom energiupplösande detektorer i kombination med kontrastmedel baserade på ämnen med högt atomnummer och förbättrade iterativa bildrekonstruktionsmetoder kommer medföra nya medicinska applikationer. Detta kommer även i fortsättnigen fordra ett nära samarbete mellan sjukhus-fysiker, tillverkare, radiologer, nuklearmedicinare, röntgensjuksköterskor, biomedicinska analytiker och remitterande läkare. Målet är att fastställa tillräcklig bildkvalitet för en specifik diagnostisk frågeställning med lägsta möjliga effektiv dos till patienten.