Способ низкодозного сканирования органов грудной клетки, адаптированный к массе тела пациента Российский патент 2021 года по МПК A61B6/03 G06T5/00 

Область техники, к которой относится изобретение - медицина, в частности рентгенология.

Из уровня техники известен ряд аналогов заявляемого технического решения. Наиболее распространенным является выполнение диагностической процедуры по стандартному протоколу, т.е. базовому протоколу, рекомендованному производителем компьютерного томографа, [Рекомендации Американской ассоциации медицинских физиков, American Association of Physicists in Medicine, AAPM Adult Routine Chest CT Protocols Version 2.1 5/4/2016]. Полученные изображения обладают хорошим качеством, позволяют диагностировать любые патологические состояние органов грудной клетки, однако при использовании стандартных настроек средняя доза облучения весьма высока, а именно -составляет 6-8 мЗв в зависимости от комплекции пациента, что не позволяет использовать данный протокол в качестве профилактического исследования (скрининга) согласно нормам СанПин 2.6.1.1192-03, так превышена максимально допустимая дозы облучения в 1 мЗв.

Другим аналогом заявленного технического решения является способ скрининга рака легкого по низкодозному протоколу компьютерной томографии, предложенный в ходе широкомасштабного скринингового исследования в США (National Lung Screening Trial, NLST) [National Lung Screening Trial Research Team. Reduced lung-cancer mortality with low-dose computed tomographic screening. New England Journal of Medicine. 2011. V. 365. No. 5. P. 395-409.] Преимуществом является высокая чувствительность данного решения в выявлении рака легкого. Однако, протоколы не адаптированы в зависимости от конституции пациента, и средняя доза лучевой нагрузки при данном исследовании превышает 1,5 мЗв, что делает невозможным ее применение в качестве скринингового метода в России.

Еще одним аналогом заявленного технического решения являются способы сканирования, основанные на использовании низкодозных протоколов, предложенные в скрининговом исследовании в Европе [Horeweg, Nanda, et al. "Characteristics of lung cancers detected by computer tomography screening in the randomized NELSON trial." American journal of respiratory and critical care medicine 187.8 (2013): 848-854.] Были разработаны протоколы с различным напряжением для рентгеновской трубки 80-90, 120, 140 кВ для пациентов массой тела меньше 50, от 50 до 80, более 80 кг, соответственно. Методика направлена только на скрининг рака легкого и не предусматривает использование в качестве способа для диагностики других патологических состояний органов грудной клетки в виду недостаточного качества изображений.

Другим аналогом заявленного технического решения является способ проведения диагностической процедуры посредством компьютерной томографии, выполненной по низкодозному протоколу с характеристиками, рекомендованными Американской ассоциацией физиков в медицине ААРМ [Association of Physicists in Medicine Lung Cancer Screening CT Protocols Version 4.0 2/23/16]. Процедуру проводят с различными настройками в зависимости от веса пациента: до 90 кг, 90-120 кг и более 120 кг. Преимуществом данного прототипа является сниженная доза облучения при сканировании пациента по сравнению со стандартным сканированием и возможность использования полученных изображений для выявления очагов в легких и скрининга рака легкого. Недостатком прототипа является отсутствие возможности использования для диагностики других патологий легких вследствие недостаточного качества полученных изображений.

Прототипом заявленного технического решения, является техническое решение «Способ скрининга рака легкого с помощью ультранизкодозной компьютерной томографии у пациентов с массой тела до 69 кг» (В.А. Гомболевский, В.Ю. Чернина и др.), по патенту РФ №2701922. Преимуществом данного решения является получения качества изображения, достаточного для выполнения задач скрининга рака легкого, с дозой облучения, не превышающей 1 мЗв. Недостатком данного изобретения является невозможность его использования для диагностики патологических состояний органов грудной клетки, кроме указанной онкопатологии.

Раскрытие изобретения

Техническая задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в преодолении ограничений прототипа, связанных с выявлением только онкопатологии, путем повышения качества изображения за счет применения итеративных реконструкций, позволяющих при этом сохранять лучевую нагрузку менее 1 мЗв. Таким образом, открывается возможность использовать низкодозный протокол не только в качестве скрининга рака легкого, но и в качестве рутинной диагностики различной патологии органов грудной полости.

Технический результат состоит в обеспечении возможности диагностики широкого спектра патологий посредством низкодозного сканирования органов грудной клетки за счет повышения качества изображения низкодозного протокола, что расширяет показания для его применения, в том числе для рутинной диагностики различных патологий органов грудной полости.

Известные из уровня техники рутинные способы диагностики патологических изменений органов грудной клетки с помощью компьютерной томографии содержат следующие основные этапы:

- проведение сканирования при положении пациента на спине с поднятыми к голове руками;

- проведение сканирования с задержкой дыхания на глубине вдоха;

- протяженность сканирования устанавливают от верхушек легких до легочных синусов.

- силу тока на трубке (мА) понижают до 10 мА

В предпочтительном варианте осуществления заявляемого технического решения используются следующие параметры реконструкции изображения:

- толщина среза 1 мм

- интервал между срезами 0,5

- размер матрицы 512×512

В отличие от аналогов заявляемое изобретение предполагает осуществление следующих действий:

- устанавливают напряжение на трубке (kv) при весе пациента менее 90 кг на уровне 100 кВ; при весе пациента более 90 кг, но менее 120 кг - 120 кВ; при весе пациента более 120 кг - 140 кВ.

- устанавливают компьютерно-томографический индекс дозы (CTDI) 1,0 мГр;

- время ротации трубки (Time rotation) устанавливают 0,4 с;

- устанавливается фильтр Y-Sharp Plus,

- реконструкцию данных осуществляют с применением модельной итеративной реконструкции и уровнем итераций IMR 2

Принципиальными отличиями данного способа от аналогов являются комплектация томографа специализированным реконструктором и программным обеспечением. Уровень итераций характеризует уровень обработки специализированным реконструктором и отражает количество повторений алгоритма, выполняемых для устранения цифрового шума. Чем выше уровень, тем больше происходит повторений, больше цифрового шума удаляется. Меньше уровень итераций - изображение более резкое и более шумное. Выше уровень итераций - изображение менее резкое и менее шумное. Всего уровней 6 при использовании программного обеспечения Philips (Mehta D. et al. Iterative model reconstruction: simultaneously lowered computed tomography radiation dose and improved image quality // Med Phys Int J. - 2013. - T. 2. - №. 1. - C. 147-55.). При использовании более высокого уровня итераций вместе с шумом могут устраниться и нормальные структуры (например, междольковые перегородки в ткани легкого), которые программа примет за шум. По нашему опыту наилучшее качество визуализации обеспечивает уровень итераций IMR 2. Итеративная реконструкция (от анг. iterative - повторяющийся) повторяет реконструкцию несколько раз для лучшей оценки математических допущений, что позволяет получить изображения с более низким уровнем шума. Конечной целью всех итеративных реконструкций является выделение шума и получение изображения, максимально приближенного к реальному объекту, следствием чего является возможность снижения дозы при КТ исследовании.

Новизна предлагаемого решения состоит в возможности диагностики различных патологий органов грудной клетки с дозой лучевой нагрузки менее 1 мЗв, ранее доступной только профилактических исследований. Это стало возможным благодаря оптимизации низкодозных протоколов сканировния за счет применения модельных итеративных реконструкций IMR 2. Модельная итеративная реконструкция (МИР) работает с проекционными данными и реконструированными изображениями и использует обратное и прямое восстановление данных. Модельная итеративная реконструкция, является наименее чувствительной к появлению шума при снижении силы тока на трубке [Mehta D. et al. Iterative model reconstruction: simultaneously lowered computed tomography radiation dose and improved image quality //Med Phys Int J. - 2013. - T. 2. - №. 1. - C. 147-55.]

Параметры сканирования и реконструкции изображений в зависимости от веса пациента приведены в таблице 1 и 2. Данная комбинация параметров была подобрана в ходе модификации параметров прототипа с оптимизацией благодаря применению модельной итеративной реконструкции IMR 2, не использовавшейся ранее.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Пациент Б., 62 года, вес 83 кг, направлен врачом-терапевтом на КТ органов грудной клетки для исключения пневмонии. При исследовании у пациента в 9 и 10 сегментах правого легкого определяются участки консолидации легочной ткани. Рентгенологическое заключение: КТ-картина бисегментарной пневмонии справа. Спустя 10 дней после первичной КТ выполнена контрольная КТ органов грудной клетки. При исследовании выявлено уменьшение размеров ранее обнаруженных участков консолидации, изменения расценены как положительная динамика. При первом исследовании доза облучения составила 0,56 мЗв, при втором исследовании 0,55 мЗв.

Использование предложенного протокола позволило выполнить поставленную диагностическую задачу и оценить эффективность лечения. При этом доза облучения не превышала 1 мЗв и была в несколько раз ниже, чем при стандартном сканировании.

Пример 2.

Пациент Б., 70 лет, вес - 95 кг, направлен врачом-терапевтом для исключения пневмонии. При исследовании у пациента выявлены двусторонние периферические полисегментарные участки консолидации легочной ткани. Рентгенологическое заключение: двусторонняя полисегментарная пневмония. Доза облучения составила 0,81 мЗв.

Использование предложенного протокола позволило выполнить поставленную диагностическую задачу. При этом доза облучения не превышала 1 мЗв и была в несколько раз ниже, чем при стандартном сканировании.

Изобретение относится к медицине, в частности рентгенологии, и может быть использовано для низкодозного сканирования органов грудной клетки, адаптированного к массе тела человека. Проводят сканирование пациента при положении пациента на спине с поднятыми к голове руками, при задержке дыхания на глубине вдоха. Обеспечивают протяженность сканирования от верхушек легких до легочных синусов. Устанавливают силу тока на трубке (mА) 10 мА. При этом устанавливают напряжение на трубке (kv) при весе пациента менее 90 кг на уровне 100 кВ. При весе пациента более 90 кг, но менее 120 кг устанавливают напряжение на трубке на уровне 120 кВ. При весе пациента более 120 кг устанавливают напряжение на трубке на уровне 140 кВ. Устанавливают компьютерно-томографический индекс дозы (CTDI) 1,0 мГр. Устанавливают скорость ротации трубки 0,4 с. Осуществляют реконструкцию данных с применением модельной итеративной реконструкции с уровнем итерации IMR 2. Устанавливают фильтр Y-Sharp Plus. Способ обеспечивает низкодозное сканирование органов грудной клетки, адаптированное к массе тела пациента, за счет применения модельных итеративных реконструкций. 2 табл., 2 пр.

Способ низкодозного сканирования органов грудной клетки, адаптированный к массе тела человека, содержащий этапы, на которых:

- проводят сканирование пациента при положении пациента на спине с поднятыми к голове руками;

- выполняют сканирование при задержке дыхания на глубине вдоха;

- обеспечивают протяженность сканирования от верхушек легких до легочных синусов;

- устанавливают силу тока на трубке (mА) 10 мА;

отличающийся тем, что

- устанавливают напряжение на трубке (kv) при весе пациента:

менее 90 кг - на уровне 100 кВ;

более 90 кг, но менее 120 кг - на уровне 120 кВ;

более 120 кг - на уровне 140 кВ;

- устанавливают компьютерно-томографический индекс дозы (CTDI) 1,0 мГр;

- устанавливают скорость ротации трубки 0,4 с;

- осуществляют реконструкцию данных с применением модельной итеративной реконструкции с уровнем итерации IMR 2;

- устанавливают фильтр Y-Sharp Plus.