El propósito de este trabajo consistió en optimizar el protocolo de fosa posterior por tomografía computarizada en pacientes pediátricos mediante el empleo de una función de control automático de la exposición de rayos X (CAE) denominada Flex-mA (Shimadzu Corp., Kyoto, Japón).
Materiales y métodosPara el cálculo del índice de dosis volumétrico Cvol y del producto kerma-longitud en aire PKT,CT se utilizaron valores del Cvol reportados por el equipo, se extrajeron los metadatos de espesor de corte y corriente del tubo de los archivos, en formato DICOM, de imágenes de los pacientes. Se compararon los niveles promediados de dosis estimados entre sí y respecto a los niveles de referencia de dosis (NRD) usando el método de comparación múltiple de medias.
ResultadosSe redujeron significativamente los índices de dosis para todos los rangos de edades desde 1 hasta 19años, con reducciones mínimas hasta el 31% para el Cvol y al 25% para el PKT,CT respecto a NRD de países desarrollados para edades de 10 a 14años.
ConclusionesEl uso de la función de CAE denominada Flex-mA permite reducir el valor promedio y la dispersión de los índices de dosis Cvol y PKT,CT en pacientes pediátricos, preservando un nivel aceptable de la calidad de la imagen diagnóstica conforme a criterios internacionales de calidad de imagen para protocolos de cabeza en general.
The aim of this work is to describe the optimization of a posterior fossa protocol in pediatric computed tomography (CT) by using an Automatic Exposure Control (AEC) system, named Flex-mA (SHIMADZU Corp., Kyoto, Japan).
Materials and methodsThe calculation of the CT dose index over the entire volume, Cvol, and the kerma-length product in air, PKT,CT, was based on the Cvol reported by the CT unit, with slice thickness and tube current being taken from metadata of patient's DICOM files. The estimated mean dose levels were compared between each other and with respect to Dose Reference Levels (DRLs) by multiple comparison of means.
ResultsSignificant dose reductions were obtained for all age ranges from 1year to 19years old, with minimum reductions up to 31% for the Cvol and 25% for the PKT,CT, compared with DRLs from developed countries in a range from 10 to 14years old.
ConclusionsThe use of the AEC function, Flex-mA, allows both the average value and the dispersion of Cvol and PKT,CT for pediatric patients to be evaluated, preserving an acceptable level of the diagnostic image quality according to international criteria of quality of head imaging protocols in general.
El uso clínico de los rayos X conlleva riesgo potencial de cáncer radioinducido y enfermedades circulatorias, resultando crítico en pacientes pediátricos1,2. A inicios del sigloxxi el número de estudios por tomografía computarizada (TC) en pacientes pediátricos ya se había duplicado3, debido al crecimiento de las aplicaciones de la TC y las facilidades de adquisición de esta tecnología. Se estima que un tercio de los niños examinados con TC han recibido 3 exposiciones a estas radiaciones4. Por lo anterior, la optimización de protocolos de TC es ineludible. Una de las recomendaciones del Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) consiste en utilizar sistemas de control automático de la exposición (CAE)4. A pesar de la disponibilidad de funciones de CAE en la mayoría de las unidades de TC instaladas, escasean los reportes de su empleo en protocolos pediátricos, reduciéndose a estudios con maniquíes5,6. Las funciones de CAE deben validarse antes de su implementación como parte de protocolos clínicos, pues pudieran aumentar la exposición de pacientes a las radiaciones7. Los equipos de tomografía de detector simple están difundidos ampliamente en Latinoamérica y algunos países desarrollados, cuya cobertura de pacientes pediátricos no es despreciable.
La escasa documentación de los niveles de dosis de exposición de pacientes pediátricos es un problema mundial, resultando casi nula en el ámbito de los países en desarrollo. Otras modalidades, como la resonancia magnética (RM), son escasas en muchos países en desarrollo, resultando la TC una tecnología más accesible, lo cual permite suponer que la dosis colectiva de pacientes pediátricos pudiera superar los niveles existentes en países desarrollados. Recientemente, una investigación dirigida por el OIEA ha revelado una tendencia creciente de los estudios de cráneo y abdomen en Latinoamérica, constituyendo los de cráneo el 75% de todos los estudios pediátricos8.
En este trabajo se reportan resultados de la implementación de un protocolo de fosa posterior, optimizado mediante el uso de un sistema de CAE, para estudios de TC en un hospital pediátrico. El tomógrafo de detector simple instalado (Shimadzu SCT-7800 TC, Kyoto, Japón) posee una función de CAE denominada Flex-mA9, la cual modula la corriente del tubo en la dirección del movimiento de la camilla (modulación en z), estableciendo el valor de corriente del tubo basado en un topograma previo. El objetivo fundamental de este trabajo consistió en evaluar la implementación de una línea basal del protocolo optimizado para estudios de fosa posterior, atendiendo a la reducción de la dosis comparada con niveles de referencia de dosis (NRD)4 y la satisfacción de criterios de calidad de imagen diagnóstica, ambos reportados internacionalmente10.
Materiales y métodosSe activó la función Flex-mA y se inició un estudio prospectivo transversal, se colectaron las imágenes de pacientes durante 4meses, las de mayor interés fueron las obtenidas con el protocolo de fosa posterior por ser este tipo de estudios el más frecuente en el departamento de imagenología pediátrica. El muestreo se consideró aleatorio, dado por la llegada no controlada de pacientes admitidos para estudios por TC. Se excluyeron los casos cuyas lesiones impedían la definición de las estructuras anatómicas establecidas en los criterios de las normas europeas para definir la calidad de imagen diagnóstica10. Dado el principio de optimización para la protección del paciente pediátrico, teniendo en cuenta experiencias locales a partir de estudios con reducciones manuales de valores de corriente y diagnóstico exitoso, era razonable validar e implementar la función de CAE y crear un nivel basal de protocolo optimizado. Esta investigación fue aprobada por el Consejo Científico del hospital, sin requerimientos de consentimiento informado.
La función Flex-mA requiere un topograma previo, que se realizó en todos los casos en la dirección laterolateral (LL), pues se ha reportado que la CAE ofrece mayor reducción de la dosis cuando se basa en topogramas en LL5. Al activar el modo «Reduction» de la Flex-mA se puede escoger uno de 2 métodos: a)«Quality Priority», que establece la corriente del tubo en cada área, priorizando la calidad de imagen (en términos de ruido), y b)«Reduction Priority», que establece la corriente del tubo en cada área, priorizando su reducción. El método «Quality Priority» posee inconvenientes, pues tiende a aumentar la exposición del paciente al tratar de minimizar el ruido. El método «Reduction Priority» requiere criterios cuantitativos de limitación del valor de corriente. Para este trabajo se activó el modo «Auto-Reduction», sin modificar el límite máximo de corriente de 250mA (predeterminado por el fabricante para este protocolo), como línea basal de la optimización en curso.
Definición de protocolos de cabezaEl protocolo predeterminado de estudios de fosa posterior se realiza con un voltaje del tubo de 120kV, diámetro de reconstrucción de 250mm y cada rotación del tubo se realiza en 1,6s. Dicho protocolo consta de 2 grupos de parámetros, el primero (región de fosa posterior) con 10cortes de 5mm de espesor y 45mm de longitud de escaneo y el segundo (región supratentorial) con 8 cortes de 10mm de espesor y 70mm de longitud de escaneo. El nivel de corriente del tubo para estos protocolos en el equipo instalado (Shimadzu SCT-7800 TC, Kyoto, Japón) es 250mA de forma predeterminada, lo cual requiere reducir la exposición de pacientes pediátricos según el principio de optimización. Los pacientes se colocan en decúbito supino, se escanea el volumen comprendido desde la cisterna magna hasta el vértice del cráneo, con inclinación del estativo y cantidad de cortes planificados sobre el topograma, adecuados para reducir la exposición del cristalino (línea órbito-meatal) y cubrir solo el volumen de interés; por tanto, la longitud de escaneo varía entre pacientes para cada región.
La función Flex-mA se validó con un maniquí escalonado de agua, provisto por el fabricante, cuyo topograma se muestra en la figura 1, usando todos los protocolos de cabeza predeterminados con Flex-mA activada en modo «Auto-Reduction». Este procedimiento se utilizó además para capacitar al personal en el uso de la función Flex-mA y los principios básicos del CAE. El sistema de planificación de la función Flex-mA permite graficar la corriente del tubo por sección escaneada, como se observa en la figura 1, donde se han resaltado los perfiles de mA con líneas continuas, correspondientes a la escala de valores de mA en eje de ordenadas a la izquierda de la imagen del maniquí. En este caso el sistema ha modulado los valores de corriente por debajo de 200mA para las diferentes secciones del maniquí.
Para el caso de pacientes, se ha representado en la figura 2 una gráfica superpuesta al topograma lateral del paciente con valores de corriente modulada en un caso previo.
Registro y procesamiento de datos
Se registraron las edades de los pacientes a partir de las imágenes, anonimizadas en cuanto al nombre del paciente. Los valores de cantidad de cortes, espesor de corte, pitch, corriente del tubo, tiempo de escaneo y voltaje del tubo se obtuvieron de los metadatos de los archivos en formato DICOM.
Luego de la validación, se configuró la función Flex-mA y se registraron los valores del Cvol calculados por el equipo para cada nivel de corriente.
Cálculo de los índices de dosisLa dosis al paciente se estimó usando los valores del Cvol (en mGy) reportados por el equipo de TC (referidos al maniquí dosimétrico de cráneo estándar de 16cm de diámetro), en combinación con los parámetros de escaneo tomados de los metadatos de cada imagen en formato DICOM (corriente del tubo y espesor de corte). En todos los casos los cortes se realizaron contiguos en modo secuencial. El Cvol para el volumen escaneado completo se calculó como la sumatoria de todos los valores del Cvol,i en cada corte. El producto kerma-longitud en aire PKT,CT (en mGy·cm), para el volumen escaneado completo, se estimó según:
donde li es la distancia de irradiación del corte i-ésimo en cm. Existe una limitación en la ecuación (1), pues se asume el diámetro constante (16cm) en todos los casos y la homogeneidad del maniquí de referencia, cuando realmente ambas características varían entre pacientes y para cada corte de un mismo paciente.
Se consideró una incertidumbre expandida relativa del 6 y del 14,6% para reportar los valores del Cvol y de PKT,CT, respectivamente11.
Se utilizaron como NRD los reportados por el OIEA4, los cuales también están asociados a índices de dosis medidos en maniquí dosimétrico de cráneo estándar mencionado. Se denotan aquí NRDC y NRDP como NRD para el Cvol y el PKT,CT, respectivamente.
Métodos de análisis del impactoSe realizó un análisis de la reducción porcentual de los valores promediados del Cvol y el PKT,CT por grupos de pacientes según rango de edades, respecto a NRD de países desarrollados4. Para evaluar las diferencias entre los valores medios de dosis calculados y respecto a los NRD se usó el método de comparación múltiple (MCM) de Tukey12, con un nivel de significación de 0,05. Este método es adecuado cuando se buscan intervalos de confianza y los tamaños de las muestras no son iguales, además de ser robusto ante distribuciones de los datos ligeramente diferentes de la normal y con moderada inhomogeneidad de varianzas. Se verificó la aleatoriedad de las medias por la prueba de las rachas13. Las diferencias significativas entre pares de medias se confirman para los pares cuyos intervalos de confianza no contienen al valor cero.
La evaluación del impacto en la calidad de imagen se realizó multidisciplinariamente, para lo cual los radiólogos evaluaron el nivel de satisfacción de los criterios de calidad de imagen de TC, establecidos según la Guía Europea de criterios de calidad para TC10. Se solicitó a cada radiólogo que estableciera los rangos de centro y ancho de ventana donde se satisfacían los criterios referidos.
Resultados y discusiónSe examinaron 136 pacientes durante 4meses; 98 de estos fueron estudiados con el protocolo de fosa posterior y la función Flex-mA activada en modo «Auto-Reduction», 61 pacientes se encontraron en el rango de 1 a 20años de edad, y solo se encontró un paciente con menos de 1año de edad. La cantidad de pacientes se distribuyó por rangos de edades según se muestra en las columnas «Edad» y «Número de pacientes» de la tabla 1. Se promediaron los valores del Cvol y el PKT,CT por pacientes agrupados en cada rango de edad.
Promedios de Cvol y PKT,CT por rangos de edades para estudios de la fosa posterior con Flex-mA activado. Se presentan reducciones porcentuales respecto a niveles de referencia de dosis reportados por el OIEA para países desarrollados
| Edad (años) | Número de pacientes | NRDC, mGy | Cvol, mGy | % Cvol reduc. | NRDP, mGy·cm | PKT,CT, mGy·cm | % PKT,CT reduc. |
| 1-5 | 17 | SW (30) | 19 ± 1,14 | 63% | SW (420) | 219 ± 32,0 | 52% |
| GE (40) | 48% | GE (520) | 42% | ||||
| UK (45) | 42% | UK (470) | 47% | ||||
| 5-10 | 15 | SW (40) | 19 ± 1,17 | 48% | SW (560) | 227 ± 33,14 | 41% |
| GE (50) | 38% | GE (710) | 32% | ||||
| UK (50) | 38% | UK (620) | 37% | ||||
| 10-15 | 17 | SW (60) | 20 ± 1,18 | 33% | SW (1000) | 232 ± 33,90 | 23% |
| GE (60) | 33% | GE (920) | 25% | ||||
| UK (65) | 31% | UK (930) | 25% | ||||
| 15-20 | 12 | EA (50) | 20 ± 1,20 | 64% | EA (617) | 286 ± 41,71 | 64% |
EA: estudios en adultos: GE: Alemania; SW: Suiza; UK: Reino Unido.
En la tabla 1 se puede observar cómo aumentan el Cvol y el PKT,CT con el aumento de la edad. Esto se debe fundamentalmente a que el Cvol es directamente proporcional a la corriente del tubo, que aumenta de forma modulada debido a las mayores densidades calculadas por el sistema de la función Flex-mA para pacientes de mayor edad. Por otro lado, la influencia de las dimensiones del paciente está implícita como causa de la modulación calculada por el sistema de la función Flex-mA, a pesar de que el Cvol reportado por el equipo está basado en dosimetría con maniquí estándar de 16cm. El PKT,CT aumenta con la edad del paciente por su asociación con el Cvol y por el aumento de las longitudes totales de escaneo, como puede deducirse de la ecuación (1) y las mediciones realizadas.
El NRD abreviado como EA (estudios en adultos) se introdujo como referencia porque considera los niveles de los factores de estudios de cabeza predeterminados en el departamento de imagenología donde se realizó la investigación (con 250mA), cuyos parámetros eran los mismos para protocolos pediátricos de estudios de fosa posterior, predeterminados al instalar la unidad de TC. El NRD dado por EA permite conocer el Cvol y el PKT,CT si no se utilizara la función FlexmA respecto a su implementación para el mismo rango de 15-20años, ya que los autores no contaban con otra referencia para evaluar los resultados de la aplicación de Flex-mA en este rango de edades. En la tabla 1 se observa que el nivel de Cvol del NRD EA es menor que los reportados en países desarrollados para el rango de edad de 10-15años, comparable con los reportados por el Reino Unido y Alemania para el rango de 5-10años y superior a los NRD de países desarrollados para rangos menores que 5años. Aun así, con la implementación de la función Flex-mA, se redujo también significativamente el Cvol para el rango de 15-20años. Respecto al NRDP para los rangos desde 1 a 10años, el EA no se diferencia significativamente de los de países desarrollados, siendo menor significativamente que los NDRP para el rango de 10-15años.
En las columnas de la reducción porcentual del Cvol respecto al NRDC (tabla 1), calculada como (Cvol/NRDC)*100%, se aprecia una reducción mínima al 64% —al igual que para (PKT,CT/NRDP)*100%— respecto a los niveles de referencia de EA para pacientes de 15 a 20años. Las mayores reducciones porcentuales se encuentran en el rango de edades de 10 a 15años, minimizándose hasta un 31% para el Cvol y hasta un 25% para el PKT,CT respecto a los NRD correspondientes al Reino Unido.
Para el análisis por MCM se confirmó la aleatoriedad de las medias de Cvol y PKT,CT mediante la prueba de las rachas. En la figura 3 se presenta una comparación múltiple entre medias del Cvol (círculos) respecto a los NRDC (cuadros) de países desarrollados reportados por el OIEA4 para estudios de cabeza, estos últimos representados por rangos de edad con los prefijos UK, GE y SW (Reino Unido, Alemania y Suiza, respectivamente).
En la figura 4 se presenta una comparación múltiple entre medias del PKT,CT (triángulos rellenos) respecto a los NRDP (triángulos sin relleno) de los países desarrollados mencionados.
Para todos los rangos de edades se observa una reducción significativa del Cvol mediante el uso de la función Flex-mA, respecto a los NRDC de países desarrollados, lo cual está determinado fundamentalmente por la reducción significativa de la corriente del tubo en varios de los cortes donde el sistema de CAE detectó menor densidad en la dirección LL, pues la corriente del tubo es el único factor que ha variado respecto a los de protocolos predeterminados. Se observa además una menor dispersión de los valores medios respecto al conjunto de NRDC.
Al igual que el Cvol, se obtuvo una reducción significativa del producto kerma-longitud en aire respecto a los NRDP en todo el rango de edades y con una menor dispersión de los valores medios respecto al conjunto de NRDP.
Evaluación de la calidad de imagen diagnósticaTodas las imágenes de los pacientes estudiados con el protocolo de fosa posterior, con la función Flex-mA activada, fueron analizadas por el equipo de radiólogos del hospital pediátrico para la identificación del nivel de satisfacción de los criterios de calidad de imagen establecidos en las normas europeas10. En todos los casos resultó satisfactorio el cumplimiento de los criterios de calidad en cuanto a visualización y reproducción de estructuras anatómicas (tabla 2). Además se establecieron los niveles de ancho y centro de ventana para los cuales se maximizó la visualización y reproducción de estructuras de interés, cuya evidencia se demuestra mediante las imágenes de ejemplo en la figura 5, las cuales se escogieron para bajos niveles de mA (<170mA, Flex-mA activada) y pacientes con edades dentro del rango establecido para la investigación. Adicionalmente, el equipo de radiólogos diagnosticó todos los casos, sin identificarse cambios en las estadísticas de especificidad y sensibilidad de estudios de fosa posterior en el departamento de imagenología hasta la fecha de reporte de estos resultados. A medida que se incremente la población de pacientes estudiados, en estudios posteriores se prevé aplicar técnicas de decisión estadística para identificar posibles espacios de optimización a bajas dosis.
Nivel de satisfacción de criterios de calidad de imagen diagnóstica basado en estudios de cabeza realizados con protocolos de fosa posterior a dosis reducidas mediante la herramienta Flex-mA en modo «Auto-Reduction»
| Criterio | Satisfacción (%) | Ancho (A) y Nivel (N) de ventana satisfactorio [UH] |
| Visualización del cerebro | 100% | A: 90-120, N: 40 |
| Visualización del cerebelo | 100% | A: 90-120, N: 40 |
| Visualización de la base del cráneo | 100% | A: 90-120, N: 40 |
| Visualización de los vasos con medio de contraste intravenoso | 100% | A: 90-120, N: 40 |
| Reproducción nítida de bordes entre materia gris y blanca | 100% | A:80-85, N: 40 |
| Reproducción visual nítida de los ganglios basales | 100% | A:80-85, N: 40 |
| Reproducción visual nítida del sistema ventricular | 100% | A:80-85, N: 40 |
| Reproducción visual nítida del espacio del fluido cerebroespinal alrededor del mesencéfalo | 100% | A:80-85, N: 40 |
| Reproducción visual nítida del espacio del fluido cerebroespinal sobre el cerebro | 100% | A:80-85, N: 40 |
| Reproducción visual nítida de los grandes vasos y plexos coroidales con medio de contraste intravenoso | 100% | A:70-90, N: 40 |
Imágenes que demuestran la satisfacción de los criterios de calidad de imagen en cuanto a visualización (a y c) y reproducción (b y d) de estructuras anatómicas en pacientes de 6 (a), 4 (b), 19 (c) y 18 (b) años de edad, representativos del sexo femenino (a y b) y masculino (c y d), así como el nivel de corriente del tubo menor de 250mA.
Se implementó un protocolo de fosa posterior optimizado mediante el empleo de un sistema de CAE, con reducción significativa de la dosis absorbida cuantificada mediante el Cvol y el PKT,CT comparados con los NRD reportados por el OIEA. La calidad de imagen resultó satisfactoria en comparación con los criterios de calidad de imagen de TC según normas europeas.
ConclusionesSe implementó como línea basal el protocolo de fosa posterior optimizado para pacientes pediátricos, mediante la activación de la función de CAE denominada Flex-mA, con reducción significativa de los índices de dosis más usados (Cvol y PKT,CT) respecto a NRDC y NRDP recomendados por el OIEA, hasta el 31% para el Cvol y al 25% para el PKT,CT respecto a NRD de países desarrollados para edades de 10 a 14años. El uso de la función de CAE permite reducir el valor promedio y la dispersión de los índices de dosis Cvol y PKT,CT para el rango de edades de pacientes pediátricos, preservando un nivel aceptable de la calidad de la imagen diagnóstica conforme a criterios internacionales de calidad de imagen para protocolos de cabeza en general.
Conflicto de interesesDeclaro que no existen conflictos de intereses en relación con el contenido de este trabajo de investigación.
A la Dra. Celia Bárbara Figuera Leyva por sus lúcidas sugerencias para la evaluación de la calidad de imagen. A Noel Daudinot por su entusiasmo durante la configuración de la herramienta Flex-mA y servicios electromédicos.
