Δοσιμετρία με Monte Carlo προσομοίωση σε εξετάσεις μαστογραφίας με ψηφιακές και τομογραφικές τεχνικές
Authors: Τζαμίχα Έλσα 
Published: April 2021

Ο καρκίνος του μαστού αποτελεί ακόμη και σήμερα τη σοβαρότερη νόσο των γυναικών παγκοσμίως. Παρόλο που η συχνότητα εμφάνισης καρκίνου του μαστού έχει αυξηθεί κατά τη διάρκεια των δυο τελευταίων δεκαετιών, η θνησιμότητα έχει μειωθεί σταθερά. Ένας σημαντικός παράγοντας που συμβάλλει στην επιτυχή θεραπεία είναι η έγκαιρη ανίχνευση της νόσου. Στις μέρες μας η ψηφιακή μαστογραφία είναι το αποτελεσματικότερο διαγνωστικό εργαλείο για την έγκαιρη διάγνωση του πρώιμου καρκίνου του μαστού. Η απεικόνιση του μαστού έχει αλλάξει εντυπωσιακά την τελευταία δεκαετία και η μαστογραφία με σύστημα ενισχυτικής πινακίδας – φιλμ έχει αντικατασταθεί από την ψηφιακή μαστογραφία. Η εισαγωγή της ψηφιακής απόκτησης εικόνων συνέβαλε στη βελτίωση της μαστογραφίας, αποφεύγοντας, μεταξύ άλλων, το περιορισμένο φάσμα γραμμικής ανταπόκρισης του φιλμ. Ωστόσο, η ψηφιακή μαστογραφία εξακολουθεί να απεικονίζει μόνο την 2D προβολή ενός τρισδιάστατου (3D) αντικειμένου, διατηρώντας το ζήτημα της υπέρθεσης ιστού. Για να ξεπεραστεί η απώλεια πληροφοριών στην τρίτη διάσταση, μεταξύ άλλων πλεονεκτημάτων, αναπτύχθηκαν δύο νέες μέθοδοι απεικόνισης: απεικόνιση τομογραφίας μαστού και μαστογραφία διπλής ενέργειας με χρήση σκιαγραφικού. Αν και οι δόσεις ακτινοβολίας των εξεταζομένων που υποβάλλονται στις μαστογραφίες είναι μικρές, εν τούτοις ο Διεθνής Οργανισμός Ακτινοπροστασίας (International Commission on Radiation Protection- ICRP) δέχεται ότι υφίσταται ένας πιθανός κίνδυνος πρόκλησης καρκίνου του μαστού λόγω της ακτινοβόλησης. Η Ευρωπαϊκή Ένωση με σχετικούς κανονισμούς και οδηγίες που έχουν ενσωματωθεί στην Ελληνική νομοθεσία επιβάλλει την εκτίμηση των δόσεων από τις διάφορες τεχνικές μαστογραφίας με σκοπό είτε την καθιέρωση, είτε την ανάπτυξη διαγνωστικών επιπέδων αναφοράς, τη βελτιστοποίηση της πρακτικής των εξετάσεων αλλά και του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού. Η εκτίμηση της απορροφούμενης δόσης στο μαστό κατά τη διάρκεια απεικόνισης με ακτίνες Χ αποτελεί επί μακρόν καθιερωμένο μέρος των διαδικασιών ποιοτικού ελέγχου για συστήματα απεικόνισης του μαστού και είναι επίσης απαραίτητη για την εκτίμηση του κινδύνου. Κύριος σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν ο υπολογισμός της μέσης αδενικής δόσης εντός του μαστού κατά τις σύγχρονες τεχνικές μαστογραφίας τρισδιάστατης απεικόνισης και μαστογραφία διπλής ενέργειας με την χρήση σκιαγραφικού. Πιο συγκεκριμένα, η εργασία αυτή αποσκοπούσε στην εκτίμηση της μέσης αδενικής δόσης με την χρήση voxel ομοιώματος το οποίο αντανακλά τόσο την ανατομία όσο και την κατανομή του αδενικού ιστού ενός πραγματικού μαστού. Για το σκοπό αυτό το FASH voxel ομοίωμα τροποποιήθηκε μέσω ενός κατάλληλου λογισμικού (FANTOMAS) στη περιοχή του μαστού ως προς την ανατομία (πάχος συμπιεσμένου μαστού, απόσταση θηλής – θωρακικού τοιχώματος, αδενικότητα - περιεκτικότητα σε αδενικό ιστό ανομοιογενώς κατανεμημένο). Ενώ προηγούμενες μελέτες έχουν διερευνήσει την δοσιμετρία της ψηφιακής μαστογραφίας παρέχοντας συντελεστές μετατροπής της δόσης εισόδου στην επιφάνεια του μαστού σε μέση αδενική δόση, στη παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε λεπτομερής χαρακτηρισμός της δοσιμετρίας σε απόλυτους όρους, συμπεριλαμβανομένης των παραμέτρων έκθεσης που επιλέγονται αυτόματα από το AEC σύστημα για διαφορετικά μεγέθη και διαφορετικές συστάσεις μαστών. Για τον σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις δόσης εισόδου στο μαστό και 950 προσομοιώσεις Monte Carlo απο τις οποίες 450 αφορούσαν την μαστογραφία διπλής ενέργειας, 250 την μαστογραφία τομοσύνθεσης και 250 την συμβατική ψηφιακή μαστογραφία. Για την εκτίμηση της MGD χρησιμοποιήθηκε ο EGSnrc Monte Carlo κώδικας προσομοιώσεων των εξετάσεων, κατάλληλος για την χρήση ενός voxel ομοιώματος. Το πρόγραμμα ακολουθούσε τα φωτόνια από το εστιακό σημείο του σωλήνα ακτίνων Χ, μέσω του συστήματος συμπίεσης και το μαστό, προσομοιώνοντας φωτοηλεκτρικές αλληλεπιδράσεις και ελαστική και μη ελαστική σκέδαση. Σε συνθήκες αυτόματης έκθεσης (AEC), για την μαστογραφία διπλής ενέργειας (CEDM) η μέση αδενική δόση (MGD) βρέθηκε να κυμαίνεται από 0.306 mGy έως 2.738mGy για την CC λήψη και απο 0.352mGy έως 3.113mGy για την MLO λήψη. Το συνοπτικό συμπέρασμα απο τα αποτελέσματα είναι ότι στην συνολική δόση η συμβολή της υψηλής ενέργειας είναι μόλις το 20% λόγου της υψηλής διεισδυτικότητας αυτών των φασμάτων (σκληρή δέσμη) και η χαμηλής ενέργειας ακτινοβολία είναι ο κύριος παράγοντας που συμβάλει στην συνολική δόση. Επίσης για τα ομοιώματα μαστού που αντιπροσωπεύουν μαστούς που συναντώνται συχνότερα κλινικά (πάχους 20 - 80 mm, αδενικότητας 1% - 100%), η απόκτηση της CC λήψης µπορεί να οδηγήσει σε MGD απο 0,718 – 2,778 mGy για FFDM και 0,840 – 4,559 mGy για την DBT. Επιπλέον, για το ομοίωμα μαστού που αντιπροσωπεύει το "μέσο" στήθος (πάχους 50 mm, αδενικότητα 50%), η MGD για την απόκτηση FFDM και DBT ήταν 1,096 και 2,133 mGy, αντίστοιχα. Για την MLO λήψη η MGD κυμαίνεται απο 0,716 – 3,068 mGy για την FFDM και 0,818 – 4,596 mGy για την DBT, Tzamicha et al.Τα αποτέλεσμα των Monte Carlo προσομοιώσεων για τις τρείς μεθόδους μαστογραφίας FFDM, CEDM και DBT συγκρίθηκαν μεταξύ τους με σκοπό την εξαγωγή συμπεράσματος για το ποία μέθοδος επιβαρύνει περισσότερο την δόση και μόνο. Η MGD για την DBT είναι σχεδόν πάντα μεγαλύτερη από την MGD για την FFDM, διαφορές που κυμαίνονται απο 1% έως και 59% και η μέση αδενική δόση απο την DBT είναι υψηλότερη απο την μέση αδενική δόση κατά την CEDM. Ποιό συγκεκριμένα για ένα ομοίωμα μαστού πάχους 50mm και αδενικότητας 50% η διαφορά ανάμεσα στις δύο τεχνικές βρέθηκε να είναι 28% (1.545mGy για την τεχνική διπλής ενέργειας και 2.133 mGy για την τεχνική τομοσύνθεσης). Στο σημείο αυτό θα πρέπει να σημειωθεί πως και απο τις τρείς τεχνικές μαστογραφίας και για ένα τυπικό μαστό πάχους 50mm και 50% αδενικότητα η μέση αδενική δόση δεν υπερβαίνει το συνιστώμενο όριο (2.5mGy) απο το Ευρωπαϊκό πρωτόκολλο δοσιμετρίας μαστού. Διαπιστώθηκαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των τιμών της MGD που παρατίθενται στη βιβλιογραφία και εκείνων που προέκυψαν από αυτήν την εργασία. Για τις εξεταζόμενες περιπτώσεις, οι διαφορές είναι έως και 42% και οφείλονται σε διαφορές στην κατανομή του αδενικού ιστού μέσα στο στήθος. Αντιθέτως η σύγκριση με μελέτες που βασίστηκαν σε μοντέλα μαστού με ανομοιόμορφη κατανομή αδενικού ιστού (A. Sarno, 2018) θεωρείται ικανοποιητική καθώς δεν αναμένεται τέλεια συμφωνία μεταξύ των τιμών τις MGD λόγω μεθοδολογικών διαφορών μεταξύ των δύο προσεγγίσεων. Τα αποτελέσματα αυτά καταδεικνύουν σαφώς τους περιορισμούς των δεδομένων που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για τη δοσιμετρία του μαστού και πως τα σχεδόν ρεαλιστικά voxel ομοιώματα μαστού παρέχουν ένα ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη της δοσιμετρίας του μαστού.