Оценка радиационных рисков при однократном прохождении ПЭТ/КТ-сканирования

DOI: 10.21870/0131 -3878-2017-26-2-41 -48

Оценка радиационных рисков при однократном прохождении

ПЭТ/КТ-сканирования

Пряхин Е.А., Кащеев В.В., Меняйло А.Н., Иванов В.К.

МРНЦ им. А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России, Обнинск

В данной работе представлена методика оценки величины пожизненного атрибутивного риска (LAR) при прохождении позитронно-эмиссионной томографии, совмещённой с компьютерной томографией, с использованием параметра DLP и доз в органах и тканях, наиболее подверженных радиационному воздействию. На основе выбранной метрики было сделано сравнение рисков после компьютерной томографии и позитронно-эмиссионной томографии, совмещённой с компьютерной томографией, с использованием различных радиофармпрепаратов. В рамках рассмотренных примеров однократного применения компьютерной томографии и позитронно-эмиссионной томографии, совмещённой с компьютерной томографией, мужчинами и женщинами различных возрастных групп установлено, что наибольший пожизненный радиационный риск даёт компьютерная томография. При этом в младших возрастных группах (20, 30 лет) величина LAR для компьютерной томографии превышает аналогичное значение для позитронно-эмиссионной томографии, совмещённой с компьютерной томографией (с использованием 11С-метионина), в 2 раза как у мужчин, так и у женщин. Наименьшее отличие пожизненных атрибутивных рисков для рассматриваемых процедур наблюдается в возрастной группе старше 70 лет, женщин, при компьютерной томографии брюшной полости и малого таза. Радиационный ущерб отдельному критическому органу или ткани при позитронно-эмиссионной томографии, совмещённой с компьютерной томографией, существенно зависит от используемого радиофармпрепарата.

Ключевые слова: позитронно-эмиссионная томография, компьютерная томография, радиационные риски, однократное облучение, органная доза, DLP, пожизненный атрибутивный риск, критический орган, радиофармпрепарат, онкологическая заболеваемость.

Одним из наиболее распространённых методов радионуклидной диагностики на сегодняшний день является позитронно-эмиссионная томография, совмещённая с компьютерной томографией (ПЭТ/КТ). ПЭТ/КТ позволяет изучать не только метаболические процессы в опухолях, но и визуализировать морфологическую структуру различных новообразований. Особенностью этого метода, отличающей его от других диагностических процедур, является обязательное использование короткоживущих позитрон-излучающих радионуклидов. Наиболее распространённые из них - это 18F и 11C. На данный момент в России появляется всё больше медицинских центров, предлагающих населению ПЭТ/КТ-диагностику.

Несмотря на очевидные плюсы ПЭТ/КТ: выявляемость онкологических заболеваний на ранней стадии, регистрация изменений в организме на клеточном уровне, возможность обследовать весь организм за одно исследование, высокая точность диагностики [1], есть и минусы, требующие самого тщательного изучения. Например, при использовании различных радиофармпрепаратов (РФП) организм пациента получает на отдельные органы и ткани дозовые нагрузки, превышающие остальные медицинские диагностические процедуры [2]. Другим распространённым методом диагностики является компьютерная томография (КТ). Ранее мы уже рассматривали более детально радиационные риски от этой диагностической процедуры [3, 4]. Данная же работа посвящена оценке радиационных рисков при однократном ПЭТ/КТ-исследовании с использованием различных РФП, а также сравнению пожизненных атрибутивных рисков от компьютерной томографии и рисков, связанных с ПЭТ/КТ-исследованиями.

Пряхин Е.А.* - научн. сотр.; Кащеев В.В. - зав. лаб., к.б.н.; Меняйло А.Н. - ст. научн. сотр., к.б.н.; Иванов В.К. - Председатель РНКРЗ, зам. директора по научн. работе, чл.-корр. РАН. МРНЦ им. А.Ф. Цыба - филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России. •Контакты: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королева, 4. Тел.: (484) 399-32-81; e-mail: nrer@obninsk.com.

Материалы и методы

В данной работе риски заболеваемости раком, связанные с облучением, которому подвергаются пациенты в результате обследования, например, на компьютерном томографе или ПЭТ/КТ-сканере, оцениваются на основе современной модели МКРЗ [5]. Эта модель в целом основывается на результатах долгосрочных (с 1958 по 1998 гг.) эпидемиологических наблюдений за когортой выживших после атомной бомбардировки в 1945 г. жителей городов Хиросима и Нагасаки (Япония) [6]. Модель МКРЗ позволяет определить избыточный абсолютный риск (EAR) заболеваемости всеми солидными типами рака, а также отдельно по локализациям опухоли: пищевода, желудка, толстого кишечника и других органов как функции от пола, возраста при облучении и достигнутого возраста, а также дозы облучения [7].

Зная избыточный абсолютный риск, можно оценить пожизненный риск возникновения рака конкретной локализации после однократного облучения заданной дозой. Он рассчитывается суммированием значений избыточного абсолютного риска по достигнутому возрасту, т.е. по следующей формуле:

LAR

DDREF

2 S

a = g

Здесь g - возраст при облучении, a - достигнутый возраст, T - орган или ткань, в которой локализована опухоль, s - пол, S (g, a, T, s ) - функция здорового дожития, DDREF - коэффициент эффективности дозы и мощности дозы, учитывающий уменьшение риска в случае хронического облучения или облучения в малой дозе, ear (g, a,t, s, d ) - избыточный абсолютный

риск. В Публикации 103 МКРЗ [5] рекомендуется брать значение DDREF равное 2. Обычно amax выбирается от 85 до 120 лет.

Для оценки величины пожизненного атрибутивного риска при прохождении компьютерной томографии и ПЭТ/КТ использовались значения параметра Dose Length Product (DLP) - это мера поглощённой дозы облучения за все КТ-исследование. При этом для каждой конкретной процедуры, пола пациента и исследуемого отдела (области) сканирования использовали значения DLP, указанные в табл. 1. Подробная методика оценки величины LAR при компьютерной томографии на основе параметра DLP представлена в наших предыдущих работах [3, 4].

Таблица 1

Значения параметра DLP (мГрхсм) для различных типов исследований и органной дозы Нт (мГр) для различных РФП [3, 6]

Исследуемый отдел КТ ПЭТ/КТ

DLP DLP Нт, 11С-метионин Нт, 18Р-ФДГ

Грудная клетка 694 294 34 63

Брюшной отдел 826 311 34 63

Малый таз 826 311 34 63

ФДГ - фтордезоксиглюкоза.

В данной работе величина LAR для ПЭТ/КТ была получена как сумма пожизненных атрибутивных рисков развития рака от компьютерной томографии и рака критического органа или ткани, в которых доза от РФП была наибольшей [8].

a

m ax

1

lar

где HT - органная (эквивалентная) доза в органе или ткани T, lar (g, t, s, нт) - пожизненный атрибутивный риск, рассчитанный с помощью органной дозы на мочевой пузырь, lar (кт) -пожизненный атрибутивный риск, посчитанный с помощью параметра DLP для ПЭТ/КТ-сканера, для соответствующей области исследования (табл. 1).

Результаты

При расчёте пожизненных атрибутивных рисков при ПЭТ/КТ-исследованиях рассматривались два радиофармпрепарата - 11С-метионин и 18Р-ФДГ. Данные РФП были выбраны как наиболее часто используемые и имеющие высокие органные дозы на критические органы и ткани [1, 2]. Важно отметить, что для каждого РФП будет свой критический орган (доза облучения которого наибольшая при использовании РФП). Согласно Публикации 53 МКРЗ для этих препаратов критическим органом будет мочевой пузырь, при введении в организм 13 мКи ФДГ органная доза равна 63 мГр, при использовании метионина доза на мочевой пузырь - 34 мГр, при этом доза облучения других органов и тканей существенно ниже и не учитывалась [1, 2]. В ходе работы рассматривали сценарии прохождения мужчинами и женщинами аналогичных процедур компьютерной томографии и ПЭТ/КТ один раз в течение жизни (в возрасте 20, 30, 40, 50, 60 и 70 лет) для различных областей сканирования. Результаты представлены на рис. 1-6.

Рис. 1. Пожизненные атрибутивные риски онкологической заболеваемости для мужчин при обследовании грудного отдела различными диагностическими методами.

Рис. 2. Пожизненные атрибутивные риски онкологической заболеваемости для мужчин при обследовании брюшной полости различными диагностическими методами.

Рис. 3. Пожизненные атрибутивные риски онкологической заболеваемости для мужчин при обследовании малого таза различными диагностическими методами.

Рис. 4. Пожизненные атрибутивные риски онкологической заболеваемости для женщин при обследовании грудного отдела различными диагностическими методами.

Рис. 5. Пожизненные атрибутивные риски онкологической заболеваемости для женщин при обследовании брюшной полости различными диагностическими методами.

Рис. 6. Пожизненные атрибутивные риски онкологической заболеваемости для женщин при обследовании малого таза различными диагностическими методами.

Отношение LAR(КТ)/LAR(ПЭТ-КТ) для различных РФП

Таблица 2

Мужчины "С 18F

Возраст, лет Грудная клетка Брюшной отдел Малый таз Грудная клетка Брюшной отдел Малый таз

20 1,6 1,9 2,0 1,3 1,6 1,7

30 1,6 1,9 2,0 1,3 1,5 1,6

40 1,6 1,8 1,9 1,3 1,4 1,6

50 1,7 1,8 1,9 1,3 1,4 1,5

60 1,7 1,7 1,9 1,4 1,3 1,5

70 1,8 1,7 1,9 1,5 1,3 1,5

Женщины "С 18F

Возраст, лет Грудная клетка Брюшной отдел Малый таз Грудная клетка Брюшной отдел Малый таз

20 2,0 2,0 2,0 1,7 1,7 1,6

30 1,8 1,9 1,9 1,6 1,5 1,5

40 1,8 1,9 1,9 1,5 1,5 1,5

50 1,8 1,8 1,8 1,4 1,4 1,4

60 1,7 1,6 1,7 1,4 1,2 1,3

70 1,7 1,5 1,5 1,7 1,1 1,1

Таблица 3

Сравнение величины LAR заболеваемости раком мочевого пузыря для КТ и ПЭТ без применения КТ

КТ ПЭТ (без КТ). Метионин ПЭТ (без КТ). ФДГ

Грудная Брюшной Малый Грудная Брюшной Малый Грудная Брюшной Малый

клетка отдел таз клетка отдел таз клетка отдел таз

Мужчины 0 0,8 1,71 1,25 1,25 1,25 2,32 2,32 2,32

Женщины 0,01 0,77 1,64 1,27 1,27 1,27 2,36 2,36 2,36

Как видно из табл. 2, отношение LAR(КТ)/LAR(ПЭТ-КТ) для различных возрастных групп и исследуемых областей может сильно отличаться. С использованием метионина при сканировании грудной клетки, брюшной полости и малого таза у женщин в возрасте 20 лет величина LAR для ПЭТ/КТ в 2 раза ниже, чем во время аналогичных процедур с использованием компьютерной томографии. Аналогичная ситуация наблюдается и у мужчин при сканировании малого таза: величина LAR при ПЭТ/КТ в 2 раза ниже при прохождении процедур в 20 и 30 лет. Наименьшее отличие в радиационных рисках наблюдается в возрастной группе 70 лет, отношение

LAR(КТ)/LAR(ПЭТ-КТ) составляет 1,1 при использовании ФДГ при ПЭТ/КТ. Разницу в величине LAR для ПЭТ/КТ и КТ можно объяснить тем, что при одинаковой информативности рассматриваемых процедур дозовая нагрузка КТ-составляющей при ПЭТ/КТ ниже, чем при КТ. В частности ПЭТ/КТ требует меньшего числа сканирований, чем КТ, чтобы получить одинаковую по качеству диагностическую информацию. Если посмотреть риски заболеваемости не всеми онкологическими заболеваниями, а отдельно рассмотреть пожизненный атрибутивный риск заболеваемости раком мочевого пузыря от процедуры КТ и процедуры ПЭТ, то величина LAR (мочевого пузыря) для ПЭТ может быть как выше, так и ниже LAR для КТ (табл. 3). В данном случае нужно учитывать, какой РФП используется (какую органную дозу получает критический орган), а также число сканирований за одну процедуру на компьютерном томографе.

Заключение

В результате работы был оценён пожизненный атрибутивный риск онкологической заболеваемости при однократном прохождении ПЭТ/КТ-обследования. Сделано сравнение компьютерной томографии с ПЭТ/КТ для следующих медицинских диагностических процедур: исследование грудного отдела, малого таза и брюшной полости для мужчин и женщин различных возрастных групп. На основе полученных результатов данного исследования можно сделать следующие выводы:

1. ПЭТ/КТ вызывает меньшие радиационные риски онкологической заболеваемости для организма, чем компьютерная томография. При этом пожизненный атрибутивный риск онкологической заболеваемости конкретного органа, наиболее подверженного радиационному воздействию, при введении РФП (в данном исследовании мочевого пузыря) при ПЭТ/КТ может быть как выше, так и ниже, чем при КТ.

2. Пожизненные атрибутивные риски онкологической заболеваемости от рассматриваемых процедур находятся в диапазоне умеренного или низкого риска.

3. Чем в более раннем возрасте (в данном исследовании 20 лет) человек проходит ра-дионуклидную диагностику, тем выше у него вероятность онкологического заболевания, вызванного медицинскими процедурами. С другой стороны, чем в более позднем возрасте (60, 70 лет), тем более детальному обследованию на ПЭТ/КТ-сканере или компьютерном томографе он может подвергнуться без лишнего вреда для своего здоровья.

4. Радиационный ущерб отдельному критическому органу или ткани при позитронно-эмиссионной томографии, совмещённой с компьютерной томографией, существенно зависит от используемого радиофармпрепарата.

Согласно действующим в России нормам и требованиям по обеспечению радиационной безопасности населения проведение медицинских процедур, связанных с облучением пациентов, должно быть обосновано путём сопоставления диагностических или терапевтических выгод, которые они приносят, с радиационным ущербом для здоровья, который может причинить облучение [9, 10]. Таким образом, разработанный метод определения радиационного ущерба здоровью человека при однократном прохождении ПЭТ/КТ-обследования является крайне актуальным и может найти практическое применение в действующей системе радиологической защиты.

Литература

1. Рудас M.C., Насникова И.Ю., Матякин Г.Г. Позитронно-эмиссионная томография в клинической практике: Учебно-методическое пособие. М., 2007. 46 с.

2. The 1988 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 53 //Annals of the ICRP. 1988. V. 18, N 1-4.

3. Иванов В.К., Цыб А.Ф., Метлер Ф.А., Меняйло А.Н., Кащеев В.В. Радиационные риски медицинского облучения //Радиация и риск. 2011. Т. 20, № 2. С. 17-28.

4. Ivanov V.K., Tsyb A.F., Mettler F.A., Menyaylo A.N., Kashcheev V.V. Methodology for estimating cancer risks of diagnostic medical exposure: with an example of the risks associated with computed tomography //Health Phys. 2012. V. 103, N 6. P. 732-739.

5. Публикация 103 МКРЗ: пер. с англ. /под общей ред. М.Ф. Киселёва и Н.К. Шандалы. М.: Изд. ООО ПКФ «Алана», 2009. 312 с.

6. Preston D.L., Kusumi S., Tomonaga M., Izumi S., Ron E., Kuramoto A., Kamada N., Dohy H., Matsuo T., Nonaka H., Thompson D.E., Soda M., Mabuchi K. Cancer incidence in atomic bomb survivors. Part III: Leukemia, lymphoma and multiple myeloma, 1950-1987 //Radiat. Res. 1994. V. 137. P. 68-97.

7. Злокачественные новообразования в России в 2014 году (заболеваемость и смертность) /под ред. А.Д. Каприна, В.В. Старинского, Г.В. Петровой. М.: МНИОИ им. П.А. Герцена - филиал ФГБУ «НМИРЦ» Минздрава России, 2016. 250 с.

8. Dose Estimates for Nuclear Medicine Scans, COLUMBIA UNIVERSITY Environmental Health&Safety. [Электронный ресурс]. URL: http://www.ehs.columbia.edu/Dosimetry%20Help/NMDoseEstimates.html (дата обращения 20.04.2017 г.).

9. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009). Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. 100 с.

10. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (0СП0РБ-99/2010). Санитарные правила, СП 2.6.1.2612-10. М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации Минздрава России, 2010.

Assessment of radiation risk associated with single PET/CT scanning

Pryakhin E.A., Kashcheev V.V., Menyajlo A.N., Ivanov V.K.

A. Tsyb MRRC, Obninsk

The article presents the method for calculation of life-time attributable risk (LAR) of cancer associated with PET/CT scanning. The calculation was based on modern ICRP model described in the ICRP Publication 103, with the use of DLP parameter and radiation doses to organs and tissues of interest. Calculated LARs from stand-alone CT were compared with LARs from PET/CT using different radiopharmaceuticals. Lifetime radiation-associated cancer risks from single CT scanning in males and females of different ages were higher. In addition to that, LAR from CT in younger age groups of males and females was two times higher than LAR from PET/CT with the use of 11С-methionine. The least difference between LARs from CT and PET/CT scans was in case of abdominal and pelvic organs of females in the age group "older than 70 years".

Keywords: positron emission tomography, computed tomography, radiation risks, single exposure, organ dose, DLP, lifetime attributable risk, critical organ, radiopharmaceutical, cancer incidence.

Pryakhin E.A.* - Research Assistant; Kashcheev V.V. - Head of Lab., C. Sc., Biol.; Menyajlo A.N. - Senior Researcher, C. Sc., Biol.;

Ivanov V.K. - Deputy Director, Chairman of RSCRP, Corresponding Member of RAS. A. Tsyb MRRC.

•Contacts: 4 Korolyov str., Obninsk, Kaluga region, Russia, 249036. Tel.: (484) 399-32-81; e-mail: nrer@obninsk.com.

References

1. Rudas M.S., Nasnikova I.J., Matjakin G.G. Pozitronno-jemissionnaja tomografija v klinicheskoj praktike: Uchebno-metodicheskoe posobie [Positron emission tomography in the clinical practice. Study guide]. Moscow, 2007. 46 p.

2. The 1988 Recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 53. Annals of the ICRP, 1988, vol. 18, no. 1-4.

3. Ivanov V.K., Tsyb A.F., Mettler F.A., Menyaylo A.N., Kashcheev V.V. Health risks of medical radiation exposure. Radiatsiya i risk - Radiation and Risk, 2011, vol. 20, no. 2, pp. 17-28. (In Russian).

4. Ivanov V.K., Tsyb A.F., Mettler F.A., Menyaylo A.N., Kashcheev V.V. Methodology for estimating cancer risks of diagnostic medical exposure: with an example of the risks associated with computed tomography. Health Phys., 2012, vol. 103, no. 6, pp. 732-739.

5. Radiation Protection and Safety of Radiation Sources. International Basic Safety Standards. General Safety Requirements, Part 3. Vienna, IAEA, 2014. 518 p. (In Russian).

6. Preston D.L., Kusumi S., Tomonaga M., Izumi S., Ron E., Kuramoto A., Kamada N., Dohy H., Matsuo T., Nonaka H., Thompson D.E., Soda M., Mabuchi K. Cancer incidence in atomic bomb survivors. Part III: Leukemia, lymphoma and multiple myeloma, 1950-1987. Radiat. Res., 1994, vol. 137, pp. 68-97.

7. Malignant neoplasms in Russia in 2014 (morbidity and mortality). Eds.: A.D. Kaprin, V.V. Starinskiy, G.V. Petrova. Moscow, Р. Hertsen MORI - branch of the NMRRC of the Ministry of Health of the Russian Federation, Moscow, 2016. 250 p. (In Russian).

8. Dose Estimates for Nuclear Medicine Scans, COLUMBIA UNIVERSITY Environmental Health&Safety. Available at: http://www.ehs.columbia.edu/Dosimetry%20Help/NMDoseEstimates.html (Accessed 20.04.2017).

9. Radiation safety standards (RSS-99/2009). Sanitary-epidemiological rules and standards. SP2.6.1.252309. Moscow, Federal Center of Hygiene and Epidemiology of Rospotrebnadzor, 2009. 100 p. (In Russian).

10. Basic sanitary rules for radiation safety (0SP0RB-99/2010). Health regulations, SP 2.6.1.2612-10. Moscow, Center for Sanitary and Epidemiological Rationing, Hygienic Certification of Russian Ministry of Health, 2010. (In Russian).