1.4 La TC come metodica di screening
1.4.3 Ultra-low dose TC: il ruolo degli algoritmi iterativi
La possibilità di utilizzare la TC come metodica di screening è direttamente correla- ta alla possibilità di eseguire questo esame diagnostico a bassa dose. Al Congresso Europeo di Radiologia (ECR, annuale incontro della Società Europea di Radiologia), tenuto a Vienna nel marzo 2015, il tema dosimetrico in relazione ai programmi di screening che fanno (o possono fare) uso di TC è stato uno degli argomenti centrali. I recenti sviluppi in questo contesto riguardano l’uso degli algoritmi iterativi per la ricostruzione tomografica. Il quadro generale emerso è che ora la ricerca volge la sua attenzione allo studio della qualità dell’immagine in funzione della dose al va- riare dell’algoritmo di ricostruzione. Molti studi si sono infatti focalizzati sull’impatto degli algoritmi iterativi nella riduzione della dose, fino a consentire ad esempio l’e- secuzione di TC del torace o dell’addome a dosi dell’ordine del mSv o addirittura al di sotto del mSv (sub-milliSievert). L’importanza di questi recentissimi studi sta nel fatto che la riduzione della dose a livelli così bassi (tanto da parlare di “ultra-low do-
se” TC) non è accompagnata da un significativo degrado della qualità dell’immagine,
consentendo l’uso dei protocolli adoperati negli studi come validi strumenti per lo screening.
Per quanto riguarda la colonscopia virtuale uno studio particolarmente significati- vo è stato quello di L. Lambert et al. [24] che ha valutato le performance di due algo- ritmi iterativi (iDose4 e IMR (Iterative Model Reconstruction)), confrontandoli con la standard FBP. Lo studio ha coinvolto 58 pazienti. In questo caso i parametri di valu- tazione della qualità dell’immagine sono di tipo sia oggettivo (deviazione standard misurata su una ROI, in diverse posizioni delle immagini) che soggettivo (visione delle immagini da parte di due radiologi). Le scansioni sono avvenute utilizzando un protocollo a bassa dose (120 kV e 10 mAs). I risultati hanno messo in risalto l’uso della TC a bassissima dose, stimata mediamente in 0.41±0.05 mSv per la posizione supina e in 0.42±0.04 mSv per la posizione prona. Lo studio ha mostrato inoltre la riduzione del rumore mediante l’uso degli algoritmi iterativi, pari a circa il 50% per iDose4ed oltre il 70% per IMR. Ciò si è riflesso in un’elevata capacità di identificare i polipi nelle immagini ricostruite con gli algoritmi iterativi (nel caso di ricostruzione con IMR tutti i polipi sono stati correttamente identificati, mentre nel caso di iDose4 solamente 1 polipo non è stato identificato) contrariamente al caso di immagini ri- costruite con FBP (in cui ben 11 polipi non sono stati identificati). Questi risultati, unitamente alla valutazione soggettiva delle immagini, permettono di supporre con ragionevolezza che l’uso di protocolli a bassissima dose per la TC colon sia possibile nel caso in cui vi sia il supporto della ricostruzione iterativa, mentre non sarebbe possibile adoperare questi protocolli facendo affidamento esclusivo nella FBP per la ricostruzione delle immagini.
Sempre in riferimento alla TC colon è stato presentato all’ECR 2015 anche uno studio italiano portato avanti da R. Ferrari et al. [25], che ha valutato un protocol- lo a bassissima dose (100 kV, 25 mAs), confrontandolo con un normale protocollo per colonscopia virtuale (120 kV, 50 mAs). In questo studio sono stati valutati 75 pazienti che sono stati sottoposti a TC colon dopo aver sostenuto una colonscopia tradizionale incompleta. La valutazione è stata fatta anche sulla base della rivelabi- lità di polipi di dimensioni >6mm. Per il protocollo a bassa dose è stata adoperata la ricostruzione con ASIR al 50%, mentre per il protocollo standard la ricostruzio- ne è stata fatta con la FBP. La valutazione della qualità delle immagini è affidata all’analisi soggettiva di due radiologi ed alla misura oggettiva del rumore (devia- zione standard di una ROI in diverse posizioni dell’immagine) e di parametri quali il rapporto segnale-rumore ed il rapporto contrasto-rumore. I risultati dello studio hanno mostrato che l’uso dell’algoritmo iterativo ASIR al 50% per la ricostruzione delle immagini acquisite con un protocollo a bassa dose può ridurre la dose di circa il 70% (passando da una dose media per scansione di 2.47 mSv nel caso del pro- tocollo standard a 0.77 mSv nel caso di protocollo a bassa dose). Le performance diagnostiche sono state giudicate paragonabili nei due casi, con un lieve incremento di falsi positivi nel caso del protocollo a bassa dose. Sebbene questo studio non sia stato concepito in ambito di screening è evidente come i risultati ottenuti possano essere interessanti per un’eventuale applicazione in tale contesto.
Un altro studio particolarmente interessante, di M. Zhang et al. [26], riguarda lo screening per il cancro al polmone. In tal caso i ricercatori hanno paragonato un protocollo per TC del torace a bassissima dose (120 kV, 17 mAs) con un protocollo a bassa dose utilizzato abitualmente per la TC del torace (120 kV, 30 mAs). In totale sono stati considerati 300 pazienti divisi (in modo casuale) in due gruppi, uno per ogni protocollo. Le immagini sono state ricostruite (per entrambi i protocolli) con la standard FBP e con due algoritmi iterativi (iDose4 ed IMR). La qualità delle imma- gini è stata valutata attraverso criteri oggettivi (misura del rumore come deviazione standard su una ROI in diverse posizioni) e soggettivi (attraverso l’analisi delle im- magini di due radiologi). Inoltre è stata valutata la capacità di rivelazione di noduli per i tre tipi di ricostruzione. La dose efficace media è stata stimata (per scansione) per i due protocolli, risultando essere pari a 1.24±0.07 mSv relativamente al pro- tocollo a bassa dose e 0.66±0.04 mSv per il protocollo a bassissima dose (ridotta quindi di circa il 47%). Inoltre si è osservato che l’algoritmo IMR riduce significati- vamente il rumore nelle immagini rispetto a iDose4, che a sua volta riduce il rumore rispetto alla FBP. Questo risultato si è riscontrato per entrambi i protocolli adopera- ti. La valutazione soggettiva della qualità delle immagini ha evidenziato ancora un netto miglioramento nel caso di ricostruzione con IMR rispetto ad iDose4ed FBP. Un fatto importante riguarda la rivelabilità dei noduli: non si sono riscontrate differenze significative tra i tre algoritmi in entrambi i gruppi per noduli di dimensioni >4 mm, mentre l’algoritmo IMR si è rivelato più efficace nel rilevare noduli di dimensioni <4 mm nel gruppo in cui è stato adoperato il protocollo a bassissima dose. Questi risultati mettono in luce la possibilità di eseguire una TC al torace a bassissima do- se con l’ausilio dell’algoritmo IMR. Il protocollo adoperato si può adattare quindi a programmi di screening per il cancro del polmone.
Sempre all’ECR 2015, un altro studio confronta le prestazioni di iDose4 ed IMR con la standard FBP al variare di due protocolli per la TC del torace. Il lavoro di C. de Margerie-Mellon et al. [27] ha coinvolto 36 pazienti con neoplasie emato- logiche che sono stati sottoposti ad un controllo mediante TC del torace. Sono stati
1.4 La TC come metodica di screening 41
utilizzati due diversi protocolli, uno di riferimento, adoperato abitualmente per la TC del torace (140 kV, con modulazione dei mAs), ed uno a bassissima dose (100 kV, 11 mAs). La ricostruzione delle immagini è avvenuta con iDose4 per quanto riguarda il protocollo di riferimento, e con iDose4, IMR ed FBP per quanto riguarda l’altro protocollo. La qualità delle immagini è stata valutata con criteri oggettivi (rumore e rapporto segnale-rumore) e soggettivi (attraverso la valutazione delle immagini da parte dei radiologi). In questo caso è stata fatta anche una valutazione più approfon- dita su fantoccio, calcolando la Modulation Transfer Function (MTF) ed il Noise Power
Spectrum (NPS) (vedi capitoli 3 e 4). Le stime medie di dose efficace (per scansione)
sono state di 0.22±0.03 mSv per il protocollo a bassissima dose e di 1.8±0.4 mSv per il protocollo di riferimento. Il livello di rumore, riferito al protocollo a bassissima dose, risulta decrescere seguendo la successione di algoritmi FBP → iDose4 → IMR. Il rapporto segnale-rumore risulta maggiore per il protocollo di riferimento se con- frontato con il protocollo a bassissima dose e con ricostruzione tramite FBP e iDose4, ma risulta inferiore se confrontato con la ricostruzione tramite IMR. Nel protocollo a bassissima dose si è valutata la correttezza della diagnosi in 34/36 casi per FBP e 36/36 dei casi per iDose4 ed IMR. Inoltre IMR ha mostrato un incremento della MTF ed un decremento del rumore alle alte frequenze (valutato tramite il NPS) rispetto agli altri due algoritmi. In definitiva è emerso che sia iDose4 che IMR hanno consen- tito una corretta diagnosi con il 90% circa di riduzione della dose. La valutazione della MTF inoltre farebbe preferire IMR ad iDose4 in quanto mostra un aumento alle alte frequenze spaziali, aumentando la confidenza diagnostica.
Diversi studi presentati all’ECR 2015 hanno evidenziato l’influenza degli algoritmi iterativi (adoperati abitualmente nei protocolli diagnostici) sulla riduzione della do- se, senza perdita significativa della qualità delle immagini [28, 29]. Inoltre è stata ancora una volta ribadita l’importanza che può avere un programma di screening per il cancro al polmone, valutando gli studi effettuati ed i primi risultati ancora in cor- so. A tal proposito risulta particolarmente interessante lo studio di C.J. Herold [30], che evidenzia i benefici e le problematiche ancora aperte riguardo la pianificazione di un programma di screening su larga scala.
Dagli studi analizzati risulta evidente come l’evoluzione in termini di algoritmi di ricostruzione iterativa possa essere di grande aiuto per ridurre la dose, sopratutto nei programmi di screening, senza degradare in maniera significativa la qualità del- l’immagine. Bisogna comunque tener presente i limiti degli studi precedentemente citati. Per prima cosa occorre considerare che la statistica su cui sono stati fatti è co- munque bassa (non si va oltre qualche centinaio di pazienti). Per poter generalizzare i protocolli ad un programma di screening bisognerebbe probabilmente valutarli su un numero maggiore di pazienti. Inoltre è bene considerare che tutti gli studi visti sono fatti su pazienti definiti “standard” dal punto di vista delle dimensioni fisiche, per cui non si considerano casi di pazienti obesi o casi in cui l’indice di massa cor- porea sia significativamente superiore alla media. In questi casi infatti i protocolli a bassissima dose molto probabilmente non darebbero gli stessi risultati. La valutazio- ne oggettiva della qualità delle immagini è fatta solamente attraverso il calcolo del valore di rumore (eccetto in rari casi) che non è un indicatore esaustivo. Conforta però il fatto che è stata fatta anche una valutazione soggettiva (da parte di radiologi esperti) che ha dato buoni risultati, in linea con la rivelazione effettiva di noduli o polipi.
Queste recenti ricerche danno quindi buone indicazioni sull’utilità degli algo- ritmi iterativi nell’ambito della riduzione della dose, ma richiedono comunque
Capitolo 2
La dose in TC
La TC rappresenta una delle tecniche diagnostiche maggiormente adoperate, gra- zie alla sua duttilità (che ne consente un ampio campo di applicazione) ed alle sue notevoli performance in termini di qualità delle immagini diagnostiche. Inevitabil- mente, questo largo impiego della TC, pone il problema di ridurre il più possibile la dose erogata ai pazienti, compatibilmente con la necessità di ottenere comunque immagini di utilità diagnostica.
In questo capitolo verrà approfondito il tema dosimetrico relativo alla TC, saran- no introdotti gli indici dosimetrici fondamentali in TC, evidenziandone i limiti ed il legame con le due principali grandezze dosimetriche (dose equivalente e dose efficace).