Hur kan injicerad aktivitet individanpassas vid
skelettscintigrafi? Effekten av patientspecifika
parametrar
How can injected radiation dose be adjusted for
bone scintigraphy? The effect of
patient-specific parameters
Författare: Amro ChermitiVårterminen 2020
Examensarbete: Grundnivå (G2E), 15 högskolepoäng Huvudområde: Biomedicinsk laboratorievetenskap Biomedicinska analytikerprogrammet, inriktning fysiologi BMLV, Examensarbete, 15 högskolepoäng
Institutionen för hälsovetenskaper, Örebro universitet
Handledare: Ulrika Fernberg, Medicine doktor, universitetsadjunkt, Örebro universitet
Metodhandledare: Ida Eriksson, Sjukhusfysiker, Centralsjukhuset i Karlstad
Sammanfattning
Bakgrund: Skelettscintigrafi är en nuklearmedicinsk undersökning. Undersökningen är
den mest använda nukleardiagnostiska metoden och den genomförs ofta som en helkroppsundersökning. För att undersökningen ska kunna erhålla sin diagnostiska kvalitet, samt följa strålsäkerhetsmyndighetens rekommendationer behövs det mer kännedom till hur optimeringen ska följa as low as reasonably achievable (ALARA). Studiens syfte var att optimera patientstråldos samt att undersöka hur injicerad aktivitet kan anpassas efter patientens specifika parametrar.
Metod: Studiegruppen bestod av 85 patienter som genomgick skelettscintigrafier vid
Central sjukhuset i Karlstad, från perioden februari-april 2020.
Resultat: Visade att både ålder och vikt är patientspecifika variabler som borde tas till
betraktning vid bestämning av injicerad strålningsdos.
Konklusionen: För att optimera undersökningen för varje patient bör injicerad aktivitet
anpassas efter både kroppsvikt och ålder. Fler studier där andra parametrar undersöks måste genomföras.
ABSTRACT
Background: Bone scintigraphy is a nuclear medicine procedure. It is the most used
nuclear diagnostic method and provides the opportunity to perform a full-body examination. For the method to retain its diagnostic quality, and to follow the recommendations of the Radiation Safety Authority, more knowledge is required on how the optimization should follow as low as reasonably achievable (ALARA). The purpose of the study was to optimize patient radiation dose and to investigate how the injected activity can be adapted to patient-specific parameters.
Method: The study group consisted of 85 patients who underwent bone scintigraphy at
the Central Hospital in Karlstad, from the period February-April 2020.
Result: Showed that age and weight are patient-specific variables that should be
considered when determining injected radiation dose.
Conclusion: To optimize the examination for each patient, injected activity should be
adjusted according to the patient’s body weight and age. More studies in where other parameters are investigated must be carried out.
Innehållsförteckning
1. BAKGRUND 1
1.1 Nuklearmedicinsk bilddiagnostik 1
1.2 Radiofarmaka 2
1.3 Skelettets anatomi och fysiologi 3
1.4 Skelettscintigrafi 4 1.5 Bildkvalitet 4 1.6 Strålsäkerhet 6 1.7 Syftet 7 1.8 Frågeställningar 7 2. METOD 8 2.1 Studiepopulation 8 2.2 Bildhantering 8 2.3 Statistisk analys 9 2.4 Etiska överväganden 9 3. RESULTAT 11
3.1 Korrelation mellan netto posterior counts och oberoende variabler 12
3.2 Multipel regressionsanalys och RMSE 15
4. DISKUSSION 17 4.1 Resultatdiskussion 17 4.2 Metoddiskussion 18 4.3 Svagheter i studien 19 4.4 Slutsats 20 4.5 Slutord 20 5. REFERENSER 20 6. BILAGOR 23 6.1 Bilaga 1 24 6.2 Bilaga 2 30 6.3 Bilaga 3 31
1
1. BAKGRUND
1.1 Nuklearmedicinsk bilddiagnostik
Nuklearmedicin är ett samlingsbegrepp som används för att beteckna medicinisk diagnostik och behandling baserad på användning av radioaktiva läkemedel. Vid nuklearmedicinska undersökningar injiceras ett radioaktivt spårämne, radiofarmaka, intravenöst i form av en radioaktiv lösning. Med blodet som distributionsmedium fördelas radioaktiviteten i kroppen där upptag i kroppens organ sker i förhållande till blodcirkulationen i respektive organ. När det radioaktiva ämnet sönderfaller avges energi i form av joniserande strålning, så som gammastrålning. Bildtagning över upptagets fördelning i kroppen sker med en gammakamera som registrerar den gammastrålning som sänds ut. Gammakameran består av en natriumjodid-tallium (NaI(TI)) kristall som fungerar som en scintillationsdetektor. Kristallen omvandlar den infallande gammastrålningen till scintillationsljus där mängden ljus som bildas är proportionellt mot den energi som strålningen avgett. Framför scintillationskristallen finns kollimatorn vars uppgift är att absorbera alla gammafotoner som infaller med sned vinkel mot kameran, så att endast fotoner som inkommer parallellt med kollimatorhålen, vinkelrätt mot detektorytan, detekteras av scintillationskristallen (1, 2).
Scintillationsljuset går vidare från kristallen och in till ett fotomultiplikationsrör (PM-rör) där det bearbetas och omvandlas till förstärkta elektriska signaler. Förstärkningen sker genom att scintillationsljusen växelverkar med PM-rörets fotokatod och frigör elektroner, dessa elektroner accelereras och strömpulsen förstärks. Bakom PM-rören finns förförstärkare samt positions- och summationselektronik som har i uppgift att koppla vidare energisignalen (Z) och positionssignaler (X, Y). Signalerna digitaliseras i datorn, en bildmatris skapas och på så vis avbildas fördelningen av den radioaktiva substansen. Varje bildelement, pixel, i bildmatrisen kommer generera ett heltalsvärde som motsvarar antal registrerade fotoner i den positionen. Antal registrerade fotoner benämns counts (2–4). Gammakamerans uppbyggnad kan ses i figur 1.
2
Figur 1. Gammakamerans uppbyggnad, visar delar i utrustningen. 1) blyhölje, 2)
scintillationskristall, 3) kollimator, 4) ljusledare, 5) PM rör, 6) förförstärkare, 7) position- och summationskretsar. Berglund E, Jönsson BA. Medicinsk Fysik. Första upplaga. Lund: Studentlitteratur AB, 2007. Figur 6.22; s. 205
Region of interest (ROI) är ett verktyg som används mycket inom nuklearmedicin. ROI används för att se på aktivitetsskillnad mellan två markerade områden. Verktyget används vid njurscintigrafi, men även vid skelettscintigrafi går det att se högre counts där aktiviteten är som störst till exempel när ROI placeras över urinblåsan. Volume of interest (VOI) är ett annat verktyg som används som ett mått på uniform aktivitet till exempel vid skelettscintigrafi då helkroppsbilden är av relevans (5, 6).
1.2 Radiofarmaka
Radiofarmaka består av två huvudkomponenter; dels en radioaktiv isotop som avger joniserande strålning, dels en spårsubstans som transporterar isotopen till det organ som ska undersökas och ansamlas där. Radioaktivitet uppstår då det råder obalans i
förhållandet mellan antal protoner och neutroner i en atomkärna. För att återgå till stabilt läge kommer atomkärnan avge överskottsenergi genom att sända ut joniserande
3
strålning, antingen i form av partikelstrålning, eller i form av elektromagnetisk strålning, så kallad gammastrålning eller fotonstrålning. Vilket sönderfall som sker är beroende av kärnans storlek och egenskaper (2, 3).
Radionuklider som används vid diagnostiskt syfte har vissa krav som de måste uppfylla. Vid sönderfall ska kärnan utsöndra energi i form av gammastrålning inom ett visst energiintervall som stämmer med gammakamerans detektionsområde, mellan 50 och 500 keV (4, 5). Halveringstid (T1/2) ska vara optimal på så vis att den ska vara kort så att
den elimineras fort ur kroppen och inte ger onödigt hög stråldos till patienten, men också tillräckligt lång för att hinna ansamlas i organet som ska undersökas och för att bildtagning ska kunna ske (6, 7).
Vid diagnostik så används oftast radionukliden Teknetium-99m (99mTc) på grund av
dess fysikaliska egenskaper. Ämnet ger låg stråldos per aktivitetsenhet, och emitterar fotoner med lämplig energi, 140 keV som är inom detektionsintervallet, och har relativt kort T1/2 på sex timmar (3). Som ett resultat av 99mTc flexibla kemi är det möjligt att
koppla den med olika spårämnen som resulterar i att radionukliden är användbar för många olika undersökningar såsom hjärtscintigrafi, njurscintigrafi och lungscintigrafi (5, 7).
1.3 Skelettets anatomi och fysiologi
Skelettet är människans strukturella stöd och skyddar organen. Skelettet har även andra funktioner som att förvara mineraler som till exempel kalcium. Skelettet är grovt uppdelat i två typer av vävnad, kompakta och spongiösa ben. I de sponigösa delarna finns det antigen gul eller röd benmärg. Utöver att vara ett lager för mineraler, förvaras det också energi i form av lipider i den gula benmärgen. I den röda benmärgen
produceras röda och vita blodceller samt andra blodelement. Skelettet är med och reglerar distributionen av kraften som muskulaturen producerar (8, 9).
Skelettet består av olika celler som sköter upp- och nedbrytning av benvävnad. Osteoklaster upprätthåller protein och mineralsammansättningen vid nedbrytning av benvävnad genom osteolys, medan osteoblaster bildar nya benceller genom osteogenes. Det är en homeostatisk balans mellan nedbrytningen och uppbyggnaden för att benet ska bibehålla optimal funktion. Kalcium spelar en viktig roll i benfysiologin då ungefär 99% finns i skelettet. Två hormoner reglerar kalcium-jonkoncentrationen, calcitonin
4
som ökar kalcium jonkoncentrationen i blodet och paratyreoideahormon (PTH) som reducerar jonkoncentrationen av kalcium (8, 9).
1.4 Skelettscintigrafi
Skelettscintigrafi fortsätter att vara den mest använda nukleardiagnostiska metoden och ger möjligheten att utföra en helkroppsundersökning. Undersökningen utförs med radiofarmakan 99mTc-hydroxymethylene diphosphonate (HDP). Detta radiofarmaka
ackumuleras fort i skelettet, oftast inom två till sex timmar efter injektion (10). Skelettscintigrafi är sensitiv vid skelettomsättning och kan användes för att se om det finns avvikelser från det normala. Avvikelser ses på bilden som mörka områden i bilden, hot spots eller ljusare områden, cold spots i skelettet. Hot spots visar områden där det är högre ansamlingar av radiofarmaka. Medan cold spots visar områden där det inte finns några ansamlingar. Avvikelser i bilden kan indikera om det finns en pågående sjukdomsprocess som cancer, infektioner eller artrit (7, 10).
Vid skelettscintigrafi används bisfosfonatföreningars affinitet till hydroxyapatit, bifosfonatföreningarna samlas i de områden där skelettet genomgår ombyggnad eller nedbrytning. Fosfonatföreningarna är spårämne och används så att den radioaktiva substansen tar sig till rätt organ. Upptagsmekanismen är ospecifik, och metoden påvisar avvikelser på ett indirekt sätt eftersom områden där nybildning eller läkning av benen sker, visar ett ökat upptag (3). Upptaget styrs av skelettets genomblödning och
osteoblastaktivitet, på detta sätt är skelettscintigrafi ett sätt att kartlägga
osteoblastaktiviteten. Efter administration av radiomarka, tar det ungefär två timmar för att cirka 50% av aktiviteten ska ha tagits upp av skelettet (10, 11).
1.5 Bildkvalitet
Kvaliteten på bilderna måste ha en viss standard för att bilderna ska kunna tolkas och frågeställningar besvaras där syftet med bilden är att återge den sanna
aktivitetsfördelningen i det avbildade organet. Ett flertal parametrar påverkar den slutliga bildkvaliteten i gammakamerabilden. Framförallt begränsas bildkvaliteten av relativt dålig upplösning samt att de innehåller relativt mycket brus. Att bilderna är brusiga beror på slumpmässiga variationer i det radioaktiva ämnets sönderfall samt i detektionsprocessen i kristallen. Ett sätt att minska bruset i bilden och, på så vis, öka
5
den statistiska noggrannheten, är att öka insignalen genom att samla in fler antal counts (7, 12).
Ökat countsinnehåll uppnås antingen med förlängd insamlingstid alternativt ökad mängd injicerad aktivitet eller genom att använda en mer känslig kollimator. Nackdelen med att använda en känsligare kollimator är att upplösningen försämras. Upplösningen anger gammakamerans förmåga att särskilja på små, närliggande objekt och en god upplösningen är en grundförutsättning för att uppnå god diagnostisk bildkvalitet (1, 12). Den nuklearmedicinska bilden är uppbyggd av flera pixlar där varje pixel har ett
pixelvärde motsvarande mängden counts som registrerats i den positionen. Antal pixlar i bilden bestäms av den matris som användaren väljer vid insamlingen. Fler pixlar ger bättre möjlighet att återge detaljer i bilder, men endast till en viss gräns. Man kan aldrig återge detaljer som är mindre än kamerans egen upplösning. Däremot är det viktigt att inte ha för stora pixlar så att upplösningen inte förloras (1, 4, 7).
Distansen mellan patient och kollimator påverkar också bildkvaliteten. Vilken typ av kollimator samt hur stor distans det är kan göra bildkvaliteten försämrad. Ju närmare kollimatoren patienten är desto bättre bildkvalitet erhålls, detta kan ses i figur 2 (7, 13). Fördelningen av radiofarmaka är en viktig faktor vad rör bildkvaliteten. Vid högt upptag i avbildat organ går det med begränsad insamlingstid att få hög insignal och god
countsstatistik. Undersökningstiderna innebär en risk att rörelsesartefakter uppkommer som kan leda till felaktig diagnostisk. Kontrasten i bilden, det vill säga skillnaden i signal mellan avbildat organ och omgivande vävnad, påverkas också av hur
radiofarmakat tas upp och fördelas i kroppen (1, 13).
Patientens storlek har en betydelse för bildkvaliteten, den geometriska upplösningen försämras på grund av ökat avstånd mellan gammakamera och det avbildade organet.
6
Mängden spridd strålning ökar proportionellt med den avbildade volymen, där ökad mängd spridd strålning försämrar kontrasten i bilden (1, 13).
Figur 2. Scintigrafi av ländryggen. Från vänster observeras bildkvaliteten när kollimatoren är nära patienten. Mittersta bilden visar när distansen är 10 cm och sista bilden visar när
kollimatoren har flyttat 20 cm från patientens kropp. Detta kan ses speciellt vid kvaliteten på ryggrad, samt hur tydlig bröstkorgen är (7).
1.6 Strålsäkerhet
All verksamhet med joniserande strålning regleras, på nationell nivå, av
strålskyddslagen och strålskyddsförordningen. Strålsäkerhetsmyndigheten (SSM) lyder under regeringen och har som funktion att ställa krav på strålskydd och utöva tillsyn på hur arbete inom verksamheter med joniserande strålning bedrivs ur strålskyddsynpunkt. SSM har författningar för att skydda verksamheten och individen för onödiga mängder stråldoser (14-16).
SSM är den myndighet vars uppdrag är att sätta upp regler för dessa verksamheter så att arbete sker på ett strålsäkert sätt. För personal inom strålningsverksamhet, studerande och allmänheten finns det angivna dosgränser som inte ska överskridas (15). Dock gäller inte detta vid medicinsk bestrålning under till exempel cancerbehandling eller för personer som medvetet befinner sig i strålfältet som stöd eller hjälp av patient under diagnostik (14, 16).
As Low As Reasonable Achievable (ALARA) är ett system för skydd mot skadliga effekter av strålning, systemet bygger på den internationella strålskyddskommissionens rekommendationer. Dessa rekommendationer ses på som internationella standarder och har blivit insatta i svensk lagstiftning. ALARA bygger på principen om att verksamhet där strålning förekommer skall vara berättigad, det vill säga nyttan ska vara större än den skada bestrålningen kan ge, patientstråldoser skall tillämpas för individer, och
7
strålskydd ska optimeras så att bestrålningen av personer begränsas så långt som rimligen möjligt (3, 17).
Inom nuklearmedicinsk diagnostik är utmaningen att optimera undersökningstiden, kostnaderna och patientstråldosen, samt få en tillräckligt hög bildkvalitet. En tidigare studie visar att dosaktivitet baserad på vikt kan ge en onödigt hög administrerad
aktivitet och att andra faktorer såsom kön, ålder och kroppsbyggnad kan inkluderas vid beräkning av optimal stråldos (18).
1.7 Syftet
Syftet med denna studie är att optimera skelettscintigrafi vid Centralsjukhuset i Karlstad (CSK), med avseende på patientstråldos samt att undersöka hur injicerad aktivitet kan anpassas efter patientens individuella förutsättningar för att uppnå önskad bildkvalitet.
1.8 Frågeställningar
- Vilket förhållande råder mellan antal counts och patientens body mass index (BMI), ålder och injicerad aktivitet?
- Vilket förhållande råder mellan antal counts och patientens vikt, ålder och injicerad aktivitet?
8
2. METOD
2.1 Studiepopulation
I studien användes bilder från genomförda skelettscintigrafier vid CSK från perioden februari-april 2020. Patientspecifika parametrar som dokumenterades var kön, längd, vikt och ålder i insamlingsprotokollet. Det var totalt 85 observationer som registrerades. Exklusionskriterier var ålder <20 år och saknade parametrar.
14 observationer exkluderades från de statistiska beräkningarna då vissa parametrar saknades medan observationer med ålder <20 år bedömdes som outliers. Det som kvarstod var 71 observationer med godtagbara variabler. För modellvalidering samlades ytterligare tio observationer till studien.
2.2 Bildhantering
Patienterna genomgick en rutinundersökning enligt CSK metodbeskrivning av skelettscintigrafi se bilaga 1. Helkroppscanning med både anterior och posterior bild. Följande insamlingsparametrar på Phillips Brightview XCT (Philips, Massachusetts, USA) kamera användes low energy high resolution (LEHR) kollimator, 20%
energifönster, 1,0 zoom, 12,5 cm/min scanlängd, 256 x 1024 matris, pixelstorlek 2,2 millimeter. Samma parametrar användes vid GE Optima 640 (General Electric Company, Fairfield, USA) kamera enda skillnaden var matris storlek 512 x 1024, pixelstorlek 2,0 millimeter se bilaga 1.
I analysen av bilderna beräknades antalet counts genom att subtrahera countsinnehållet i urinblåsan från counts i hela bilden. Counts blev bestämd i både anteriora och posteriora bilden. Bildbehandlingsprogrammet Xeleris användes för att lägga ROI över urinblåsan samt för att läsa ut antalet counts i ROI i bilden.
Injicerad mängd aktivitet (A0) beräknades genom att subtrahera den inmätta aktiviteten i
sprutan med aktiveten som fanns kvar efter patienten hade blivit injicerad. Detta
beräknades då det är en faktor i en formel för sönderfallskorrigering. Formeln användes för att beräkna mängden aktivitet patienten hade i sig vid kamerastart (A). Tiden mellan injektion och kamerastart definieras som (t) och halveringsfaktorn för 99mTc står som
(T1/2).
Formel: 𝐴𝐴 = 𝐴𝐴0(𝑒𝑒−
𝑙𝑙𝑙𝑙2 𝑇𝑇1 2⁄ ×𝑡𝑡)
9 2.3 Statistisk analys
Studien är kvantitativ, och variablerna är kontinuerliga. Insamlade data bedöms som normalfördelad utifrån Kolmogorov-Smirnov och Shapiro-wilk testerna. I studien användes medelvärde och standardavvikelse för att presentera deskriptiva data. För att studera om det förelåg korrelation mellan vikt, BMI, netto posterior counts, aktivitet vid kamerastart och ålder utfördes det en Pearsons korrelation (R). Vid analys av variablerna användes Statistical Package for the Social Sciences (SPSS) (IBM Svenska AB, Kista, Sverige) och Microsoft Office Excel (Microsoft AB, Kista, Sverige). Enkel linjär regressionsanalys användes för att se hur var och en av variablerna ålder, aktivitet i patient, vikt och BMI kan förklara variationerna i antal netto posterior counts. Multipla regressionsanalyser utfördes för att se på sambandet mellan bland annat variablerna ålder, aktivitet i patient vid kamerastart och vikt, samt variablerna ålder, aktivitet i patient vid kamerastart och BMI med den beroende variabeln netto posterior counts.
Root mean square error (RMSE) mäter differensen mellan observerade värden och värden förutspådda av en modell. I denna studie användes RMSE på ett testmaterial som bestod av tio observationer som samlades in för modellvalidering, dessa ingick därmed inte i övriga statistiska analyser. Mindre RMSE betyder bättre anpassning för framtagen modell och på så vis pekar på vilka parametrar som var bättre på att förutspå mängden counts i slutbilden. RMSE användes även för aktivitet i patient vid
kamerastart för att se hur bra utvald metod kan förutspå injicerad aktivitet i patient vid kamerastart (19). Denna multiplicerades med 1,28 hämtad från
standardnormalfördelning, se bilaga 2. Detta gjordes för att erhålla att ca 90% av patienterna registrerar minst 1,5 miljoner (M) counts vid bildtagning.
2.4 Etiska överväganden
Inför studiens start inhämtades skriftligt samtycke av verksamhetschef för bild- och funktionsdiagnostik vid CSK för dokumentation av patientparametrar samt tillgång till arbetsstationen Xeleris (General Electric Company, Fairfield, USA), se bilaga 3. Studien ingår i ett arbete för att utveckla och kvalitetssäkra skelettscintigrafi på
nuklearmedicin vid CSK, samt optimera stråldos enligt ALARA. Studien använder sig av rutinmässigt utförda skelettscintigrafier i perioden februari-april 2020. Patienter har
10
inte behövt utsättas för extra undersökningar, då variablerna vid undersökningen registrerades i ett protokoll i samband med rutinundersökningen. Patienternas data hanterades avidentifierat.
11
3. RESULTAT
Resultatet baseras på 71 observationer, av dessa var 54 patienter män och 17 kvinnor. Den yngsta patienten var 22 år och den äldsta var 92 år, medelålder för samtliga patienter är 72,3 år (± 12,4). Medelvärdet för vikt 79,4 kg (± 14,5), för längd 172,6 cm (± 9,2), medelvärdet för BMI var 26,6 kg/m2 (± 4,3), aktivitet vid kamerastart 418,5
Mbq (± 20.0). Detta ses i tabell 1.Medelvärdet för registrerad netto anteriora counts i helkroppsbilden var på 1761478 counts (± 389238), och 1750996 counts (± 392190) i den posteriora bilden, detta kan ses i figur 3.
Tabell 1. Medelvärde och standardavvikelse av patientspecifika variabler (n=71).
Variabel Medelvärde Standardavvikelse Range
Ålder (år) 72,3 12,4 22–92 Vikt (kg) 79,4 14,5 42–114 Längd (cm) 172,6 9,2 153–193 BMI (kg/m2) 26,6 4,3 13–40 Aktivitet vid kamerastart (Mbq) 418,5 20,0 374–462
12
Figur 3. Figuren visar medelvärde (n=71) i brutto counts, netto counts och urinblåsans ROI från skellettscintigrafi. Efter subtraherad urinblåsa ligger netto counts på ungefär samma antal i anteriora och posteriora.
3.1 Korrelation mellan netto posterior counts och oberoende variabler
Enkel regressionsanalys visade att determinationskoefficienten (R2) för ålder korrelerad
till netto posterior counts ligger på R2= 0,372 (p <0,05), se figur 4. Sambandet mellan
aktivitet i patient vid kamerastart och netto posterior counts gav R2=0,171 (p <0,05) se
figur 5. Sambandet mellan BMI korrelerad och netto posterior counts R2=0,143 för BMI
(p <0,05) se figur 6. Sambandet mellan vikt och netto posterior counts R2= 0,107 (p
<0,05) se figur 7.
I figur 4 ses att ålder har högst R2-värde av de undersökta variablerna där 37% av
variationen i antalet netto posterior counts kan förklaras av patientens ålder.
0 500000 1000000 1500000 2000000
Brutto Counts Netto Counts Urinblåsa ROI
Co
unt
s
13
Figur 4. Spridningsdiagram visar en positiv korrelation mellan ålder (år) och netto posterior (counts) från skellettscintigrafi (n=71).
Figur 5. Spridningsdiagram visar en positiv korrelation mellan aktivitet i patient kamerastart (Mbq) och netto posterior (counts) från skellettscintigrafi (n=71).
14
Figur 6. Spridningsdiagram visar en negativ korrelation mellan BMI (kg/ och Netto posterior (counts) från skellettscintigrafi (n=71).
Figur 7. Spridningsdiagram som visar en negativ korrelation mellan vikt och netto posterior (Counts) från skellettscintigrafi (n=71).
15
Korrelationsanalys visar att variablerna vikt, BMI, ålder och strålningsaktivitet (Mbq) vid kamerastart har en korrelation med counts posterior R = 0,610 för ålder (p<0,001), R = 0,414 för aktivitet i patient vid kamerastart (p<0,001), R= -0,328 för vikt (p<0,005), R = -0,378 för BMI (p<0,001). Figur 6 och 7 visar negativ korrelation, då det föreligger en minskning i countsmängden vid ökad BMI och vikt.
3.2 Multipel regressionsanalys och RMSE
Multipel regressionsanalys visade att variablerna ålder, aktivitet i patient vid
kamerastart och BMI har en konstant på -1990063 (skärningspunkt) och förklaringsgrad till netto posterior counts på 77,6% (R2=0,776), se tabell 2. Regressionsanalys med
variablerna ålder, aktivitet i patient vid kamerastart och vikt har en konstant -2348908 (skärningspunkt) och förklaringsgrad till netto posterior counts på 76,4% (R2=0,764), se
tabell 3.
För modellvalidering användes RMSE för modellen med ålder, aktivitet och vikt låg på 207963. RMSE för modellen med ålder, aktivitet och BMI låg på 239644. RMSE för modellen med ålder, aktivitet och vikt var den som var bättre på att förutspå mängden med counts då den är lägst. RMSE för att förutspå aktiviteten vid kamerastart är 39. Denna multiplicerades med 1,28 för att erhålla att ungefär 90% av patienterna får en förutspådd counts mängd på 1,5M eller mer, se bilaga 2. En algoritmisk formel togs fram för att kunna förutspå aktivitet i patient vid kamerastart.
16
Tabell 2. Multipel regressionsanalys med netto posterior som beroende variabel och ålder, aktivitet i patient vid kamerastart och BMI som oberoende variabler. R2 presenteras för modellen. (n=71)
Netto posterior (counts)
Oberoende variabler Ostandardiserad β Standardiserad β P-värde
Ålder 18285,61 0,578 <0,001
Aktivitet i patient vid kamerastart 7280,62 0,370 <0,001
Body mass index (BMI) -23623,40 -0,257 <0,005
Determinationskoefficient (R2) 0,776
Tabell 3. Multipel regressionsanalys med netto posterior som beroende variabel och ålder, aktivitet i patient vid kamerastart och vikt som oberoende variabler. R2 presenteras för modellen.
(n=71)
Netto posterior (counts)
Oberoende variabler Ostandardiserad β Standardiserad β P-värde
Ålder 18280,61 0,574 <0,001
Aktivitet i patient vid kamerastart 7280,62 0,393 <0,001
Vikt (kg) -5769,77 -0,214 <0,010
17
4. DISKUSSION
4.1 Resultatdiskussion
Av de 85 observationer exkluderades 14 observationer. Observationer som saknade parametrar i protokollen, exkluderades. Patienter som var <20 år bedömdes som outliers och exkluderades från de statistiska beräkningarna för att undvika statistisk osäkerhet. Spridningsdiagrammen visade starkast korrelationskoefficient för ålder, och det kan förklaras med att majoriteten av studiepopulationen var äldre. Detta kan ses i tabell 1, där medelvärde för ålder var på 79,1. Tidigare studier visade att ålder i sig är en faktor för högre mängder counts. Det kan förklaras av att njurfunktion minskar med ålder, och ett ökande counts värde kopplas till detta. Skelettmetabolismen blir påverkad vid åldrandet som leder till ökad osteoklast aktivitet. Högre upptag på grund av underliggande patologi kan också framkomma (20, 21).
Endast en parameter är inte tillräckligt för att förklara countsfördelningen. Detta kan ses i de multipla regressionsanalyserna där det ges en större förklaringsgrad för netto posterior counts jämfört med de enkla regressionsanalyserna. Enligt EANM guidelines ska en dos utgå från ungefär 8–10 Mbq/kg vid normalvikt och 11-13 Mbq/kg vid överviktiga patienter (10). Att utgå från enbart vikt kan ge onödigt höga stråldoser till överviktiga patienter (18).
De multipla regressionsanalyserna visar en starkare påverkan från ålder som oberoende variabel för counts mängd. Aktivitet, vikt och BMI visar en mindre påverkan på counts mängden. Både vikt och BMI har en negativ påverkan på counts mängd, och sänker antalet counts. Detta är på grund av att vid ökad vikt finns det mer vävnad som attenuerar strålningen, vilket resulterar i att färre fotoner tränger ut ur kroppen och registreras av gammakameran (1). Stor andel kroppsfett kommer också öka avståndet mellan undersökningsorgan och detektor, vilket försämrar upplösningen, samt öka mängden spridda fotoner som registreras av detektorn, vilket försämrar kontrasten i bilden. Detta förklarar den negativa korrelationskoefficienten för vikt och BMI (12). Regressionsanalyserna är tydlig för vilka patient specifika parametrar som bör tillämpas då enbart vikt inte är tillräckligt för att erhålla en optimal bildkvalitet vid diagnostiskt syfte (18). En studie gjord 2011 visar att bildkvalitet mest är begränsad av
18
mjukvävnadens attenuering och spridning på grund av fettvävnad. En större mängd med fett kan försämra kvaliteten vid det avbildade organet (21).
Aktivitet i patient vid kamerastart är den viktigaste variabeln, då denna är vad som ska optimeras med hänsyn till patientspecifika parametrar. Det kan ses i figur 5, där ökning i aktivitet leder till en ökad mängd med counts. Samtidigt kan det ses vid de multipla regressionsanalyserna att aktivitet i patient vid kamerastart har näst störst effekt på den totala mängden counts vilket går att tyda i tabell 2 och 3. Enligt en studie gjord i 2014 har det visat sig att ålder och vikt är viktiga parametrar för bestämning av stråldos (22). Regressionsanalyserna visar att de två modellerna har relativt lika förklaringsgrader. Testdata användes för att kunna göra en RMSE och se vilka variabler som kunde förutspå mängden med counts. RMSE visar att de oberoende variablerna ålder, aktivitet i patient vid kamerastart och vikt visar en bättre förutsägelse på mängden counts jämfört med de oberoende variablerna ålder, aktivitet i patient vid kamerastart och BMI. RMSE talar för att modellen med variablerna ålder, aktivitet i patient vid kamerastart och vikt är bättre på att förutspå mängden counts.
4.2 Metoddiskussion
Studien har valt att endast titta på countsinnehållet, men countsinnehållet är inte det endast som är avgörande för bildkvalitet. Tillräckligt med counts är nödvändigt för att minska störande brus i bilden. Upplösning och kontrast är av högsta betydelse för god diagnostisk kvalité. Genom att sikta på ett visst countsinnehåll kan man uppnå en viss statistisk noggrannhet i bilderna. Samtidigt att det inte behövs att samla in fler counts än vad som är nödvändigt (10, 11). Förbättringar kan vara att studiepopulationen har en mer varierad åldersintervall så att majoriteten inte är äldre, detta kan styrka algoritmens förmåga på att förutspå bättre mängd aktivitet.
Upptagets fördelning är beroende av skelettmetabolismen som i sin tur påverkas av ålder (19). Något som kunde förbättras i studien är antal patienter, dela upp patienterna i olika åldersintervall och tillämpning av andra patientspecifika parametrar. Ett exempel på en patientspecifik parameter som borde undersöks är sagitall abdominal diameter (SAD) (21), kan vara av nytta för att kunde förutspå rätt mängd counts. Sedan avståndet mellan målorgan och kollimator är en faktor i counts mängd och bildkvalitet, då leder
19
till ett ökat insamlingsavstånd som påverkar mängden counts, ökar mängden med brus, samt den totala bildkvaliteten (1, 12).
Vid sammanställning av den algoritmiska modellen användes data från samtliga 71 observationer. Modellvalideringen som innefattade de ytterligare tio insamlade observationerna var betydelsefull då den visade anpassningen till de två framtagna modellerna. RMSE var mindre för modellen med ålder, aktivitet och vikt och resulterar i att modellen var bättre på att förutspå mängden counts än modellen med BMI.
Eftersom det var vikt och BMI som skiljde modellerna åt stod det klart att BMI var mer likgiltigt för att förutspå mängden counts på grund av förklaringsgraden som ses i tabell 2. Att RMSE var större för modellen med BMI än vikt, misstänks vara på grund av
overfitting vilket innebär att modellen inte kan förutspå rätt på grund av att modellen
som togs fram är baserad på en relativt liten population (24).
4.3 Svagheter i studien
Observationer där det saknades information av någon variabel exkluderades, detta resulterade att mindre observationer användes i de statistiska beräkningarna. Sjukdom utgjorde inte exklusionskriterium i studien.
Felkällor som kan ha uppstått under studien är, olika mängder counts i ROI som registrerades då det inte fanns någon specifika kriterier på hur man ska rita ROI. Det togs inte hänsyn till faktorer som njursjukdomar, rörelseartefakter och stora avstånd mellan kollimator och patient (1).
En förekommande felkälla vid skelettscintigrafi är att patienten inte har tömt sin urinblåsa inför kamerastart, detta ger mätfel när man ritar ROI, och osäkerhet vid diagnostisk tolkning då den kan skymma ökade upptag orsakade av skelettförändringar. Detta beror på att radiofarmakan utsöndras med urinen (10). Studien har inte tagit hänsyn till att bilderna samlades in med två olika gammakameror från olika
producenter, där skillnader i detektoregenskaper och inställningar kan ha varit en faktor i hur många counts blev insamlade (bilaga 3). Framtagen modell för optimering är inte optimal då det finns flertal felkällor som det ej har tagits hänsyn till, så som exempelvis mätosäkerheter i mätning och vägning av patient, mätning av radioaktivitet, bildtagning och ROI-ritning. I studien utvärderades resultatet bara utifrån antalet counts vilket inte, ensamt, säger något om bildens diagnostiska kvalitet.
20 4.4 Slutsats
Konklusionen med studien är att för att optimera undersökningen för varje patient bör injicerad aktivitet anpassas efter både kroppsvikt och ålder. Fler studier där andra parametrar undersöks bör genomföras.
4.5 Slutord
Ett stort tack till min handledare Ulrika Fernberg Universitetsadjunkt vid Örebro universitet som hjälpte mig med tankar och idéer samt den konstruktiva kritiken. Ett stort tack till min metodhandledare Ida Eriksson, sjukhusfysiker på CSK för hjälpen jag har fått under praktiska arbetet, statistiska beräkningar och tillgänglighet, samt
uppsatsidéen.
Vill även tacka hela personalen på nuklearmedicinska avdelningen i CSK som har samlat in all data.
21
1. Carlsson S, Svensson SE. Nuklearmedicin, Fysik & teknik Radiofarmaka
Nuklearmedicinska bilder Datoranvändning Spårämneskinetik Strålrisker & strålskydd. Kvalitetssäkring (Internet), 1st ed, Uddevala; (Förlaggsord saknas); 2007 (Citerat 22 mars 2020) Hämtat från:
http://www.sfnm.se/wp/wpcontent/uploads/2013/08/Nuklearmedicin_SC_SES.pdf 2. Berglund E, Jönsson BA. Medicinsk Fysik. Första upplaga. Lund: Studentlitteratur AB; 2007.
3. Hietala S-O, Åhlström Riklund K. Nuklearmedicin. Andra upplaga. Lund: Studentlitteratur AB; 2013.
4. Cherry S, Sorenson J, Phelps M. Physics in Nuclear Medicine. 4 ed. London: Elsevier Health Sciences; 2012.
5. International Atomic Energy Agency. Quantitative Nuclear Medicine Imaging: Concepts, Requirements and Methods [Internet]. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2014. [citerad 2020 Mars 20] Hämtad från: https://www
pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1605_web.pdf
6. Bailey D.L, Humm J.L, Todd-Pokropek A, Van Aswegen A. Nuclear Medicine Physics: A Handbook for Teachers and Students [Internet]. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2014. [citerad 2020 Mars 20] Hämtad från: https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1617web-1294055.pdf
7. O'Connor MK, Brown ML, Hung JC and Hayostek RJ. The Art of Bone Scintigraphy – Technical Aspects. J Nucl Med. 1991;32(12):2332-41.
8. Sand O, Sjaastad Øystein V, Haug Egil, Bjålie J. G. Människokroppen fysiologi och anatomi. Andra upplagan. Oslo: Gyldendal akademisk; 2015
9. Martini F, Nath JL, Bartholomew EF. Fundamentals of anatomy & physiology. Upplaga 10. San Francisco: Benjamin Cummings; 2015
10. Van den Wyngaert T, Strobel K, Kampen WU, Kuwert T, van der Bruggen W, Mohan HK, et al. The EANM practice guidelines for bone scintigraphy. Eur J Nucl Med Mol Imaging. 2016;43(9):1723-38.
22
11. Bartel TB, Kuruva M, Gnanasegaran G, Beheshti M, Cohen EJ, Weissman AF, et al. SNMMI Procedure Standard for Bone Scintigraphy 4.0. J Nucl Med Technol.
2018;46(4):398-404.
12. Brenner AI, Koshy J, Morey J, Lin C, DiPoce J. The bone scan. Semin Nucl Med. 2012;42(1):11-26.
13. Madsen MT. Computer Acquisition of Nuclear Medicine Images. J Nucl Med Technol. 1994;22(1):3-11
14. Bayram T, Yilmaz AH, Demir M, Sonmez B. Radiation dose to technologists per nuclear medicine examination and estimation of annual dose. J. Nucl. Med.
2011;39(1):55–59.
15. Strålsäkerhetsmyndighetens allmänna råd om tillämpningen av föreskrifterna (SSMFS2018:5) om medicinska exponeringar. Stockholm: Strålsäkerhetsmyndigheten. Hämtad från:
https://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/contentassets/5ca0970e939642f68ac4b0f5ad fd391a/ssmfs-20185-stralsakerhetsmyndighetens-foreskrifter-och-allmanna-rad-om-medicinska-exponeringar.pdf
16. Cardis E, Vrijheid M, Blettner M, Gilbert E, Hakama M, Hill C, et al. Risk of cancer after low doses of ionising radiation: retrospective cohort study in 15 countries. BMJ. 2005;331(7508):77
17. Godås T. Strålsäkerhetsmyndigheten. Riktlinjer för utformning av
strålskyddsprogram för transportörer av radioaktiva ämnen. 2012:09 Rapportnummer: 2012:09 ISSN:2000-0456. Hämtad från:
https://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/contentassets/1b5c6176993e4950a77584a05 9d52ad8/201209-riktlinjer-for-utformning-av-stralskyddsprogram-for-transportorer-av-radioaktiva-amnen
18. Sgouros G, Frey EC, Bolch WE, Wayson MB, Abadia AF, Treves ST. An approach for balancing diagnostic image quality with cancer risk: application to pediatric
diagnostic imaging of 99mTc-dimercaptosuccinic acid. J. Nucl Med. 2011;52(12):1923-9.
23
19. Dekking F.M., Kraaikamp C., Lopuhaä H.P., Meester L.E. Efficiency and mean squared error. In: A Modern Introduction to Probability and Statistics. Springer Texts in Statistics. London: Springer; 2005
20. Kigami Y, Yamamoto I, Ohnishi H, Miura H, Ohnaka Y, Ota T et al. Age-related change of technetium-99m-HMDP distribution in the skeleton. J Nucl Med.
1996;37(5):815-8
21. Ghanem MA, Kazim NA, Elgazzar AH. Impact of obesity on nuclear medicine imaging. J Nucl Med Technol. 2011;39(1):40-50.
22. Bai Y and Wang D. Select the Optimized Effective Dose to Reduce Nuclear Radiations in Pediatric Nuclear Medicine. World J Nucl Med. 2014;13(1):40-5 23. Sadeghi R, Zakavi SR, Ghasemov M, Kakhki VR. Age-related changes in skull uptake on bone scintigraphy: a quantitative study. Nucl Med Rev Cent East Eur. 2008;11(2):67-9
24. Claeskens G, Hjort N.L. Model Selection and Model Averaging, Cambridge: University Press; 2008.
.
24 6.1 Bilaga 1
30 6.2 Bilaga 2
Standardavvikelsen (SD) är i tabellen normerad till 1. x= 1,28 betyder att vi befinner oss 1,28 standardavvikelser till höger om kurvans mittpunkt. Där är sannolikheten 0,897 att ett uppmätt värde hamnar till vänster om den punkten, dvs ca 0,1 sannolikhet att den hamnar till höger om punkten. Kurvan är symmetrisk vilket betyder att om man går 1,28 till vänster om mitten är sannolikheten 0,1 att hamna till vänster om den punkten. I vårt fall är standardavvikelsen RMSE och vi vill addera 1,28*RMSE till det predikterade värdet vilket betyder att sannolikheten att hamna under 1,5M counts är 0,1.
31 6.3 Bilaga 3
