Tomosynthesis in pulmonary cystic fibrosis

Abstract

The aims of this thesis were to investigate whether chest tomosynthesis might be used in pulmonary cystic fibrosis, to design and validate a tomosynthesis scoring system, and to determine the effective dose from chest tomosynthesis in children.



In a prospective study starting in 2008 clinical chest radiography or computed tomography (CT) were supplemented with a tomosynthesis examination of the lungs. Tomosynthesis findings were characterized in comparison with radiography and CT findings, and used to design a scoring system for tomosynthesis. Conversion factors for paediatric chest tomosynthesis were determined by Monte Carlo simulations and used to estimate the effective dose from the registered dose-area-product from the patient examinations included in the study.



The typical imaging findings of pulmonary cystic fibrosis were much better depicted with tomosynthesis compared with radiography. Most pulmonary changes visualised with computed tomography could also be evaluated well with tomosynthesis. A dedicated tomosynthesis scoring system was designed and validated, and proved to be robust. Bronchiectasis and mucus plugging are the most specific pulmonary changes of cystic fibrosis, and were in a review of commonly used radiological scoring systems generally considered the most important scoring components.



For chest tomosynthesis in children the conversion factor was considerably higher for young children than previously reported for adults. The conversion factor increased with increasing tube energy and filtration. The mean paediatric effective dose from posteroanterior chest tomosynthesis was 0.17 mSv, which is about 40 times less than recently reported effective doses from paediatric chest CT. Using the previously reported conversion factor for adults the paediatric effective dose was estimated to 0.11 mSv. Consequently, when using conversion factors not adapted to children for paediatric examinations, the radiation dose may be underestimated. Anteroposterior exposures should be avoided, as the effective dose is approximately three times higher than for posteroanterior exposures.



In these studies tomosynthesis has been shown to be a valuable tool for monitoring pulmonary cystic fibrosis, as typical imaging findings of this lung disease are well depicted and the radiation dose is low. The dedicated scoring system may improve diagnostic precision. At our radiology department, tomosynthesis now has to a great extent replaced radiography in the follow-up of these patients. CT is only performed in selected cases. Further studies are planned to determine the roles of tomosynthesis and CT in the evaluation of cystic fibrosis lung disease.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Tack vare den snabba tekniska och digitala utvecklingen under senare år har tomosyntes etablerats som ett nytt och spännande verktyg inom röntgendiagnostiken. Metoden är en vidareutveckling av gammaldags tomografi (skiktröntgen), men är lättare att utföra, ger bättre bilder och dessutom är stråldosen betydligt lägre.



Vid tomosyntes gör röntgenröret ett svep över den kroppsdel som ska undersökas och samtidigt bestrålas detta område. Bakom patienten finns en detektor som samlar informationen, som sedan bearbetas i en dator. När man gör tomosyntes av lungor blir slutresultatet ca 60 skiktbilder av lungorna, med 3-4 mm avstånd mellan varje skikt. Bilden liknar vanlig lungröntgen, men skillnaden är att strukturer i bildskiktet är skarpt avbildade och strukturer framför eller bakom blir utsuddade och oskarpa.



Våren 2008 installerades tomosyntes på vår röntgenavdelning. Eftersom luftvägarna och förändringar i lungvävnaden avbildas tydligt med tomosyntes insåg vi att metoden kunde lämpa sig för att följa patienter med cystisk fibros. Detta är en medfödd, obotlig sjukdom där tjockt slem bildas bland annat i luftvägarna. Patienterna har svårt att hosta upp slemmet vilket leder till inflammation och infektion i luftvägarna, som svullnar och efterhand utvidgas. Tidigare har patienter med cystisk fibros följts med lungröntgen och ibland även med datortomografi. I studien kompletterades dessa undersökningar med tomosyntes av lungorna.



Syftet med den första delstudien var att kartlägga hur förändringar i lungorna vid cystisk fibros avbildas med tomosyntes jämfört med lungröntgen och datortomografi. I materialet ingick då 135 tomosyntes- och lungröntgenundersökningar (från 36 barn och 39 vuxna) och 12 datortomografiundersökningar. Tomosyntes visade de förändringar som är typiska för cystisk fibros, slempluggar i luftvägar och förtjockade och utvidgade luftvägar, mycket tydligare jämfört med lungröntgen. Merparten av förändringarna som sågs på datortomografi var väl framställda även med tomosyntes.



I den andra delstudien utvecklades ett s.k. scoringsystem för tomosyntes. Detta för att kunna skatta (poängsätta) graden av förändringar vid cystisk fibros. Syftet med poängsättningen var att på ett mer objektivt sätt kunna följa sjukdomsutvecklingen och effekten av olika behandlingsstrategier. Det nya scoringsystemet beskrevs i detalj och användes på 88 tomosyntesundersökningar av barn och vuxna med cystisk fibros. Detta jämfördes sedan med lungröntgenundersökningar från samma tidpunkt, som skattades med en vedertagen lungröntgen score, s.k. Brasfield score. Scoringsystemet för tomosyntes visade sig fungera väl, med god överenstämmelse mellan bedömare och med skattningen av lungröntgen. Tomosyntes var, som förväntat, en känsligare metod än lungröntgen för att påvisa cystisk fibros förändringar i lungorna.



I den tredje delstudien jämfördes hur cystisk fibros förändringar kan skattas på lungröntgen, tomosyntes, datortomografi och magnetkameraundersökningar. De mest använda scoringsystemen för de olika metoderna jämfördes avseende likheter och olikheter. Scoringen utförs på mycket olika sätt i de olika systemen. I nästan alla scoringsystem skattas dock lungorna för graden av ökad lungvolym, slempluggar, förtjockning av luftvägar, utvidgning av luftvägar och förtätning av lungvävnad. Det viktigaste fyndet i majoriteten av scoringsystemen var utvidgade luftvägar, eventuellt i kombination med slempluggar.



Eftersom barn med cystisk fibros kommer att genomgå många röntgenundersökningar under sin livstid är det viktigt att veta vilken stråldos undersökningarna ger, och om möjligt välja undersökningar med låg stråldos. I röntgenapparaten registreras automatiskt en s.k. dose-area-product (DAP), vilket är stråldosen vid hudytan multiplicerat med storleken på den bestrålade hudytan. För att kunna omvandla DAP till ett mått på risken med bestrålningen(s.k. effektiv dos, anges i mSv) multipliceras värdet med en s.k. konversionsfaktor (omvandlingsfaktor).



Syftet med den fjärde delstudien var att ta fram konversionsfaktorer för tomosyntes av lungor på barn. Med hjälp av datorprogrammet PCXMC 2.0, utvecklat av finska strålskyddsmyndigheten STUK, kan man beräkna stråldoser och konversionsfaktorer genom simulerade röntgenundersökningar. Undersökningar både i stående och liggande simulerades för flickor och pojkar från 8 till 19 år. Konversionsfaktorerna minskade med stigande ålder, ökade med stigande rörspänning (energi) eller filtrering,och var högre vid undersökning i liggande än i stående. För de minsta barnen var konversionsfaktorerna betydligt högre än faktorn som tidigare rapporterats för vuxna. För att korrekt beräkna riskerna för barn med bestrålning är det därför viktigt att använda konversionsfaktorer anpassade till barn.



I den femte delstudien användes de konversionsfaktorer vi hade uppmätt i delstudie fyra för att beräkna vilken effektiv dos

tomosyntes av lungor ger till barn. Här ingick 186 undersökningar på barn i åldrarna 7 till 20 år. Den beräknade medeldosen uppgick till 0,17 mSv, vilket är högre än den dos på 0,12–0,13 mSv som tidigare rapporterats för vuxna, men bara ca 1/40 av nyligen rapporterade doser för datortomografi av lungor på barn. Medelstråldosen för liggande undersökning var ca 3 gånger högre än för stående undersökning.



Tomosyntes har visats vara ett värdefullt verktyg i uppföljningen av patienter med cystisk fibros. De typiska lungförändringarna vid cystisk fibros avbildas väl med metoden och stråldosen är låg. Vidare studier är planerade för att ytterligare kartlägga vilken roll tomosyntes och datortomografi bör ha i uppföljningen av dessa patienter.

• author: Vult von Steyern, Kristina
• supervisor: Isabella Björkman-Burtscher; Mats Geijer
• opponent: Fransson, Sven-Göran, Röntgenkliniken, Universitetssjukhuset i Linköping, Institutionen för medicin och hälsa, Linköpings Universitet
• organization: Diagnostic Radiology, (Lund)
• publishing date: 2013
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Radiology, Nuclear Medicine and Medical Imaging
• keywords: Cystic fibrosis, Lung, Radiation dose, Radiography, Scoring methods, Tomography, spiral computed, X-ray computed
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2013:121
• pages: 142 pages
• defense location: Demonstrationsrum 10, Plan 4, BFC, SUS i Lund
• defense date: 2013-11-29 13:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-87449-94-9
• language: English
• LU publication?: yes
• id: ead77724-3085-45c7-9329-906337d08bd6 (old id 4145732)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:05:07
• date last changed: 2019-05-22 06:35:08