Optimisation and establishment of diagnostic reference levels in paediatric plain radiography

Abstract

Purpose: This study aimed to propose Diagnostic Reference Levels (DRLs) in paediatric plain radiography and to optimise the most frequent paediatric plain radiography examinations in Portugal following an analysis and evaluation of current practice. Methods and materials: Anthropometric data (weight, patient height and thickness of the irradiated anatomy) was collected from 9,935 patients referred for a radiography procedure to one of the three dedicated paediatric hospitals in Portugal. National DRLs were calculated for the three most frequent X-ray procedures at the three hospitals: chest AP/PA projection; abdomen AP projection; pelvis AP projection. Exposure factors and patient dose were collected prospectively at the clinical sites. In order to analyse the relationship between exposure factors, the use of technical features and dose, experimental tests were made using two anthropomorphic phantoms: a) CIRSTM ATOM model 705®; height: 110cm, weight: 19kg and b) Kyoto kagakuTM model PBU-60®; height: 165cm, weight: 50kg. After phantom data collection, an objective image analysis was performed by analysing the variation of the mean value of the standard deviation, measured with OsiriX® software (Pixmeo, Switzerland). After proposing new exposure criteria, a Visual Grading Characteristic image quality evaluation was performed blindly by four paediatric radiologists, each with a minimum of 10 years of professional experience, using anatomical criteria scoring. Results: A high heterogeneity of practice was found and the established Portuguese DRL values (Kerma Air Product percentile 75, KAPP75 and Entrance Surface Air kerma percentile 75, ESAKP75) were higher than the most recent published data. The national DRLs established for Portugal are: CHEST: KAPP75, 13mGy.cm2, 19mGy.cm2, 60mGy.cm2, 134mGy.cm2, 94mGy.cm2, respectively for age groups <1, 1-<5, 5-<10, 10-<16, 16-≤18. ABDOMEN: KAPP75, 25mGy.cm2, 84mGy.cm2, 140mGy.cm2, 442mGy.cm2, 1401 mGy.cm2, respectively for age groups <1, 1-<5, 5-<10, 10-<16, 16-≤18. PELVIS: KAPP75, 29mGy.cm2, 75mGy.cm2, 143mGy.cm2, 585mGy.cm2, 839mGy.cm2, respectively for age groups <1, 1-<5, 5-<10, 10-<16, 16-≤18. DRLs by patient weight groups have been established for the first time. The post optimisation DRLs by patient weight groups are: CHEST: KAPP75, 9mGy.cm2, 10mGy.cm2, 15mGy.cm2, 32mGy.cm2, 57mGy.cm2, respectively for weight groups <5kg; 5-<15kg; 15-<30kg; 30-<50kg; ≥50kg. ABDOMEN: KAPP75, 10mGy.cm2, 20mGy.cm2, 61mGy.cm2, 203mGy.cm2, 225mGy.cm2, respectively for weight groups <5kg; 5-<15kg; 15-<30kg; 30-<50kg; ≥50kg. PELVIS: KAPP75, 15mGy.cm2, 18mGy.cm2, 45mGy.cm2, 75mGy.cm2, 79mGy.cm2, respectively for weight groups <5kg; 5-<15kg; 15-<30kg; 30-<50kg; ≥50kg. ESAKP75 DRLs for both patient age and weight groups were also obtained and are described in the thesis. Significant dose reduction was achieved through the implementation of an optimisation programme: an average reduction of 41% and 18% on KAPP75 and ESAKP75, respectively for chest plain radiography; an average reduction of 58% and 53% on KAPP75 and ESAKP75, respectively for abdomen plain radiography; and an average reduction of 47% and 48% on KAPP75 and ESAKP75, respectively for pelvis plain radiography. Conclusion: Portuguese DRLs for plain radiography were obtained for paediatric plain radiography (chest AP/PA, abdomen and pelvis). Experimental phantom tests identified adequate plain radiography exposure criteria, validated by objective and subjective image quality analysis. The new exposure criteria were put into practice in one of the paediatric hospitals, by introducing an optimisation programme. The implementation of the optimisation programme allowed a significant dose reduction to paediatric patients, without compromising image quality.

Objetivo: Este estudo teve como objetivo propor Níveis de Referência de Diagnóstico (NRD) para a radiologia convencional pediátrica e otimizar os procedimentos radiológicos mais frequentes em Portugal, partindo de uma análise e avaliação das práticas atuais. Materiais e Métodos: Foram recolhidos dados antropométricos (peso, altura e espessura anatómica da estrutura radiografada) de 9.935 doentes, referenciados para um exame radiológico, para um dos três hospitais pediátricos existentes em Portugal. Os NRDs nacionais foram calculados para os três procedimentos radiológicos mais frequentes: radiografia do tórax AP/PA; radiografia do abdómen AP; radiografia da bacia AP. Os factores de exposição associados aos procedimentos bem como os valores de dose no doente foram recolhidos de forma prospectiva em cada um dos hospitais. Por forma a analisar a relação entre os parâmetros de exposição e a respectiva dose, foi efetuado um estudo experimental usando dois fantomas antropomórficos: a) modelo CIRSTM ATOM 705®; altura: 110 centímetros, peso: 19 kg e b) modelo Kyoto kagakuTM PBU-60®; altura: 165 centímetros, peso: 50 kg. Na sequência do estudo experimental nos fantomas, foi efetuada uma avaliação objectiva das imagens, através da análise da variação do valor médio do desvio-padrão, medidos com o software OsiriX® (Pixmeo, Suíça). Com base nos resultados obtidos foram propostos novos parâmetros de exposição, para cada um dos procedimentos em estudo. Para validar os novos parâmetros de exposição em procedimentos clínicos foi efetuada uma avaliação subjetiva da qualidade das imagens radiológicas, através do método Visual Grading Charateristics (VGC), realizada de forma independente por quatro especialistas em radiologia pediátrica, cada um com um mínimo de 10 anos de experiência profissional utilizando, para tal, critérios de avaliação anatômica. Resultados: Foi identificada uma grande heterogeneidade na forma de efetuar os procedimentos radiológicos em estudo, tendo sido calculados os NRD para Portugal, definidos como percentil 75 do Produto Dose-Área, (KAPP75) e percentil 75 da dose á entrada da pele (ESAKP75) que se revelaram mais elevados quando comparados com os dados mais recentes publicados na literatura. Os NRDs estabelecidos para Portugal são: TÓRAX AP/PA: KAPP75, 13mGy.cm2, 19mGy.cm2, 60mGy.cm2, 134mGy.cm2, 94mGy.cm2, respectivamente para os grupos etários <1, 1-<5, 5-<10, 10-<16, 16-≤18. ABDOMEN: KAPP75, 25mGy.cm2, 84mGy.cm2, 140mGy.cm2, 442mGy.cm2, 1401 mGy.cm2, respectivamente para os grupos etários <1, 1-<5, 5- <10, 10-<16, 16≤18. BACIA: KAPP75, 29mGy.cm2, 75mGy.cm2, 143mGy.cm2, 585mGy.cm2, 839mGy.cm2, respectivamente para os grupos etários <1, 1- <5, 5- <10, 10- <16, 16-≤18. Foram também estabelecidos pela primeira vez os NRDs por grupos de peso dos doentes. Os NRDs obtidos após o processo de otimização por grupos de peso dos doentes são: TORAX AP/PA: KAPP75, 9mGy.cm2, 10mGy.cm2, 15mGy.cm2, 32mGy.cm2, 57mGy.cm2, respectivamente para os grupos de peso <5kg; 5-<15kg; 15-<30kg; 30- <50kg; ≥50kg. ABDÓMEN: KAPP75, 10mGy.cm2, 20mGy.cm2, 61mGy.cm2, 203mGy.cm2, 225mGy.cm2, respectivamente para os grupos de peso, <5kg; 5-<15kg; 15- <30kg; 30-<50kg; ≥50kg. BACIA: KAPP75, 15mGy.cm2, 18mGy.cm2, 45mGy.cm2, 75mGy.cm2, 79mGy.cm2, respectivamente para os grupos de peso <5 kg; 5-<15kg; 15-<30kg; 30- <50kg; ≥50kg. Os NRDs relativos à ESAKP75 para ambos os grupos de idade e de peso dos doentes também foram obtidas e estão descritos na tese. Foi conseguida uma redução significativa na dose nos doentes após a implementação do programa de otimização: uma redução média de 41% e 18% respectivamente nos valores de KAPP75 e de ESAKP75 para a radiografia do tórax AP/PA; uma redução média de 58% e 53% respectivamente nos valores de KAPP75 e de ESAKP75, para a radiografia do abdómen; uma redução média de 47% e 48% respectivamente nos valores de KAPP75 e de ESAKP75, para a radiografia da bacia. Conclusão: Foram definidos os NRDs nacionais para as radiografias do Tórax AP/PA, Abdómen e Bacia. O estudo experimental efetuado permitiu definir critérios de exposição mais adequados e devidamente validados através da avaliação objectiva e subjetiva das imagens radiológicas. A implementação do programa de otimização permitiu uma significativa redução da dose nos doentes pediátricos sem comprometer a qualidade da imagem.