Background: Since 2017, a pilot project for lung cancer screening by chest low dose computed tomography (LDCT) has been implemented in Moscow. Patients to be included into the screening have risk factors for ischemic heart disease (IHD). The association between epicardial adipose tissue (EAT) volume and coronary artery atherosclerosis, IHD, and atrial fibrillation has been demonstrated previously.
Aim: To demonstrate the feasibility of LDCTbased EAT volumetry using a dynamic (contracting) heart phantom.
Materials and methods: The study was performed with the designed dynamic heart phantom and chest phantom in two stages. At stage I, two adipose tissue pieces were scanned inside and outside the chest phantom using CT and LDCT. At stage II, the dynamic heart phantom was scanned outside and inside the chest phantom. In addition, we scanned the heart phantom with a coronary calcium phantom. The contracting heart phantom was developed within three months. All scans of the phantom were performed within one day. We determined the adipose tissue thresholds in LDCT and the EAT volumetric error with both chest CT and LDCT. Measurements of the adipose tissue volumes were performed by the radiologist twice with semi-automatic software.
Results: The results of stage I helped to identify optimal density thresholds for LDCT-based adipose tissue volumetry in lung cancer screening, ranging from -250 HU to -30 HU. The stage II results showed that for all heart phantom scanning variants, the average EAT volumetry error did not exceed 5%, except for the case of contracting heart phantom with added coronary calcium in a chest phantom with body mass index (BMI) 29 (-5.92%). Adding the coronary calcium phantom to the heart phantom in LDCT increased the error by an average of 4% in BMI 23 and BMI 29 chest phantoms.
Conclusion: LDCT-based EAT volumetry with fat density threshold from -250 HU to -30 HU is feasible in lung cancer screening, including patients with coronary calcium. However, considering the phantom design, further patient studies, and correlation of EAT volumes between LDCT for lung cancer screening and сoronary CT angiography are required.
Обоснование. С 2017 г. в Москве реализуется пилотный проект скрининга рака легкого с использованием протоколов низкодозной компьютерной томографии (НДКТ) органов грудной клетки. Пациенты, включаемые в скрининговую программу, имеют факторы риска развития ишемической болезни сердца (ИБС). Ранее установлена связь объема эпикардиальной жировой ткани (ЭЖТ) с атеросклерозом коронарных артерий, ИБС и фибрилляцией предсердий.
Цель – доказать возможность применения протокола НДКТ для волюметрии ЭЖТ с использованием фантома сокращающегося сердца.
Материал и методы. Исследование проведено с разработанным фантомом сокращающегося сердца и фантомом органов грудной клетки в 2 этапа. На 1-м этапе просканированы 2 куска жировой ткани внутри и вне фантома органов грудной клетки по протоколам КТ и НДКТ. На 2-м этапе просканирован фантом сокращающегося сердца вне и внутри фантома органов грудной клетки. Дополнительно были проведены сканирования с добавлением к фантому сердца фантома коронарных сосудов с имитацией коронарного кальция. Разработка фантома сокращающегося сердца выполнена в течение 3 месяцев. Сканирования фантома проведены в течение одного дня. Определены пределы плотностей жировой ткани по данным НДКТ, а также погрешность волюметрии ЭЖТ по данным КТ и НДКТ органов грудной клетки. Измерения объемов жировой ткани выполнены рентгенологом дважды с помощью полуавтоматического программного обеспечения.
Результаты. По результатам 1-го этапа определены оптимальные границы плотности для волюметрии жировой ткани по данным НДКТ в скрининге рака легкого от -250 до -30 HU. По результатам 2-го этапа выявлено, что при всех вариантах экспериментов с фантомом сердца средняя погрешность волюметрии жировой ткани не превышает 5%, кроме случая сканирования сокращающегося сердца с кальцием по протоколу КТ в фантоме органов грудной клетки с индексом массы тела 29 (-5,92%). При добавлении фантома коронарного кальция к фантому сердца по данным НДКТ отмечается повышение погрешности как в эксперименте с фантомом с индексом массы тела 23, так и с фантомом с индексом массы тела 29, в среднем на 4%.
Заключение. Волюметрию ЭЖТ по данным НДКТ в скрининге рака легкого возможно проводить, в том числе у пациентов с наличием коронарного кальция, при установке порога плотности жира от -250 до -30 HU. Однако принимая во внимание фантомный дизайн, дальнейшие исследования следует планировать с участием пациентов, с учетом корреляции объемов ЭЖТ между данными НДКТ для скрининга рака легкого и КТ-коронарографией.