Patient doses in ct, dental cone beam ct and projection radiography in Finland, with emphasis on paediatric patients

Diagnostic radiology represents the largest man-made contribution to population radiation doses in Europe. To be able to keep the diagnostic benefit versus radiation risk ratio as high as possible, it is important to understand the quantitative relationship between the patient radiation dose and the various factors which affect the dose, such as the scan parameters, scan mode, and patient size. Paediatric patients have a higher probability for late radiation effects, since longer life expectancy is combined with the higher radiation sensitivity of the developing organs. The experience with particular paediatric examinations may be very limited and paediatric acquisition protocols may not be optimised. The purpose of this thesis was to enhance and compare different dosimetric protocols, to promote the establishment of the paediatric diagnostic reference levels (DRLs), and to provide new data on patient doses for optimisation purposes in computed tomography (with new applications for dental imaging) and in paediatric radiography. Large variations in radiation exposure in paediatric skull, sinus, chest, pelvic and abdominal radiography examinations were discovered in patient dose surveys. There were variations between different hospitals and examination rooms, between different sized patients, and between imaging techniques; emphasising the need for harmonisation of the examination protocols. For computed tomography, a correction coefficient, which takes individual patient size into account in patient dosimetry, was created. The presented patient size correction method can be used for both adult and paediatric purposes. Dental cone beam CT scanners provided adequate image quality for dentomaxillofacial examinations while delivering considerably smaller effective doses to patient compared to the multi slice CT. However, large dose differences between cone beam CT scanners were not explained by differences in image quality, which indicated the lack of optimisation. For paediatric radiography, a graphical method was created for setting the diagnostic reference levels in chest examinations, and the DRLs were given as a function of patient projection thickness. Paediatric DRLs were also given for sinus radiography. The detailed information about the patient data, exposure parameters and procedures provided tools for reducing the patient doses in paediatric radiography. The mean tissue doses presented for paediatric radiography enabled future risk assessments to be done. The calculated effective doses can be used for comparing different diagnostic procedures, as well as for comparing the use of similar technologies and procedures in different hospitals and countries.

Consequences of Vertebral Fractures

Vertebral fractures occur due to forces applied to spinal structures. When the bone tissue is weakened, vertebral fractures can result from a minor trauma. Adult vertebral fractures are commonly considered to be an indication for osteoporosis. In children osteoporosis is a rare condition, and pediatric vertebral fractures are usually clearly trauma-related. The aims of this dissertation are to produce knowledge of the epidemiology of osteoporotic vertebral fractures and to analyse their association with total and cause-specific mortality, to find indicators with which to identify individuals who are at great risk of subsequent fractures, to study the incidence of pediatric vertebral fractures and need for their operative treatment and hospital care. The Mobile-Clinic and Mini-Finland Health surveys of the adult population were used as materials in this research. Record linkages to the Finnish Hospital Discharge Register and the Official Cause of Death register were used to study mortality and hospitalization in the same population group. These registers were also used to evaluate epidemiology, mortality, hospitalization and the need for operative management of pediatric vertebral fracture patients. The main findings and conclusions of the present dissertation are: 1. The presence of a thoracic vertebral fracture in adults is a significant predictor of cancer and respiratory mortality. In women, but not in men, vertebral fractures strongly predict mortality due to injuries. Most of these deaths in the study group were hip fracture related. 2. Severe thoracic vertebral fracture in adults was a strong predictor of a subsequent hip fracture, whereas mild or moderate fractures and the number of compressed vertebrae were much weaker predictors, 3. Pediatric spinal fractures were rare: The incidence was 66 per one million children per year. In younger children cervical spine was most often affected, whereas in older children fractures of the thoracic and lumbar spine were more common. Maturation of spinal structures seems to play a major role in the typical injury patterns in children. Thirty per cent of pediatric spinal fractures required surgical treatment. The current study focuses on consequences of vertebral fractures in general, without evaluating further the causation of the studied phenomena. Further studies are needed to clarify the mechanisms of association between vertebral fractures and specific causes of mortality. A severe vertebral fracture appears to indicate a substantial risk of a subsequent hip fracture. If such a fracture is identified from a chest radiograph, urgent clinical evaluation, treatment of osteoporosis and protective measures against falls are recommended.

New signal processing algorithms for automated external defibrillators

[ES]La fibrilación ventricular (VF) es el primer ritmo registrado en el 40\,\% de las muertes súbitas por paro cardiorrespiratorio extrahospitalario (PCRE). El único tratamiento eficaz para la FV es la desfibrilación mediante una descarga eléctrica. Fuera del hospital, la descarga se administra mediante un desfibrilador externo automático (DEA), que previamente analiza el electrocardiograma (ECG) del paciente y comprueba si presenta un ritmo desfibrilable. La supervivencia en un caso de PCRE depende fundamentalmente de dos factores: la desfibrilación temprana y la resucitación cardiopulmonar (RCP) temprana, que prolonga la FV y por lo tanto la oportunidad de desfibrilación. Para un correcto análisis del ritmo cardiaco es necesario interrumpir la RCP, ya que, debido a las compresiones torácicas, la RCP introduce artefactos en el ECG. Desafortunadamente, la interrupción de la RCP afecta negativamente al éxito en la desfibrilación. En 2003 se aprobó el uso del DEA en pacientes entre 1 y 8 años. Los DEA, que originalmente se diseñaron para pacientes adultos, deben discriminar de forma precisa las arritmias pediátricas para que su uso en niños sea seguro. Varios DEAs se han adaptado para uso pediátrico, bien demostrando la precisión de los algoritmos para adultos con arritmias pediátricas, o bien mediante algoritmos específicos para arritmias pediátricas. Esta tesis presenta un nuevo algoritmo DEA diseñado conjuntamente para pacientes adultos y pediátricos. El algoritmo se ha probado exhaustivamente en bases de datos acordes a los requisitos de la American Heart Association (AHA), y en registros de resucitación con y sin artefacto RCP. El trabajo comenzó con una larga fase experimental en la que se recopilaron y clasificaron retrospectivamente un total de 1090 ritmos pediátricos. Además, se revisó una base de arritmias de adultos y se añadieron 928 nuevos ritmos de adultos. La base de datos final contiene 2782 registros, 1270 se usaron para diseñar el algoritmo y 1512 para validarlo. A continuación, se diseñó un nuevo algoritmo DEA compuesto de cuatro subalgoritmos. Estos subalgoritmos están basados en un conjunto de nuevos parámetros para la detección de arritmias, calculados en diversos dominios de la señal, como el tiempo, la frecuencia, la pendiente o la función de autocorrelación. El algoritmo cumple las exigencias de la AHA para la detección de ritmos desfibrilables y no-desfibrilables tanto en pacientes adultos como en pediátricos. El trabajo concluyó con el análisis del comportamiento del algoritmo con episodios reales de resucitación. En los ritmos que no contenían artefacto RCP se cumplieron las exigencias de la AHA. Posteriormente, se estudió la precisión del algoritmo durante las compresiones torácicas, antes y después de filtrar el artefacto RCP. Para suprimir el artefacto se utilizó un nuevo método desarrollado a lo largo de la tesis. Los ritmos desfibrilables se detectaron de forma precisa tras el filtrado, los no-desfibrilables sin embargo no.

Rhythm Analysis during Cardiopulmonary Resuscitation: Past, Present, and Future

Survival from out-of-hospital cardiac arrest depends largely on two factors: early cardiopulmonary resuscitation (CPR) and early defibrillation. CPR must be interrupted for a reliable automated rhythm analysis because chest compressions induce artifacts in the ECG. Unfortunately, interrupting CPR adversely affects survival. In the last twenty years, research has been focused on designing methods for analysis of ECG during chest compressions. Most approaches are based either on adaptive filters to remove the CPR artifact or on robust algorithms which directly diagnose the corrupted ECG. In general, all the methods report low specificity values when tested on short ECG segments, but how to evaluate the real impact on CPR delivery of continuous rhythm analysis during CPR is still unknown. Recently, researchers have proposed a new methodology to measure this impact. Moreover, new strategies for fast rhythm analysis during ventilation pauses or high-specificity algorithms have been reported. Our objective is to present a thorough review of the field as the starting point for these late developments and to underline the open questions and future lines of research to be explored in the following years.

Soluble Angiopoietin Receptor Tie-2 In Patients With Acute Myocardial Infarction And Its Detection By Optical Protein-Chip

The Tie-2 receptor has been shown to play a role in angiogenesis in atherosclerosis. The conventional method assaying the level of soluble Tie-2 (sTie-2) was ELISA. However, this method has some disadvantages. The aims of this research are to establish a more simple detection method, the optical protein-chip based on imaging ellipsomtry (OPC-IE) applying to Tie-2 assay. The sTie-2 biosensor surface on silicon wafer was prepared first, and then serum levels of sTie-2 in 38 patients with AMI were measured on admission (day 1), day 2, day 3 and day 7 after onset of chest pain and 41 healthy controls by ELISA and OPC-IE in parallel. Median level of sTie-2 increased significantly in the AMI patients when compared with the controls. Statistics showed there was a significant correlation in sTie-2 results between the two methods (r=0.923, P0.01). The result of this study showed that the level of sTie-2 increased in AMI, and OPC-IE assay was a fast, reliable, and convenient technique to measure sTie-2 in serum.

Panpinan egindako bihotz-biriketako berpizte maniobran bularra bere onera bueltatzearen analisia

[EU]Dokumentu honek "Panpinan Egindako Bihotz-Biriketako Berpizte Maniobran Bularra Bere Onera Bueltatzearen Analisia" izena duen Gradu Amaierako Lanaren memoria eta eranskinak biltzen ditu. Bertan, lan horren bitartez lorturiko helburuak, horiek nola lortu diren eta burutu ahal izateko egin beharreko pausuak aurkezten dira. Bihotz-biriketako berpizterako berrelikadura gailuek berpizte maniobren kalitateari buruzko informazioa momentuan ematen dute. Proiektua berrelikadurarako laguntza gailuen parametroen kalitatea hobetzeko ikerlan bat egitera bideratuta dago, zehazki bularra bere onera bueltatzen den jakiteko metodoen azterketan sakontzen duelarik interesa duelarik. Alde batetik, benetako sakoneraren kalkulu zehatzari buruzko ikerketa bat egiten da, horretarako aukera ezberdinak aztertuz, metodo desberdinen analisia eginez. Bestetik, berrelikaduran zehar bularra bere onera bueltatzen den ohartarazteko (esate baterako, alarma sistema baten bitartez) parametroan egiten da ikerketa, horretarako indar sentsore gehigarri bat erabiliz.

Bihotz-biriketako berpizte masajeak EKG-an eta bular-inpedantzian eragindako interferentziaren azterketa

[EU]Proiektu honetan bihotz-biriketako berpizte masajearen bular-sakadek elektrokardiograman eta bular-inpedantziaren seinaleetan eragindako interferentziaren azterketa egiten da. Helburu nagusia bi interferentzia hauen arteko erlazioa aztertzea da, horretarako tresna garatuz. Erlazio hau definitzeak interferentziaren eragina txikitzeko modua aurkitzen lagunduko luke, eta honek berpizteko aukerak handituko lituzke. Proiektua gauzatzeko ospitalez kanpoko geldialdien erregistro multzo batetik abiatuta datu-base propioa garatu da ezarritako irizpide batzuk jarraituz. Datu-base berri hau 37 pazienteren 237 mozketak osatzen dute, 10 segundotako luzera minimoarekin non pazienteek asistolia bitarteko kanpoko bular masajea jasotzen duten. Bestalde, interferentzia ezaugarritzeko interfaze grafiko bat garatu da, elektrokardiograma eta bular-inpedantziaren seinaleak denboran eta maiztasunean erakutsi eta hauen parametro esanguratsuak automatikoki zein eskuz ateratzeko aukera ematen duena. Parametroak seinaleen sakada bakoitzeko maximo eta minimoak, beraien kokapenak eta oinarrizko maiztasuna, bere harmonikoak eta hauen anplitudeak dira. Tresna hau erabiliz aipatutako datu-baseko episodioen prozesaketa egin da. Bukatzeko, lortutako emaitzak tratatzeko bigarren interfaze grafiko bat garatu da, non emaitzen banaketa estatistikoa eta hauen arteko erlazio lineala aztertzen diren. Proiektuaren ekarpen nagusia, beraz, bihotz-biriketako berpizte masajeak eragindako interferentzia aztertzeko tresna ahaltsuaren garapena da, jatorri desberdineko bestelako berpizte episodioak aztertzeko ere balio duena.

Plataforma de investigación en el ámbito de la resucitación cardio-pulmonar basada en un maniquí de entrenamiento sensorizado

[ES]Hoy en día las muertes por parada cardiorrespiratoria superan en número a otras más mediáticas como aquellas que se producen por incendios o en accidentes de tráfico, y sin embargo su repercusión es mucho menor. Este hecho debe ser motivo de preocupación ya que, con una correcta formación de la población en materia de resucitación cardíaca, muchas de estas muertes podrían ser evitadas. Con el objetivo de reducir estas estadísticas han surgido multitud de estudios y proyectos de investigación consistentes en tratar de mejorar las herramientas disponibles tanto para personal sanitario como no sanitario. En este marco se encuadra el proyecto presentado en este documento, consistente en la sensorización de un maniquí de entrenamiento para episodios de parada cardiorrespiratoria, el cual ofrecerá la posibilidad de analizar con detalle el artifact o interferencia generada por el rescatador sobre el paciente en el momento de efectuar la maniobra de resucitación, así como la interferencia causada por el contacto electrodo-piel. Paralelamente podrá ser utilizado como mero instrumento de entrenamiento para posibles situaciones reales. El porqué de la utilización de este tipo de maniquíes reside principalmente en la imposibilidad de emplear personas debido a las posibles lesiones torácicas que pueden ocurrir por las compresiones realizadas. Finalmente debe citarse el hecho de que no es imprescindible tener conocimientos médicos para poder aplicar las técnicas básicas de resucitación cardíaca, acción que incrementa las posibilidades de supervivencia de un paciente de manera excepcional, ya que cada minuto que pasa desde la parada cardiorrespiratoria la probabilidad de supervivencia disminuye en un porcentaje significativamente elevado. Tomando como base lo descrito hasta ahora, en este documento se detalla la solución técnica de la sensorización de un maniquí genérico para la adquisición de las señales de fuerza de compresión, aceleración sufrida por el pecho en tres ejes ortogonales, profundidad de compresión, impedancia entre los dos electrodos colocados sobre el pecho del paciente y señal electrocardiográfica emitida por el corazón; además, se incluye la posibilidad de inyectar una señal electrocardiográfica previamente grabada. La base de registros obtenida de estos ensayos podrá ser utilizada posteriormente para su análisis, ya que su similitud con señales extraídas en un caso real es máxima.

Diseño del blindaje de una sala de radiografía.

[ES]Este trabajo trata sobre el diseño del blindaje de una sala de rayos X. Concretamente se ha centrado en el procedimiento para diseñar el blindaje de una sala de radiografías del tórax. Para ello, se ha tomado como punto de partida una posible sala de radiografía de un centro sanitario y se le han aplicado a este caso las pautas que se deben seguir a la hora de hacer estos cálculos con el objetivo de reducir las dosis de radiación recibidas por el personal de operación y asegurar el bienestar del paciente y de los trabajadores Primero y todo para situar en el tema expuesto se ha descrito el contexto, donde se hace un breve resumen del desarrollo que han tenido los rayos X en el ámbito de la medicina. A continuación en el apartado de alcance se han explicado los campos que se van a abarcar en este proyecto. Por último y para acabar la introducción se han escrito lo beneficios del proyecto y su importancia. Para empezar el proyecto se ha presentado la sala de radiografía torácica tomada como ejemplo y se le han hecho los cálculos pertinentes a sus paredes, puertas y ventanas. A continuación se ha expuesto el aspecto económico y de la distribución y para ello se ha realizado un presupuesto y el diagrama de Gantt. Por último se han escrito unas conclusiones generales sobre todo el proyecto.

Diseño y evaluación de métodos de supresión del artefacto causado en el ECG por las compresiones torácicas proporcionadas por el dispositivo mecánico LUCAS.

[Es]En este proyecto se analizan el diseño y la evaluación de dos métodos para la supresión de la interferencia generada por las compresiones torácicas proporcionadas por el dispositivo mecánico LUCAS, en el electrocardiograma (ECG) durante el masaje de resucitación cardiopulmonar. El objetivo es encontrar un método que elimine el artefacto generado en el ECG de una manera efectiva, que permita el diagnóstico fiable del ritmo cardiaco. Encontrar un método eficaz sería de gran ayuda para no tener que interrumpir el masaje de resucitación para el análisis correcto del ritmo cardiaco, lo que supondría un aumento en las probabilidades de resucitación. Para llevar a cabo el proyecto se ha generado una base de datos propia partiendo de registros de paradas cardiorrespiratorias extra-hospitalarias. Esta nueva base de datos contiene 410 cortes correspondientes a 86 pacientes, siendo todos los episodios de 30 segundos de duración y durante los cuales el paciente, recibe masaje cardiaco. Por otro lado, se ha desarrollado una interfaz gráfica para caracterizar los métodos de supresión del artefacto. Esta, muestra las señales del ECG, de impedancia torácica y del ECG tras eliminar el artefacto en tiempo. Mediante esta herramienta se han procesado los registros aplicando un filtro adaptativo y un filtro de coeficientes constantes. La evaluación de los métodos se ha realizado en base a la sensibilidad y especificidad del algoritmo de clasificación de ritmos con las señales ECG filtradas. La mayor aportación del proyecto, por tanto, es el desarrollo de una potente herramienta eficaz para evaluar métodos de supresión del artefacto causado en el ECG por las compresiones torácicas al realizar el masaje de resucitación cardiopulmonar, y su posterior diagnóstico. Un instrumento que puede ser implementado para analizar episodios de resucitación de cualquier tipo de procedencia y capaz de integrar nuevos métodos de supresión del artefacto.

Aireztapenen maiztasunaren neurketa bihotz biriketako berpiztean kapnografia erabiliz.

[EN]Hyperventilation, which is common both in-hospital and out-of-hospital cardiac arrest, decreases coronary and cerebral perfusion contributing to poorer survival rates in both animals and humans. Current resucitation guidelines recommend continuous monitoring of exhaled carbon dioxide (CO2) during cardiopulmonary resucitation (CPR) and emphasize good quality of CPR, including ventilations at 8-10 min1. Most of commercial monitors/de- brilators incorporate methods to compute the respiratory rate based on capnography since it shows uctuations caused by ventilations. Chest compressions may induce artifacts in this signal making the calculation of the respiratory rate di cult. Nevertheless, the accuracy of these methods during CPR has not been documented yet. The aim of this project is to analyze whether the capnogram is reliable to compute ventilation rate during CPR. A total of 91 episodes, 63 out-of-hospital cardiac arrest episodes ( rst database) and 28 in-hospital cardiac arrest episodes (second database) were used to develop an algorithm to detect ventilations in the capnogram, and the nal aim is to provide an accurate ventilation rate for feedback purposes during CPR. Two graphic user interfaces were developed to make the analysis easier and another two were adapted to carry out this project. The use of this interfaces facilitates the managment of the databases and the calculation of the algorithm accuracy. In the rst database, as gold standard every ventilation was marked by visual inspection of both the impedance, which shows uctuations with every ventilation, and the capnography signal. In the second database, volume of the respiratory ow signal was used as gold standard to mark ventilation instants since it is not a ected by chest compressions. The capnogram was preprocessed to remove high frequency noise, and the rst di erence was computed to de ne the onset of inspiration and expiration. Then, morphological features were extracted and a decission algorithm built based on the extracted features to detect ventilation instants. Finally, ventilation rate was calculated using the detected instants of ventilation. According to the results obtained in this project, the capnogram can be reliably used to give feedback ventilation rate, and therefore, on hyperventilation in a resucitation scenario.

Nuevos métodos de cálculo de la profundidad de las compresiones torácicas a partir de la señal de aceleración.

[EN]These feedback devices are used to improve the quality of chest compressions while performing CPR technique, as they provide real time information to guide the rescuer during resuscitation attempts. Most feedback systems on the market are based on accelerometers and additional sensors or reference signals, used for calculating the displacement of the chest from the acceleration signal. This makes them expensive and complex devices. With the aim of optimizing these feedback systems and overcoming their limitations, in this document we propose three alternative methods for calculating the depth of chest compressions. These methods differ from the ones existing so far in that they use exclusively the chest acceleration signal to compute the displacement. With their implementation, it would be possible to develop systems to provide accurate feedback more easily and economically. In this context, this document details the design and implementation of the three methods and the development of a software environment to analyze the accuracy of each of them and compare the results by means of a detailed calculation of errors. Furthermore, in order to evaluate the methods a database is required, and it can be compiled using a sensorized manikin to record the acceleration signal and the gold standard chest compression depth. The database generated will be used for other studies related to the estimation of the compression depth, because the signals obtained in the manikin platform are very similar to those recorded during a real resuscitation episode.

Sistema para la detección automática de pulso y respiración en la señal de aceleración.

ES]El proyecto descrito en este documento consiste en la investigación sobre la viabilidad de detección automática de pulso y respiración a partir de la señal de aceleración, medida mediante un acelerómetro posicionado bien en la carótida o en el pecho del paciente. El motivo de la utilización de la aceleración está principalmente en el bajo costo y por la tecnología sencilla de los acelerómetros. En este documento se explica cómo se ha montado una plataforma para la adquisición de las señales de aceleración y el electrocardiograma emitido por el corazón, en sujetos sanos. Con la base de señales adquirida se ha diseñado un método basado en el dominio de la frecuencia para detectar la presencia de pulso y respiración. Los resultados son prometedores y confirman la posibilidad de desarrollar estos detectores. Las herramientas desarrolladas podrán ser utilizadas para análisis futuros y para seguir avanzando en este estudio.

Estudio de la precisión en el cálculo de la profundidad del pecho a partir de la eceleración durante la reanimación cardiopulmonar realizada en un tren en movimiento.

[Es]Las guías de resucitación recomiendan el uso de dispositivos de feedback para mejorar la calidad de las compresiones torácicas. Estos sistemas calculan la profundidad y frecuencia de las compresiones torácicas e informan al rescatador para que, si es necesario, éste corrija su maniobra para ajustarse a los valores recomendados por las guías. La mayoría de estos dispositivos integran la aceleración dos veces para estimar la profundidad de compresión. Sin embargo, cuando la reanimación cardiopulmonar se realiza en vehículos en movimiento, como por ejemplo un tren de larga distancia, los sistemas que utilizan la señal de aceleración pueden verse afectados por las aceleraciones generadas por el propio tren. En este trabajo se estudia la precisión en el cálculo de la profundidad del pecho, a partir de la señal de aceleración, cuando la reanimación cardiopulmonar es realizada en un tren en movimiento. Este análisis permitirá determinar si los sistemas de feedback basados en la aceleración son aptos para ser utilizados en un tren de larga distancia.

Análisis de la interferencia inducida en el electrocardiograma y señal de impedancia por compresiones torácicas sobre un maniquí.

[EN]This paper presents a project within that research field. The project consists on the development of an experimental environment comprised by a sensorized practice manikin and a management software system. Manikin model allows the simulation of cardiac arrest episodes on laboratory settings. The management software system adds the capacity to compute and analyze the characteristics of the artifact induced on the electrocardiogram and the thoracic impedance signals by chest compressions during cardiopulmonary resuscitation due to variations of the electrode-skin interface. The main reason for choosing this kind of model is the impossibility to use real people because of the risk of thoracic injuries during chest compression. Moreover, this platform could be used for training in reanimation techniques for real situations. Even laypeople with minimal training can perform cardiopulmonary resuscitation. This can reduce the response time to an emergency while the healthcare personnel arrives, which is key to improve outcomes, since with every minute the chances of survival decrease approximately 10%. It is not necessary to have medical knowledge to perform cardiopulmonary resuscitation, which could increase chances of survival for a patient with an early reanimation since In this context, this paper details the technique solution for the manikin sensorisation to acquire the electrocardiogram, the impedance signal measured between the defibrillation pads placed on the patient’s chest, the compression depth, the compression force and the acceleration experienced by the chest in the three orthogonal axes. Moreover, it is possible to inject a previously recorded electrocardiogram signal.