Standardizing Radiation Exposure during Cardiac Catheterization in Children with Congenital Heart Disease: Data from a Multicenter Brazilian Registry.

BACKGROUND: In recent years the increasing number of interventional procedures has resulted in growing concerns regarding radiation exposure for patients and staff. The evaluation of radiation exposure in children is difficult due to the great variability in body weight. Therefore, reference levels of radiation are not well defined for this population.
OBJECTIVES: To study and validate the ratio of dose-area product (DAP) to patient weight as a reference measurement of radiation for hemodynamic congenital heart disease procedures in children.
METHODS: This observational multicenter study uses data obtained from a Brazilian registry of cardiac catheterization for congenital heart disease from March 2013 to June 2014. Inclusion criteria were all patients aged <18 years old undergoing hemodynamic procedures for congenital heart disease, with recorded DAP doses. P-value < 0.05 was considered as statistically significant.
RESULTS: This study evaluated 429 patients with median age and weight of 50 (10, 103) months and 15 (7, 28) kg, respectively. Median DAP was 742.2 (288.8, 1,791.5) μGy.m2. There was a good correlation between DAP and weight-fluoroscopic time product(rs=0.66). No statistically significant difference was observed in DAP/weight ratio between therapeutic and diagnostic procedures. There was a wide variation in the DAP/weight ratio among the therapeutic procedures (p<0.001).
CONCLUSIONS: The DAP/weight ratio is the simplest and most applicable measurement to evaluate radiation exposure in a pediatric population. Although there is limited literature available, the doses obtained in the present study were similar to those previously found. Ongoing research is important to evaluate the impact of strategies to reduce radiation exposure in this population (Arq Bras Cardiol. 2020; [online].ahead print, PP.0-0).

Introdução

Nos últimos 20 anos, o cateterismo cardíaco não só foi utilizado como exame diagnóstico de cardiopatias congênitas, mas também desempenhou um papel importante nos tratamentos paliativo e definitivo de mais de 50% dos pacientes com cardiopatias congênitas.[1] Nesse período, a complexidade, a duração e o número de procedimentos percutâneos aumentaram, além de um consequente aumento da exposição dos pacientes à radiação ionizante.[2 - 4]

As crianças são altamente sensíveis à radiação ionizante, devido à maior proporção de células em divisão ativa e à grande fração da área corporal exposta.[2] Assim, existe uma grande preocupação com os efeitos cumulativos, particularmente o alto risco de malignidade causado por danos cromossômicos a longo prazo, com relatos demonstrando que crianças são até dez vezes mais suscetíveis ao desenvolvimento de câncer por exposição à radiação do que adultos.[5 , 6] Além disso, a dose de radiação efetiva é maior para crianças, resultando em uma dose de radiação mais alta para os órgãos vizinhos quando uma área de interesse está sendo avaliada.

Há poucos estudos sobre doses de radiação emitidas durante intervenções em crianças com cardiopatia congênita.[3 , 7] Para obter redução da dose de radiação, é essencial estabelecer doses de referência que permitam comparações entre procedimentos.[4] No entanto, é difícil avaliar a exposição à radiação em uma população pediátrica devido às diferenças nas complexidades dos procedimentos, idade e peso dos pacientes, bem como nos tipos de equipamentos utilizados.[8] Além disso, o cálculo da dose efetiva estimada de radiação é complexo. Atualmente, a dose total de radiação (kerma no ar total) e o produto dose-área total ( dose-area product – DAP), que é a melhor forma de estimar os efeitos estocásticos (efeitos de radiação a longo prazo e risco de malignidade) e efeitos cumulativos da exposição, são utilizados como indicadores de uma dose cumulativa de radiação na pele.

Recentemente, Chida et al.[2] e Kobayashi et al.[8] observaram correlação entre DAP e peso como referência de dose de radiação em crianças. Eles concluíram que a dose de radiação tende a variar proporcionalmente ao tamanho do paciente. Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivo avaliar a razão DAP/peso como referência de exposição a radiação em procedimentos de cateterismo cardíaco pediátrico realizados no Brasil.

Materiais e Métodos

Desenho e População do Estudo

Trata-se de um estudo observacional transversal em que pacientes com <18 anos de idade e participantes do registro de Intervenção e Angiografia de Cardiopatias Congênitas ( Congenital Heart Disease Intervention and Angiography – CHAIN), um registro brasileiro de cateterismo cardíaco para cardiopatia congênita, foram avaliados após um diagnóstico ou procedimento de intervenção entre 5 de março de 2013 e 30 de junho de 2014.

O registro CHAIN é um estudo prospectivo nacional multicêntrico, coordenado pelo Instituto de Ensino e Pesquisa do Hospital do Coração, em conjunto com o Ministério da Saúde e a Sociedade Brasileira de Hemodinâmica e Cardiologia Intervencionista. O principal objetivo foi reunir dados prospectivos e criar um registro nacional de cateterismo de pacientes com cardiopatias congênitas, além de propor uma análise abrangente da situação atual e elaborar medidas efetivas de ação para a saúde pública no Brasil.

Pacientes submetidos a procedimentos eletrofisiológicos ou aqueles em que o acesso vascular foi obtido por meio de procedimentos híbridos foram excluídos do estudo. Pacientes submetidos a mais de um cateterismo em datas diferentes foram considerados pacientes distintos em cada procedimento e incluídos nas estatísticas gerais, bem como no grupo de cada procedimento específico. Os pacientes submetidos a mais de uma intervenção utilizando o mesmo procedimento foram classificados de acordo com o procedimento mais complexo.

Variáveis Analisadas

Características demográficas dos pacientes, como idade, sexo, peso, superfície corporal, tipo de cardiopatia e lesões residuais, foram obtidas através do registro CHAIN, além de dados referentes ao procedimento hemodinâmico realizado, incluindo tempo fluoroscópico e dose de exposição à radiação. O DAP, que representa a dose de radiação medida no ar em relação à distância do tubo de raios-X multiplicada pela área do feixe de raios-X a essa distância, foi expresso em μGy.m2. As medidas de radiação expressas em unidades de Gy.cm2, cGy.cm2 e mGy.cm2 foram convertidas e registradas em μGy.m2. Além disso, a razão DAP/peso (μGy.m2/kg) foi analisada entre as categorias de cateterismo para possíveis comparações e padronização das doses de radiação. Procedimentos sem dados relacionados à dose de radiação, ou dose de radiação registrada em diferentes unidades, foram excluídos do estudo.

Os procedimentos de cateterismo terapêutico foram divididos em 10 categorias. A exposição à radiação foi avaliada após a categorização dos pacientes em subgrupos de idade (<1 ano; 1 a 4 anos; 5 a 9 anos; 10 a 14 anos; ≥ 15 anos) e peso (até 7 kg; até 15 kg; até 28 kg; > 28 kg). Os dados referentes a: DAP, razão DAP/peso, idade, peso, tempo fluoroscópico e produto peso-fluoroscópico não eram normalmente distribuídos e, portanto, eram descritos como medianas (intervalo interquartil).

Análise Estatística

Todos os dados foram analisados usando o SPSS (IBM, SPSS Statistics , Versão 22.0. Armonk, NY: IBM Corp).

O método Kolmogorov Smirnov foi o teste estatístico utilizado para verificar a normalidade dos dados. As variáveis contínuas não apresentaram distribuição normal após a aplicação do teste de Kolmogorov-Smirnov. As variáveis quantitativas não normalmente distribuídas são apresentadas como medianas (intervalo interquartil). As variáveis categóricas são apresentadas como frequências absolutas (n). As associações entre variáveis contínuas foram avaliadas pelo teste do coeficiente de correlação de Spearman (rs). A relação entre variáveis quantitativas contínuas não paramétricas e duas variáveis categóricas foi avaliada pelo teste U de Mann-Whitney. A relação entre variável quantitativa contínua não paramétrica e mais de duas variáveis categóricas foi avaliada pelo teste de Kruskal-Wallis. O valor de p < 0,05 foi considerado estatisticamente significante.

Resultados

A análise incluiu um total de 1.311 pacientes com idade <18 anos de 16 centros participantes do estudo CHAIN. Entre esses, 206 pacientes não tinham registro de doses de radiação e foram excluídos. Dos 1.026 pacientes restantes com doses registradas de radiação, 597 foram excluídos porque suas doses não foram registradas como DAP. Isso resultou em um total de 429 pacientes participantes (56,4% do sexo masculino) de seis centros. Após a aplicação desses critérios de exclusão, três dos seis centros contribuíram com 90% dos dados dos pacientes.

Os dados demográficos e as características da população e grupos de procedimentos estão descritos na Tabela 1 .

Tabela 1

– Dados demográficos e características dos procedimentos

		Procedimentos diagnósticos	Procedimentos intervencionistas	p
Pacientes	429	151	278
Idade (meses)	50,1 (10, 102,9)	38,8 (13,6, 104,5)	53 (9,2, 102,6)	0,892
Peso (kg)	15 (7,2, 28)	12 (7,2, 27)	16 (7,1, 29,5)	0,466
Tempo de procedimento (min)	40 (27,5, 57)	35 (25, 50)	45 (30, 60)	0,000
Tempo fluoroscópico (min)	9 (5, 15)	8 (4, 13)	9 (5,7, 16)	0,003
Peso x tempo fluoroscópico (kg.min)	114 (54,5, 250)	90 (45, 224)	128 (60, 277)	0,006
DAP (uGy. m2)	742 (288,8, 1.791,8)	715,2 (230, 1.534,9)	751,5 (315,4, 2.095,2)	0,14
DAP/peso (uGy.m2/kg)	57,2 (28, 124,9)	57 (23,3, 110,5)	57 (30,5, 139,5)	0,137

Os resultados são descritos em medianas e intervalo interquartil (percentil 25, 75). DAP: produto dose-área. Significância estatística quando p ≤ 0,05.

O DAP mediano na população estudada foi de 742,2 (288,8, 1.791,5) μGy.m2. Os procedimentos intervencionistas apresentaram DAP mediano mais alto que os procedimentos de diagnóstico: 751 (315, 2.095) versus 715 (230, 1.535) μGy.m2, respectivamente. Não foram observadas diferenças na razão DAP/peso entre os procedimentos diagnóstico e terapêutico: 57 (23, 110) versus 57 (30, 139), respectivamente.

Verificou-se que o DAP apresenta uma boa correlação com o produto do tempo peso-fluoroscópico (rs = 0,66), e esse padrão de correlação também foi observado quando os procedimentos diagnósticos e terapêuticos foram analisados separadamente (rs = 0,56 e rs = 0,72, respectivamente) ( Figuras 1 e 2 ). Pacientes categorizados em subgrupos de peso demonstraram doses mais altas de radiação (DAP) em procedimentos terapêuticos do que em diagnósticos (p = 0,001). Quando os pacientes foram categorizados em subgrupos etários, observou-se diferença significativa nas doses de radiação entre procedimentos diagnósticos e terapêuticos, mas apenas em pacientes com idade > 15 anos (p = 0,004; Tabela 2 ).

Figura 1

– Gráfico de dispersão mostra a relação entre produto dose-área (DAP) e peso-produto tempo fluoroscópico em pacientes pediátricos submetidos a cateterismo cardíaco diagnóstico (r = 0,75).

Figura 2

– O gráfico de dispersão mostra a relação entre o produto dose-área (DAP) e o produto tempo fluoroscópico-peso em pacientes pediátricos submetidos a cateterismo cardíaco terapêutico (r = 0,74).

Tabela 2

– Produto dose-área (DAP; uGy.m2) dos cateterismos diagnósticos e terapêuticos estratificados por faixas etárias

	Tipo de cateterismo
Faixa etária	Diagnóstico	Terapêutico	p
< 1 ano	n= 36 303,8 (172; 754)	n=78 250,7 (138,6; 570,7)	0,25
1-4 anos	n= 50 524,8 (194,3; 1.038,7)	n=73 602,7 (409,5; 1.329,3)	0,06
5-9 anos	n=75 1.340 (428,9; 2.175,9)	n=71 1.189,7 (491,7; 2.125,4)	0,82
10-14 anos	n= 119 1.739,6 (773,7; 4.524,5)	n=38 2.765 (1.385,3; 8.399,4)	0,08
> 15 anos	n= 11 2.182,2 (295,1; 3.735,7)	n= 18 11.723,5 (5.493,5; 28.357,2)	0,004

Valores de DAP descritos em medianas e intervalos interquartis (percentil 25, 75). n: número absoluto de pacientes. Significância estatística quando p ≤ 0,05.

A Tabela 3 destaca os diferentes procedimentos, tempos fluoroscópicos e as proporções correspondentes de DAP/peso. As maiores razões de DAP/peso foram observadas para implante valvar pulmonar percutâneo (Melody), fechamento de defeitos do septo ventricular (DSV) e angioplastia com balão ou stent na via de saída do ventrículo direito (VSVD) ou artéria pulmonar (PA), com médias de 273,8, 169,2 e 155,9, respectivamente. Além disso, houve uma diferença significativa entre os subgrupos do procedimento de intervenção e as proporções DAP/peso (p<0,001).

Tabela 3

– Tempo fluoroscópico e produto dose-área normalizado indexado ao peso corporal (DAP/peso; uGy.m2/kg) estratificados por tipos de procedimentos

	Pacientes	%	Tempo fluoroscópico	DAP/peso (uGy.m2/kg)
Diagnóstico	151	37,3	8 (4; 13)	57,2 (23; 110,5)
Valvoplastia pulmonar	44	10,9	10 (7; 15)	51,8 (35; 93)
Valvoplastia aórtica	20	4,9	9 (7; 13)	59,8 (29,1; 125,9)
Oclusão de PDA	56	13,8	6 (5; 9)	41,9 (27,6; 71,4)
Fechamento do dispositivo DSA/FOP	52	12,8	5 (4; 7,7)	25,5 (13,5; 36,2)
Fechamento do dispositivo DSV	6	1,5	20 (10; 44)	170 (71,4; 513,4)
Angioplastia ou stent VSVD/AP	35	8,6	17 (11; 27)	155,9 (75,9; 224,5)
Angioplastia aórtica / Stent aórtico	32	7,9	11 (6; 16,7)	98,2 (42; 206,6)
Stent PDA	6	1,5	9 (8,5; 15,5)	77,2 (58; 126,6)
Implante de válvula Melody	3	0,7	36 (p25 = 34)	273,8 (p25 = 41,9)

Tempo de fluoroscopia e valores de DAP descritos em medianas e intervalos interquartis (percentil 25, 75) n = número absoluto de pacientes. Significância estatística quando p ≤ 0,05. PDA: ducto arterioso patente; DAS: defeitos do septo atrial; FOP: forame oval patente; DSV: defeito do septo ventricular; VSVD: via de saída do ventrículo direito; AP: artéria pulmonar.

Discussão

Nos últimos anos, a complexidade e o número de procedimentos transcateter aumentaram.[4] Assim, métodos para proteger pacientes e funcionários da exposição cumulativa à radiação ionizante e seus potenciais efeitos são importantes e, portanto, o estabelecimento de dados de referência é crucial.[8] Atualmente, as principais limitações para estabelecer valores de referência com procedimentos intervencionistas para cardiopatias congênitas são a falta de padronização das unidades de dosagem e medida[9] e a existência de uma ampla variedade de procedimentos e complexidades, variações de peso e idade, tipos de equipamentos e habilidades médicas. Todos esses fatores contribuem para uma grande heterogeneidade, o que dificulta comparações.[4 , 8] O Food and Drug Administration e a Organização Mundial da Saúde recomendam o registro do DAP e o cálculo de doses efetivas para todos os pacientes submetidos a procedimentos que utilizam radiação.[10] Com base nessa proposta, avaliaram-se neste momento 429 pacientes com idade <18 anos e registrados no estudo CHAIN. Embora relativamente menor que o número de pacientes relatados em estudos anteriores,[4 , 7 , 8 , 11 , 12] os resultados da presente análise revelam o potencial do uso da razão DAP/peso como referência para comparação.

A ausência de diferença estatística no DAP entre os procedimentos diagnósticos e terapêuticos no presente estudo pode ser explicada pelos recentes avanços nos procedimentos intervencionistas de baixa complexidade, como o fechamento percutâneo de defeitos do septo atrial (DSA), forame oval patente (PFO), e ducto arterioso patente ( Patent ductus arteriosus – PDA), além da valvoplastia pulmonar, que utiliza doses de radiação relativamente baixas. Além disso, os procedimentos de diagnóstico geralmente envolvem pacientes com doenças cardíacas complexas sem um diagnóstico definido, exigindo alto tempo de fluoroscopia.

Durante a análise do cateterismo diagnóstico e terapêutico, observou-se que o DAP aumentou à medida que a idade aumentou. Quando os dois procedimentos foram comparados com os subgrupos etários, não foram observadas diferenças estatísticas, exceto no grupo com idade > 15 anos, em que a dose de radiação foi significativamente maior nos procedimentos terapêuticos, semelhante ao relatado por Ubeda et al.[13] Isso provavelmente foi resultado do maior número de procedimentos complexos, como implante valvar percutâneo e angioplastia em pacientes mais velhos.

Os principais procedimentos intervencionistas analisados no presente estudo tiveram medianas de dose comparáveis às relatadas em estudos recentes[3 - 8 , 11 , 13 , 14] ( ), principalmente quando os valores foram comparados pela razão DAP/peso, que padroniza valores crescentes de DAP relacionado às diferenças de peso no mesmo procedimento. A variação da razão DAP/peso entre os diferentes tipos de cateterismo intervencionista foi estatisticamente significante, como demonstrado em outros estudos.[2 , 8 , 11 , 12 , 14] As maiores doses de radiação foram observadas em implantes valvares pulmonares percutâneos (Melody), fechamento de DSV e angioplastias com balão ou stent em VSVD ou AP, como relatado anteriormente.[8 , 11] As medianas da razão DAP/peso em valvoplastias pulmonares, fechamento de DSV e angioplastias com balão ou stent de VSVD ou AP foram semelhantes às obtidas por Kobayashi e Borik et al.[8 , 11]

Em muitos procedimentos no presente estudo, as medianas do DAP foram inferiores às observadas em estudos anteriores.[3 , 4 , 15] Glatz et al.[15] avaliaram 2.265 pacientes em um estudo de centro único e obtiveram um DAP mediano significativamente maior que na maioria dos procedimentos estudados, mas o estudo incluiu adultos e pacientes com peso > 65 kg (máximo, 128 kg). Por outro lado, o estudo CHAIN apresentou um peso mediano de 21 kg. O único procedimento relatado por Glatz et al. com uma dose menor que a do presente estudo foi a aortoplastia com balão/ stent (DAP de 484 versus 1,904 μGy.m[2] , respectivamente). Ghelani et al. publicaram um estudo realizado de 2009 a 2011 com 2.713 pacientes nos quais o DAP de alguns procedimentos intervencionistas foi avaliado. As medianas relatadas do DAP foram superiores às de outros estudos, incluindo o estudo CHAIN. Esses resultados também podem ser parcialmente justificados pela inclusão de pacientes com idade > 15 anos e adultos, representando aproximadamente 20% da população avaliada. No entanto, neste estudo, a relação DAP/Kg não foi avaliada. Todos esses dados corroboram o conceito de que o uso da razão DAP/peso é uma medida racional para padronizar a avaliação da dose de radiação em uma população pediátrica heterogênea. De acordo com essa linha de pensamento, Cevallos et al publicaram recentemente novos parâmetros de referência para dosagem de radiação na população pediátrica. Diferentemente do estudo anterior do mesmo grupo[4] , eles avaliaram o DAP/kg estratificado por faixas etárias e tipos de procedimentos, o que permite a comparação com a literatura atual.[12] Este estudo foi realizado após os esforços de melhoria da qualidade da radiação (MQ) nos diferentes centros envolvidos. Curiosamente, as doses médias encontradas por nosso grupo no presente foram muito semelhantes às relatadas por Cevallos et al. após um programa de MQ ( Tabela 4 ).

Tabela 4

– Comparação de nossos dados estratificados por tipo de procedimentos, dados de radiação de procedimentos (CHAIN) com bancos de dados de doses de radiação publicados anteriormente

Procedimentos	Manica, 2018 (CHAIN)		Cevallos, 2017 (C3PO)		Borik, 2015		Kobayashi, 2014 (CCISC)		Onnasch, 2007
	n	a DAP/peso	n	b DAP/peso	n	a DAP/peso	n	c DAP/peso	n	c DAP/peso
Valvoplastia pulmonar	44	51,8 (34-92)	258	53 (104-335)	286	28 (1-345)	342	56 (152)	-	-
Valvoplastia aórtica	20	59,8 (29-126)	136	99 (165-383)	138	42 (8-211)	138	80 (127)	-	-
Oclusão de PDA	56	41,9 (27-71)	443	37 (72-217)	266	18 (4-251)	467	42 (71)	165	34,5 (37)
Fechamento do dispositivo DSA/FOP	52	25,5 (13-36)	295	34 (64-199)	345	21 (2-367)	568	41 (71)	259 / 21	41,9 (50)/ 23 (30)
Fechamento do dispositivo DSV	6	169,2 (71-513)	-	-	-	-	-	-	32	130 (175)
Angioplastia ou stent VSVD/AP	35	155,9 (76-224)	-	-	366	102 (8-910)	427	132 (222)	-	-
Angioplastia aórtica	32	98,2 (42-206)	288	90 (165-384)	120	43 (7-447)	182	66 (107)	-	-
Stent aórtico					52	80 (13-448)	112	90 (159)	-	-
Stent PDA	6	77,2 (58-126)	-	-	-	-	-	-	-	-
Implante de válvula Melody	3	273,8	199	257 (400-671)	38	191 (60-935)	88	186 (299)	-	-

DAP/peso: DAP indexado por peso corporal. Valores de DAP descritos em medianas e faixas interquartis:

A principal limitação do presente estudo foi a falta de dados de alguns centros participantes, provavelmente devido à ausência de padronização dos dados coletados. Como conseqüência, a amostra estudada foi menor e possivelmente menos heterogênea. Ao mesmo tempo, isso corrobora a hipótese de falta de padronização das medidas de exposição à radiação em populações pediátricas e demonstra que vários centros brasileiros ainda não relatam adequadamente a dose de radiação usada em seus procedimentos. Isso reforça a necessidade de conscientização das instituições em relação a um controle apropriado e a um programa de garantia de qualidade bem desenvolvido para segurança contra radiação. Além disso, em algumas análises o número de pacientes avaliados foi pequeno e portanto a análise estatística não foi possível, por como exemplo, no implante valvar pulmonar percutâneo. No entanto, as doses de radiação que esses pacientes receberam foram semelhantes às citadas na literatura.

Conclusão

A dose de radiação aumenta com a idade do paciente e a complexidade do procedimento. No presente estudo, as doses de radiação observadas foram semelhantes às de outros estudos relatados. As doses de radiação nesses procedimentos devem servir de referência para outras instituições para o controle apropriado da exposição à radiação de pacientes e funcionários.

A proporção DAP/peso parece ser a medida de radiação mais útil e aplicável para o estabelecimento de uma dose de referência para a população pediátrica, uma vez que permite a eliminação de categorias etárias e engloba o amplo espectro de tamanhos corporais. Dessa forma, novos estudos utilizando a razão DAP/peso são importantes para o desenvolvimento de doses de referência em procedimentos hemodinâmicos e para a avaliação de estratégias, visando reduzir a exposição à radiação de pacientes e funcionários.

Introduction

Over the last 20 years, cardiac catheterization has not only been used as a diagnostic examination for congenital heart diseases, but has also played an important role in palliative and definitive treatments of more than 50% of patients with congenital heart diseases.[1] During this period, the complexity, duration, and number of percutaneous procedures have increased, along with a consequent increase in the exposure of patients to ionizing radiation.[2 - 4]

Children are highly sensitive to ionizing radiation, due to their higher proportion of actively dividing cells and the large fraction of exposed body area.[2] Thus, there is a great concern about the cumulative effects, particularly the high risk of malignancy caused by long-term chromosomal damage, with reports demonstrating that children are up to ten times more susceptible to the development of cancer by radiation exposure than adults.[5 , 6] In addition, the effective radiation dose is higher for children, resulting in a higher radiation dose for surrounding organs when an area of interest is being assessed.

There are limited studies on radiation doses emitted during interventions in children with congenital heart disease.[3 , 7] To achieve a reduction in the radiation dose, it is essential to establish reference doses that allow comparisons between procedures.[4] However, it is difficult to evaluate the radiation exposure in a pediatric population due to the differences in the complexity of procedures, age and weight of the patients, as well as in the types of equipment used.[8] Moreover, the calculation of the estimated effective radiation dose is complex. Currently, the total radiation dose (total air kerma) and total dose-area product (DAP; air kerma-area product), which is a better estimator of stochastic (long-term radiation effects and risk of malignancy) and cumulative effects of exposure, are used as indicators of a cumulative radiation dose to the skin.

Recently, Chida et al.[2] and Kobayashi et al.[8] observed a correlation between DAP and weight as a reference radiation dose in children. They concluded that the radiation dose tends to vary proportionally to patient size. In this context, the present study aims to evaluate the DAP/weight ratio as a reference for radiation exposure in pediatric cardiac catheterization procedures performed in Brazil.

Materials and Methods

Study Design and Population

This is a cross-sectional observational study in which patients aged <18 years old and participating in the Congenital Heart Disease Intervention and Angiography (CHAIN) registry, a Brazilian registry of cardiac catheterization for congenital heart disease, were evaluated after undergoing a diagnostic or interventional procedure between March 5th, 2013 and June 30th, 2014.

The CHAIN registry is a national multicenter prospective study, coordinated by the Teaching and Research Institute of Hospital do Coração , together with the Ministry of Health and the Brazilian Society of Hemodynamics and Interventional Cardiology. The main objective was to gather prospective data and create a national registry of catheterization of patients with congenital heart diseases, as well as to propose a comprehensive analysis of the current status and devise effective action measures for public health in Brazil.

Patients who underwent electrophysiological procedures or those in whom vascular access was achieved using hybrid procedures were excluded from the study. Patients who underwent more than one catheterization on different dates were considered as distinct patients in each procedure and were included in the overall statistics as well as in the group of each specific procedure. Patients who underwent more than one intervention using the same procedure were classified according to the most complex procedure.

Analyzed Variables

Demographic characteristics of patients, such as age, gender, weight, body surface, type of heart disease, and residual lesions, were obtained from the CHAIN registry, in addition to data regarding the hemodynamic procedure performed, including fluoroscopic time and radiation exposure dose. DAP, which represents the radiation dose measured in the air in relation to the distance from the X-ray tube multiplied by the X-ray beam area at this distance, was expressed in μGy.m2. Radiation measurements expressed in units of Gy.cm2, cGy.cm2, and mGy.cm2were converted and recorded in μGy.m2. Moreover, the DAP/weight ratio (μGy.m2/kg) was analyzed among the catheterization categories for possible comparisons and standardization of radiation doses. Procedures lacking data related to radiation dose, or radiation dose recorded in different units, were excluded from the study.

Therapeutic catheterization procedures were divided into 10 categories. Radiation exposure was evaluated after the patients were categorized into age (<1 year; 1–4 years; 5–9 years; 10–14 years, and ≥15 years) and weight (up to7 kg; up to15 kg; up to 28 kg; >28 kg) subgroups. Data regarding DAP, DAP/weight ratio, age, weight, fluoroscopic time, and weight–fluoroscopic time product were not normally distributed, and were, therefore, described as medians (interquartile range).

Statistical Analysis

All data were analyzed using SPSS (IBM, SPSS Statistics, Version 22.0. Armonk, NY: IBM Corp).

The Kolmogorov Smirnov method was the statistical test used to verify the normality of the data. Continuous variables did not present normal distribution after the Kolmogorov-Smirnov test was applied. Non-normally distributed quantitative variables are presented as medians (interquartile range). Categorical variables are presented as absolute frequencies (n). Associations between continuous variables were evaluated using the Spearman correlation coefficient test (rs). The relationship between non-parametric continuous quantitative and two categorical variables were assessed using the Mann-Whitney U test. The relationship between non-parametric continuous quantitative and more than two categorical variables was assessed using the Kruskal-Wallis test. P-value < 0.05 was considered as statistically significant.

Results

A total of 1,311 patients aged <18 years old from 16 participating centers participating in the CHAIN study were included in the analysis. Among those, 206 patients had no records on radiation doses and were excluded. Of the remaining 1,026 patients with recorded radiation doses, 597 were excluded as their doses were not recorded as DAP. This resulted in a total of 429 participating patients (56.4% male) from six centers. After these exclusion criteria were applied, three out of the six centers contributed 90% of patient data.

Demographic data and the characteristics of the population and procedure groups are described in Table 1 .

Table 1

– Demographic data and characteristics of the procedures

		Diagnostic procedures	Interventional procedures	p
Patients	429	151	278
Age (months)	50.1 (10; 102.9)	38.8 (13.6; 104.5)	53 (9.2; 102.6)	0.892
Weight (kg)	15 (7.2; 28)	12 (7.2; 27)	16 (7.1; 29.5)	0.466
Procedure time (min)	40 (27.5; 57)	35 (25; 50)	45 (30; 60)	0.000
Fluoroscopic time (min)	9 (5; 15)	8 (4; 13)	9 (5.7; 16)	0.003
Weight x fluoroscopic time (kg.min)	114 (54.5; 250)	90 (45; 224)	128 (60; 277)	0.006
DAP (uGy. m2)	742 (288.8; 1,791.8)	715.2 (230; 1,534.9)	751.5 (315.4; 2,095.2)	0.14
DAP/weight (uGy.m2/kg)	57.2 (28; 124.9)	57 (23.3; 110.5)	57 (30.5; 139.5)	0.137

Results are described in medians and interquartile range (25

The median DAP in the studied population was 742.2 (288.8, 1,791.5) μGy.m2. Interventional procedures had higher median DAP than diagnostic ones: 751 (315, 2,095) versus 715 (230, 1,535) μGy.m2, respectively. No differences were observed in the DAP/weight ratio between diagnostic and therapeutic procedures: 57 (23, 110) versus 57 (30, 139) respectively.

DAP was found to have a good correlation with the weight–fluoroscopic time product (rs= 0.66), and this correlation pattern was also observed when diagnostic and therapeutic procedures were separately analyzed (rs= 0.56 and rs= 0.72, respectively) ( Figures 1 and 2 ). Patients categorized into weight subgroups demonstrated higher radiation doses (DAP) in therapeutic than in diagnostic procedures (p= 0.001). When patients were categorized into age subgroups, a significant difference in radiation doses was observed between diagnostic and therapeutic procedures, but only in patients aged >15 years (p=0.004; Table 2 ).

Figure 1

– Scatterplot shows relationship between dose–area product (DAP) and weight– fluoroscopic time product in pediatric patients who underwent diagnostic cardiac catheterization (r = 0.75).

Figure 2

– Scatterplot shows relationship between dose–area product (DAP) and weight– fluoroscopic time product in pediatric patients who underwent diagnostic cardiac catheterization (r = 0.75).

Table 2

– Dose-area product (DAP; uGy.m2) of diagnostic and therapeutic catheterizations stratified by age groups

	Type of Catheterization
Age group	Diagnostic	Therapeutic	p
< 1 year	n= 36 303.8 (172; 754)	n=78 250.7 (138.6; 570.7)	0.25
1-4 years	n= 50 524.8 (194.3; 1,038.7)	n=73 602.7 (409.5; 1,329.3)	0.06
5-9 years	n=75 1,340 (428.9; 2,175.9)	n=71 1,189.7 (491.7; 2,125.4)	0.82
10-14 years	n= 119 1,739.6 (773.7; 4,524.5)	n=38 2,765 (1,385.3; 8,399.4)	0.08
> 15 years	n= 11 2,182.2 (295.1; 3,735.7)	n= 18 11,723.5 (5,493.5; 28,357.2)	0.004

DAP values described in medians and interquartile ranges (25

Table 3 highlights the different procedures, fluoroscopic times, and corresponding DAP/weight ratios. The highest DAP/weight ratios were observed for percutaneous pulmonary valve implantation (Melody), closure of ventricular septal defects (VSD), and balloon or stent angioplasty in the right ventricular outflow tract (RVOT) or pulmonary artery (PA), with means of 273.8, 169.2, and 155.9, respectively. In addition, there was a significant difference between intervention procedure subgroups and DAP/weight ratios (p<0.001).

Table 3

– Fluoroscopic time and normalized dose–area product indexed to body weight(DAP/weight; uGy.m2/kg) stratified by procedure types

	Patients	%	Fluoroscopy time	DAP/weight (uGy.m2/kg)
Diagnostic	151	37.3	8 (4; 13)	57.2 (23; 110.5)
Pulmonary valvuloplasty	44	10.9	10 (7; 15)	51.8 (35; 93)
Aortic valvuloplasty	20	4.9	9 (7; 13)	59.8 (29.1; 125.9)
PDA occlusion	56	13.8	6 (5; 9)	41.9 (27.6; 71.4)
ASD/PFO device closure	52	12.8	5 (4; 7.7)	25.5 (13.5; 36.2)
VSD device closure	6	1.5	20 (10; 44)	170 (71.4; 513.4)
RVOT/PA angioplasty or stent	35	8.6	17 (11; 27)	155.9 (75.9; 224.5)
Aortic angioplasty/ Aortic stent	32	7.9	11 (6; 16.7)	98.2 (42; 206.6)
PDA Stent	6	1.5	9 (8.5; 15.5)	77.2 (58; 126.6)
Melody valve implant	3	0.7	36 (p25 = 34)	273.8 (p25 = 41.9)

Fluoroscopy time and DAP values described in medians and interquartile ranges (25

Discussion

In recent years, the complexity and number of transcatheter procedures have increased.[4] Thus, methods to protect patients and staff from cumulative exposure to ionizing radiation and its potential effects are important and, therefore, establishing reference data is crucial.[8] Currently, the major limitations for setting reference values with interventional procedures for congenital heart diseases are the lack of standardization of dosage and measurement units,[9] as well as the existence of a wide variety of procedures and complexities, weight and age variations, types of equipment and medical abilities. All these factors contribute to a great heterogeneity, which makes comparisons difficult.[4 , 8] The Food and Drug Administration and the World Health Organization recommend recording DAP and calculating effective doses for all patients undergoing procedures utilizing radiation.[10] Based on this proposal, a total of 429 patients aged <18 years and registered in the CHAIN study were evaluated in the present study. Although relatively smaller than the number of patients reported in previous studies,[4 , 7 , 8 , 11 , 12] the results from the present analysis reveal the potential of using the DAP/weight ratio as a reference for comparison.

The absence of a statistical difference in DAP between diagnostic and therapeutic procedures in the present study can be explained by recent advances in low-complexity interventional procedures, such as the percutaneous closure of atrial septal defects (ASD), patent foramen ovale (PFO), and patent arterial duct (PDA), in addition to pulmonary valvuloplasty, which use relatively low radiation doses. Furthermore, diagnostic procedures often involve patients with complex cardiac diseases without a defined diagnosis, requiring high fluoroscopy times.

During the analysis of diagnostic and therapeutic catheterization, it was observed that DAP increased as age increased. When the two procedures were compared with age subgroups, no statistical differences were observed, except in the group aged >15 years, in which the radiation dose was significantly higher in therapeutic procedures, similar to that reported by Ubedaet al.,[13] This was likely a result of a higher number of complex procedures, such as percutaneous valve implantation and angioplasty in older patients.

The main interventional procedures analyzed in the present study had dose medians comparable to those reported in recent studies[3 - 8 , 11 , 13 , 14] ( Table 3 ), particularly when values were compared using the DAP/weight ratio, which standardizes increasing values of DAP related to weight differences in the same procedure. The variation of the DAP/weight ratio between the different types of interventional catheterization was statistically significant, as demonstrated in other studies.[2 , 8 , 11 , 12 , 14] The highest doses of radiation were observed in percutaneous pulmonary valve implantations (Melody), closures of VSD, and balloon or stent angioplasties in RVOT or PA, as reported previously.[8 , 11] The medians of the DAP/weight ratio in pulmonary valvuloplasties, closures of VSD, and balloon or stent angioplasties of RVOT or PA were similar to those obtained by Kobayashi and Borik et al.,[8 , 11]

In many procedures in the present study, DAP medians were lower than those observed in previous studies.[3 , 4 , 15] Glatz et al.,[15] evaluated 2,265 patients in a single-center study and obtained a median DAP significantly higher than in most procedures studied, including adults and patients who weighed >65 kg (maximum, 128 kg). In contrast, the CHAIN study presented a median weight of 21 kg. The only procedure reported by Glatz et al. with a lower dose than those of the present study was the balloon/stent aortoplasty (DAP of 484 versus 1,904 μGy.m[2] , respectively). Ghelani et al. published a study conducted from 2009 to 2011 with 2,713 patients in which the DAP of some interventional procedures was evaluated. The reported DAP medians were higher than those of other studies, including the CHAIN study. These results can also be partially justified by the inclusion of patients aged >15 years and adults, representing approximately 20% of the evaluated population. However, in this study, DAP/Kg was not evaluated. All these data corroborate the concept that the use of the DAP/weight ratio is a rational measure to standardize the evaluation of radiation dose in a heterogeneous pediatric population. In accordance with this line of thought, Cevallos and the C3PO group recently published new benchmarks for radiation dosage in the pediatric population. Differently from the previous study by the same group[4] , they assessed DAP/Kg stratified by age groups and procedure types, which allows for comparison with the current literature.[12] This study was performed after radiation quality improvements (QI) efforts in the different centers involved. Interestingly, the mean doses found by our group in the present were very similar to those reported by Cevallos et al. after a QI program ( Table 4 ).

Table 4

– Comparison of our data stratified by procedures type procedures radiation data (CHAIN) with previously published radiation dose databases

Procedures	Manica, 2018 (CHAIN)		Cevallos, 2017 (C3PO)		Borik, 2015		Kobayashi, 2014 (CCISC)		Onnasch, 2007
	n	aDAP/w	n	bDAP/w	n	aDAP/w	n	cDAP/w	n	cDAP/w
Pulmonary valvuloplasty	44	51.8 (34-92)	258	53 (104-335)	286	28 (1-345)	342	56 (152)	-	-
Aortic valvuloplasty	20	59.8 (29-126)	136	99 (165-383)	138	42 (8-211)	138	80 (127)	-	-
PDA occlusion	56	41.9 (27-71)	443	37 (72-217)	266	18 (4-251)	467	42 (71)	165	34.5 (37)
ASD/PFO device closure	52	25.5 (13-36)	295	34 (64-199)	345	21 (2-367)	568	41 (71)	259 / 21	41.9 (50)/ 23 (30)
VSD device closure	6	169.2 (71-513)	-	-	-	-	-	-	32	130 (175)
RVOT/PA angioplasty or stent	35	155.9 (76-224)	-	-	366	102 (8-910)	427	132 (222)	-	-
Aortic angioplasty	32	98.2 (42-206)	288	90 (165-384)	120	43 (7-447)	182	66 (107)	-	-
Aortic stent					52	80 (13-448)	112	90 (159)	-	-
PDA Stent	6	77.2 (58-126)	-	-	-	-	-	-	-	-
Melody valve implant	3	273.8	199	257 (400-671)	38	191 (60-935)	88	186 (299)	-	-

DAP/w: DAP indexed by body weight. DAP values described in medians and interquartile ranges:

The main limitation of the present study was the lack of data from some participating centers, probably due to the absence of standardization of the collected data. As a consequence, the studied sample was smaller and possibly less heterogeneous. At the same time, this corroborates the hypothesis of a lack of standardization of radiation exposure measurements in pediatric populations and demonstrates that a number of Brazilian centers do not yet properly report the radiation dose used in their procedures. This reinforces the need for awareness of institutions with regard to an appropriate control and a well-developed quality assurance program for radiation safety. Moreover, in some analyses, the number of patients evaluated was small and thus a statistical analysis was not possible, for example, percutaneous pulmonary valve implantation. Nevertheless, the radiation doses these patients received were similar to those cited in the literature.

Conclusions

Radiation dose increases with patient age and the complexity of the procedure. In the present study, the radiation doses observed were similar to those from other reported studies. The radiation doses in these procedures should serve as a benchmark for other institutions for appropriate control of radiation exposure of patients and staff.

The DAP/weight ratio appears to be the most useful and applicable measurement of radiation for the establishment of a reference dose for the pediatric population, given that it allows the elimination of age categories and encompasses the broad spectrum of body sizes. As such, new studies using the DAP/weight ratio are important for the development of reference doses in hemodynamic procedures and for the evaluation of strategies aiming to reduce radiation exposure of patients and staff.