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Titel:Analyse des Einflusses der Dosisreduktion auf die Bildqualität in der Darstellung der Nase und Nasennebenhöhlen in der täglichen Routine
Autor:Leicht, Julia
Weitere Beteiligte: Güldner, Christian (PD Dr.)
Veröffentlicht:2017
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2017/0258
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2017-02589
DOI: https://doi.org/10.17192/z2017.0258
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):Analysis of dose reduction effects on the image quality of visual CBCT representations of the nose and paranasal sinuses in the daily routine
Publikationsdatum:2017-03-29
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Digitale-Volumen-Tomographie, Röhreneistellungsparameter, Dosis-Reduktion, Schnittbildqualität, Dosis-Reduktion, Schnittbildqualität, Bildgebung, Bildgebung, Nasen- und Nasennebenhöhlen, Nasen- und Nasennebenhöhlen, Digitale-Volumen-Tomographie, Röhreneistellungsparameter

Zusammenfassung:
Die Digitale Volumentomografie (DVT) hat im letzten Jahrzehnt erheblich an Bedeutung gewonnen. Neben der CT stellt sie heute die wichtigste bildgebende Methode der präoperativen Diagnostik und Verlaufskontrolle dar. Sie wird angewandt, um Aufschluss über die Anatomie der Nase und Nasennebenhöhlen (NNH), der vorderen Schädelgrube, der Laterobasis, des Temporalknochens und der Gehörknöchelchen zu geben und dementsprechend mögliche intraoperative Risiken zu minimieren (Stuck et al. 2012, Bremke et al. 2009a, Kontorinis et al. 2011, Kontorinis et al. 2012). Die seit dem Jahr 1998 stetig weiterentwickelte DVT-Technologie erfasst anders als die CT eine zu untersuchende Region in nur einem Umlauf (Schwenzer and Ehrenfeld 2010) und ermöglicht mittels geringer Schichtdicke von bis zu 0,125 mm eine gute Raumdarstellung (CV Dalchow et al. 2006). Aus den zylindrischen Volumen der Bilddatensätze lassen sich Schnittbilder der drei verschiedenen orthogonalen Ebenencoronar, sagittal und axial - rekonstruieren sowie kleinste knöcherne Strukturen darstellen (Pasler 2008). Nach der Leitlinie des Strahlenschutzes sowie der Röntgenverordnung muss jede Durchführung einer Bildgebung stets mit der kleinstmöglichen Strahlendosis und zugleich suffizienten Bildqualität nach dem ALARA-Prinzip erfolgen (Strahlenschutz 2008). Um diesen Vorschriften gerecht zu werden, wurden in einer vorangegangenen Studie bereits entsprechende DVT-Untersuchungen an einem Phantomschädel sowie an drei humanen Ganzkopfpräparaten durchgeführt. Für die NNH konnte ein Optimierungsbereich von 2,0 - 3,0 mGy applizierter Strahlendosis und für das Felsenbein von 3,0 - 4,0 mGy als optimal ermittelt werden (Bitterwolf et al. 2013). Zusätzlich wurde in weiteren Untersuchungen nachgewiesen, dass durch Änderung des Rotationswinkels von 360° zu 180° eine Dosisreduktion von 50 % möglich ist und bei niedriger Strahlenexposition die Bildqualität dennoch ausreichend bleibt. Auf Basis dieser Untersuchungen wurden daher die Einstellungen der DVT-Röhrenparameter von „4 mA; 84 kV; 180°; ! CTDI = 2,4mGy“ für den klinischen Alltag neu festgelegt (Güldner et al. 2012a). Allerdings konnte bisher der Zusammenhang zwischen dem idealen Verhältnis von minimaler Strahlendosis und bestmöglicher Bildqualität mittels DVT nicht abschließend geklärt werden, da Serienuntersuchungen mit Verwendung von Röntgenstrahlung an lebenden Patienten aus ethischen und strahlenrechtlichen Vorschriften nicht zulässig sind (Bitterwolf et al. 2013). Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, die Bildqualität von 165 Bilddatensätzen (i.F. Gruppe 1), aufgenommen mit den bisherigen Standardeinstellungen der DVTRöhrenparameter (Durchschnittswerte: 5 mA; 88 kV; 360°; ! CTDI 6,6 mGy), mit der Bildqualität von 151 Bilddatensätzen (i.F. Gruppe 2), nach den neu festgelegten Standardeinstellungen (Durchschnittswerte: 4 mA; 85 kV; 180°; !CTDI 2,9 mGy) für die Anwendung im klinischen Alltag zu untersuchen, entsprechend zu bewerten und eine Äquivalenz der Beurteilbarkeit trotz Dosisunterschied zu beweisen. Somit soll eine wissenschaftliche Grundlage für die Praxisanwendung der dosisoptimierten Protokolle der DVT geschaffen werden. Die Qualität der Bilddatensätze beider Gruppen wurde anhand von 17 (davon 16 paarig angelegten) anatomischen Strukturen, welche wichtige chirurgische Landmarken darstellen, analysiert und entsprechenden Notenkategorien zugeordnet. Die Bewertung erfolgte nach dem Schulnotenprinzip: Note 1 - sehr gut beurteilbar; Note 2 - gut beurteilbar; Note 3 - schlecht beurteilbar; Note 4 - Beurteilung nicht möglich. Die Aufsummierung dieser Notenwerte ergab einen Mittelwert-gesamt von 33 Punkten für die bestmöglichste Bildqualität (Note 1) und einen Mittelwert-gesamt von 132 Punkten für die schlechtmöglichste Bildqualität (Note 4). Um einen denkbaren Einfluss von Pathologien der Nase und NNH auf die Bildqualität feststellen zu können, wurden die Bilddatensätze zusätzlich nach dem Lund-Mackay Score bewertet. Diese Kategorisierung richtet sich nach dem Maß der radiologischen Verschattung. Infolge dieser Untersuchungen konnte ein signifikanter Unterschied (p 0,001) in der Beurteilung der anatomischen Strukturen zwischen Gruppe 1 und Gruppe 2 festgestellt werden. Entgegen den Erwartungen zeigen die Ergebnisse eine bessere Bildqualität mit den neu festgelegten DVT-Röhrenparametern. Das kann auf den Einfluss von vermehrt auftretenden Artefakten bei einer höheren Strahlendosis zurückgeführt werden. Zudem wurde der Rotationswinkels von 360° auf 180° und damit die Aufnahmezeit um 8,5 sec. reduziert. Daraus folgt, dass sich bei Gruppe 1 durch vermehrt auftretende Bewegungsartefakte die Bildqualität verschlechtert. Die anatomischen Strukturen wurden sowohl in Gruppe 1 als auch in Gruppe 2 stets sehr gut bis gut dargestellt. Zusätzlich wurde eine gering negative Korrelation (r = 0,382) der Pathologien der NNH auf die Bildqualität nachgewiesen. Die Auswertung der Ergebnisse weist eine ausreichend wissenschaftlich überprüfte Grundlage für die Praxisanwendung der dosisoptimierten Protokolle der DVT nach. Demzufolge sind die neuen Standardeinstellungen der DVT-Röhrenparameter weiterhin zu empfehlen und analog dem ALARA-Prinzip in der Praxis anzuwenden. Über die Ergebnisse dieser Arbeit hinaus liegen jedoch derzeit noch keine diagnostischen Referenzwerte für die applizierte Strahlendosis der DVT vor (i.d.R. jährlich herausgegeben durch das Bundesamt für Strahlenschutz). Um entsprechende Referenzwerte zu entwickeln und optimal anzupassen, sollten in der Zukunft in diesem Bereich weitere Studien durchgeführt werden.

Summary:
During the last decade Digital Volume Tomography has become increasingly important. Along with CT it is the most relevant imaging technique concerning preoperative and follow-up diagnostics evaluation. It is used to provide information about the anatomy of the nose, the paranasal sinuses, the anterior and lateral skull base, the temporal bone and the ossicles and thereby to minimize intraoperative risks (Stuck et al. 2012, Bremke et al. 2009a, Kontorinis et al. 2011, Kontorinis et al. 2012). DVT, which has been constantly developed since 1998, needs in comparison to the technique of CT just one rotation around the region of interest for imaging (Schwenzer and Ehrenfeld 2010) and it enables a good spatial representation with a layer thickness of up to 0,125 mm (CV Dalchow et al. 2006). Out of specific cylindrical volumes it is possible to generate section images of the coronar-, sagittal- und axial-sections and also it is possible to visualize smallest anatomical structures (Pasler 2008). Regarding to the guiding principles of the radiation protection and to the official German X-Ray Regulation every single examination has to be performed with the smallest amount of radiation dosage and simultaneously with the best image quality (ALARA principle) (Strahlenschutz 2008). In order to comply with these principles, previous studies with DVT were implemented on a phantom scull as well as on three deep frozen human complete heads. An optimal range of the dosage for evaluation of the paranasal sinuses of 2.0 to 3.0 mGy was found and for the petrous bone from 3.0 to 4.0 mGy (Bitterwolf et al. 2013). Further examination showed that a dose reduction of 50 % is possible by changing the rotation angle from 360° to 180° maintaining the quality of imaging. Based on these findings standard settings were implemented at „4 mA; 84 kV; 180°; ! CTDI 2.4 mGy“ for daily clinical practice (Güldner et al. 2012a). Since ethical requirements and rules of radiation protection do not allow a series of comparative examinations on living human beings, the ideal relation between minimal dosage and best imaging quality has not yet been confirmed. Caused by that issue this study was carried out. There for the quality of 165 sectional images - using the previous standard DVT settings (average values: 5m A; 88 kV; 360°; ! CTDI 6.6 mGy) were taken, evaluated and compared with the quality of 151 sectional images - using the new defined standard DVT settings (average values: 4 mA; 85 kV; 180°; ! CTDI 2.9 mGy). The results should provide a scientific basis for dosage optimized DVT protocols applicable at the everyday practice. The image quality of both groups was analysed by the evaluation of 17 important surgical anatomic structures (16 of them were two paired structures). According to the recognizable visibility, a special score was assigned, which was based on a German school performance grading system: 1 - Excellent, 2 - well, 3 - poor, 4 - not evaluable. The summation of the grades can lead to a possible score of 33 for best image quality (grade 1) or a score of 132 for the worst quality (grade 4). To find out a possible influence of pathologies of the nose and paranasal sinuses to the image quality, the images were analysed using the Lund-Mackay score. This classification followed the extents of radiological shade level. The results of this examination showed a significant difference (p 0.001) of the image quality of anatomical structures between the two groups. Contrary to the expected results, the investigation showed even a better image quality by using the new defined settings of the DVT. This could be caused by the influence of more artefacts when using higher dosages. All anatomical structures in group 1 as well in group 2 were always excellent or well visible. In addition a positive correlation (r = 0.382) between pathologies of the paranasal sinuses and image quality could be shown. The evaluation of the results establishes a sufficient scientific proven basis for using dosage-optimized protocols of DVT in daily practice. That is why the newly defined settings of DVT are still recommendable and should be used in daily practice in accordance to the ALARA principle. In addition to these results there are no reference values for the applied radiation dosage by using DVT (normally given by the „Bundesamt für Strahlenschutz” once a year). Further research is required, to generate these reference settings and to optimize them in order to get the radiation exposure as low as possible while the picture quality will stay sufficient.

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