Perspektive DVT: Höchste Strahlenhygiene in der 3-D-Diagnostik

Gießen – Die digitale Volumentomographie (DVT, im Englischen als Cone Beam CT bezeichnet) ist ein Schnittbildverfahren zur multiplanaren und dreidimensionalen Darstellung des aufgenommenen Volumens, das in der Orthopädie und Unfallchirurgie zunehmend an Bedeutung gewinnt. Nachdem das SCS MedSeries® H22 (Fa. SCS GmbH, Aschaffenburg) nach aktuellem Stand das einzige DVT ist, welches (im Rahmen seiner physikalischen Eigenschaften und der im Anwendungsgebiet essentiell wichtigen Möglichkeit zur Gewährleistung von Aufnahmen im be- und entlasteten Zustand durch Orthopäden oder Unfallchirurgen im Rahmen der Teilgebietsradiologie mit vorliegender DVT-Fachkunde) ohne Einschränkung eigenständig angewendet werden darf sowie bereits umfangreich angewendet wird, befasst sich dieser Artikel explizit mit diesem DVT. In diesem Beitrag werden die technischen Eigenschaften des SCS MedSeries® H22 (im Folgenden als H22 benannt) auf Basis publizierter wissenschaftlicher Studien sowie vorgenommener physikalischer Messungen beschrieben. Die aufgeführten Eigenschaften sind somit gerätespezifisch und nicht auf andere Systeme übertragbar.

Physikalische Eigenschaften des SCS MedSeries® H22

Die pulsierend strahlende Röntgenquelle sowie der mit 127 µm Pixelgröße hochauflösende Flachdetektor des H22 bewegen sich während der Aufnahme auf einer zirkulären Bahn um das zu untersuchende Körperteil und erzeugen wahlweise zwischen 300 und 600 Projektionsaufnahmen, welche mittels 3-D-Rekonstruktion in ein 3-D-Volumen umgewandelt werden. Das pyramidenförmige Nutzstrahlenbündel in Verbindung mit einem zweidimensionalen Bildrezeptor grenzt das H22 gegenüber einem klassischen (Mehrzeilen-)Computertomographen (im Folgenden als CT benannt) ab. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist, dass Röntgenquelle und Detektor des H22 den Patienten nur einmal um 210° zur Aufnahme des gesamten Volumens umkreisen, während typischerweise mehrere Umdrehungen in einem Spiral-CT erfolgen müssen. Das H22 ist ein 3-D-Schnittbildverfahren für die Aufnahme von Hochkontrastobjekten, das eine Auflösung von bis zu 0,2 mm ermöglicht. Die Aufnahmezeit von ca. 20 Sekunden sowie die 3-D-Rekonstruktion der Bilddaten innerhalb von ca. 30 Sekunden gewährleisten die schnelle Verfügbarkeit der Diagnostik-Ergebnisse. Zu dem Indikationsspektrum des H22 gehören Aufnahmen wahlweise unter Ent- sowie Belastung, sodass im Unterschied zum CT mit dem H22 auch Aufnahmen im Stehen möglich sind. Beispielhafte Indikationen sind der Senk-Spreizfuß, Hallux valgus, Arthrosen und Frakturen der Extremitäten, OSG Impingement, osteochondrale Läsionen, Sprunggelenk- oder Knie-Distorsionen, Knie- sowie DSG-TEP-Planungen, postoperative Bohrkanalkontrolle zur Ellenbogen-Außenbandrekonstruktion und Handwurzelverletzungen.

Einhaltung des ALARA-Prinzips

Die Breite des Indikationsspektrums einer Diagnostik ergibt sich im Wesentlichen nach der in § 6 StrlSchG geforderten Risiko-Nutzen-Abwägung sowie der nach § 8 StrlSchG einhergehenden Verpflichtung zur maximal möglichen Reduktion der resultierenden Strahlenbelastung für den Patienten auf Basis des zum Indikationszeitpunkts verfügbaren Stand der Technik, analog dem ALARA-Prinzip im Strahlenschutz (as low as reasonably achievable). Die mit dem SCS MedSeries® H22 DVT** einhergehende hohe Strahlenhygiene wurde bereits in mehreren Studien, die anschließend näher beschrieben werden, untersucht.

Handgelenksdiagnostik – Strahlenexposition des SCS MedSeries® H22 um den Faktor 3,58 geringer im Vergleich zur CT-Bildgebung

Im Rahmen der wissenschaftlichen Arbeit von Juha Koivisto et al. ^[1] wurde die Strahlenbelastung des H22 im Rahmen der Handgelenk-Diagnostik untersucht und mit einem CT verglichen. Es wurde festgestellt, dass die Strahlenbelastung des CTs im Vergleich zu dem High-Resolution-Protokoll des H22 um den Faktor 3,58 höher ist. Das H22 erlaubt es zudem, bei Anwendung des Ultra-Low-Dose-Protokolls (statt dem High-Resolution-Protokoll) bei aktuellen Systemen die resultierende Strahlendosis um weitere ca. 50% zu reduzieren. Im Ergebnis liegt das Ultra-Low-Dose-Protokoll des H22 im Vergleich zu der resultierenden effektiven Strahlenbelastung des CT um den Faktor 7,17 geringer.

Kniediagnostik – Strahlenexposition des SCS MedSeries® H22 um den Faktor 2,17 geringer im Vergleich zur CT-Bildgebung

Eine weitere wissenschaftliche Arbeit hat sich mit der Strahlenbelastung im Rahmen der Knie-Diagnostik beschäftigt. Die Studie von Juha Koivisto et al. ^[2] ermittelte eine effektive Strahlendosis für 3 verschiedene klassische Computertomographen sowie für das H22. Die effektive Strahlendosis lag für alle angewendeten klassischen Computertomographen mindestens um den Faktor 2,17 und bis zu dem Faktor 3,81 im Vergleich zu der des H22 im High-Resolution-Protokoll höher. Die effektive Dosis des H22 kann im Ultra-Low-Dose-Protokoll aktueller H22-Systeme um weitere ca. 70% gemindert werden, sodass die resultierende Strahlenbelastung des CT in diesem Vergleich mindestens um den Faktor 7,18 und bis zu dem Faktor 12,63 höher liegt.

Sprunggelenkdiagnostik – Strahlenexposition des SCS MedSeries® H22 um den Faktor 3,57 geringer im Vergleich zur CT-Bildgebung

Die Studie von Juha Koivisto et al. ^[3] zur Betrachtung der effektiven Dosis im Bereich des Sprunggelenks zeigt den Vergleich des H22 mit einem klassischen Computertomographen. Im Ergebnis lag die effektive Strahlendosis für den Computertomographen im Vergleich zu dem H22 um den Faktor 3,57 höher. Die effektive Dosis des H22 kann im Ultra-Low-Dose-Protokoll aktueller H22 Systeme um weitere ca. 58% reduziert werden. Dies resultiert in einer um den Faktor 8,56 höheren Strahlenbelastung des CT im Vergleich zu der aktueller H22 Systeme mit angewendetem Ultra-Low-Dose-Protokoll.

Höhere diagnostische Empfindlichkeit bei niedrigerer Strahlendosis

Neben den Studien zur Ermittlung der effektiven Strahlendosis bei Standarduntersuchungen mittels H22 gibt es eine Studie zur Bildqualität bei Dosiswerten, die denen der konventionellen Projektionsradiographie entspricht. Bei dieser Studie von Neubauer et al. ^[4] wurden Handgelenke von Kadavern, welche mit Läsionen und Frakturen versehen waren, mit Projektionsradiographie und H22 mit gleicher Dosis aufgenommen und die Bildqualität anhand mehrerer Parameter verglichen. Hier konnte festgestellt werden, dass die resultierende, mathematisch ausgewertete, Empfindlichkeit zur Frakturfindung des H22 trotz geringerer Energiedosis signifikant höher einzuordnen war, als diese mit dem 2-D-Projektionsröntgen (53%) vorlag. Zudem lag die diagnostische Empfindlichkeit des H22 (81%) zur Frakturfindung bei geringerer Energiedosis auf ähnlichem Niveau, wie es für den klassischen Computertomographen (89%) ermittelt wurde.

Zusammenfassung – Effektive Strahlendosis des SCS MedSeries® H22 insgesamt um bis zu 92% geringer als CT

Zusammenfassend wird deutlich, dass die Diagnostik mit dem H22 in ihrer resultierenden effektiven Strahlendosis um mindestens 50%, teilweise um bis zu 92% geringer ausfällt, als diese mit einem klassischen Computertomographen einhergehen würde. Zudem konnte die hohe Strahlenhygiene des H22 auch unter paralleler Betrachtung der diagnostischen Empfindlichkeit gegenüber dem 2-D-Projektionsröntgen bestätigt werden, in dessen Rahmen für das H22 nicht nur eine geringere Energiedosis im Vergleich zu dem 2-D-Projektionsröntgen vorlag, sondern auch eine signifikant höhere diagnostische Empfindlichkeit.  

Effektive Strahlendosen im Vergleich

Literatur

^[1] Koivisto, J., Van Eijnatten, M., Kiljunen, T., Shi, X. Q., & Wolff, J. (2017). Effective radiation dose in the wrist resulting from a radiographic device, two CBCT devices and one MSCT device: a comparative study. Radiation protection dosimetry, 179(1), 58-68.

^[2] Koivisto, J., Kiljunen, T., Wolff, J., & Kortesniemi, M. (2013). Assessment of effective radiation dose of an extremity CBCT, MSCT and conventional X ray for knee area using MOSFET dosemeters. Radiation protection dosimetry, 157(4), 515-524.

^[3] Koivisto, J., Kiljunen, T., Kadesjö, N., Shi, X. Q., & Wolff, J. (2015). Effective radiation dose of a MSCT, two CBCT and one conventional radiography device in the ankle region. Journal of foot and ankle research, 8(1), 8.

^[4] Neubauer, J., Benndorf, M.,
Reidelbach, C., Krauß, T., Lampert, F., Zajonc, H., Kotter, E., Langer, M., Fiebich, M., Goerke, S. M. (2016). Comparison of diagnostic accuracy of radiation dose-equivalent radiography, multidetector computed tomography and cone beam computed tomography for fractures of adult cadaveric wrists. PloS one, 11(10), e0164859.

** CE Kennzeichen Planmed Verity

Autor: Prof. Dr. Martin Fiebich (Technische Hochschule Mittelhessen/Fachbereich LSE)H