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Informationsveranstaltung: Die neue RöV und die neuen Leitlinien
TÜV Nord Akademie Hannover, 21.11.2002
Die Computertomographie vor dem Hintergrund der neuen RöV
G. Stamm
Medizinische Hochschule, Hannover, Diagnostische Radiologie
AB Experimentelle Radiologie
CT & Strahlenexposition
BV5%CT
4%Div.4%
Film 87%
BV5%CT
4%Div.4%
Film 87%
Anteile am Untersuchungsaufkommen
BV 36%CT 35%
Film 25%Div. 4%
BV 36%CT 35%
Film 25%Div. 4%
Anteile an kollektiver Effektivdosis
Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz (1994)
Aktionen
• Mai 1998: Gründung ’Konzertierte Aktion Dosisreduktion CT’
• 1999/2000: Bundesweite Umfrage zur CT-Expositionspraxis
• Jan. 2001: Feedbackaktion zur CT-Umfrage
• Juli 2001: Dosisberechnungs-Software ’CT-Expo’
• Okt. 2001: Report ’CT-Expositionspraxis in der BRD’
• 2000/01: Studie ’Dosisoptimierte Scanprotokolle’
• 2001/02: Zusatzumfrage ’MSCT-Expositionspraxis’
• 2001/02: Pilotprojekte zum Thema ’CT-Dosiskurs’.
Themen
• Dosisbegriffe• Einflußgrößen
• Dosisberechnung
• CT-Umfrage 1999
• Besonderheiten Mehrschicht-CT inkl. Umfrage 2002
Was ist Dosis ?
Dosis = mAs ??? Dosis = mAs ???
Dosis ist proportional zum gewählten mAs Produkt, aber ...... Dosis ist nicht = mAs (erhebliche Unterschiede je nach Gerät) ...... und schon gar nicht = mA (unterschiedliche Rotationszeiten) ...
... und auch nicht = Hautdosis (andersartige Dosisverteilung) !!!
Untersuchungsdosis [mSv] für Abdomen
Philips Tomosan EG [120 kV, 74 mAs]:Elscint HeliCat [125 kV, 267 mAs]:
Mann Frau
7.3 10.17.9 10.9
Dosisbegriffe
CTDI
MSAD
CTDIFDA
dlp
Dorg
DLP
Effektive Dosis E
CTDI100
CTDIL
CTDIw
CTDIw,eff
nCTDIxyz
Dosisbegriffe
Lokale Dosisgrößen• CTDIw Gewichteter CTDI
(Basis für Referenzwerte)• CTDIw,eff Effekt. CTDI oder Volumen-CTDI (CTDIvol)
(Anzeige am Gerät)
Integrale Dosisgrößen• DLP Dosislängenprodukt
(Basis für Referenzwerte)• E Effektive Dosis
(Patientenexposition)
Was ist CTDI ?
CTDI = 1h
⋅ D(z) ⋅ dz−∞
+∞
∫ CTDI
cm
h = nominelle Schichtdicke
Rel
ativ
e D
osis
CTDI = Dosis in der Schicht incl. Beitrag der Ausläufer
Messung des CTDI
Meßorte
AE
D
C
B
CTDIp CTDIc
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-10 -5 0 5 10
Rel
ativ
e D
osis
dlph
MK
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-10 -5 0 5 10
Rel
ativ
e D
osis
dlph
MK
• Messung im Plexiglasphantom mit bleistiftförmiger Meßkammer (MK)• Phantomdurchmesser: 16 cm (Head), 32 cm (Body)• Messung zentral (A) und peripher (Mittelwert B bis E) • Meßgröße: Dosislängenprodukt der Einzelschicht (dlp)• CTDI = dlp / h (h = nominelle Schichtdicke in cm).
Was ist CTDIw,eff oder CTDIvol ?
0
0,5
1
1,5
2
2,5
-10 -5 0 5 10
Schichtlage (cm)
Relat
ive D
osis
MSAD
p = 0,7
CTDIw,eff = CTDIw
Pitch p
• Mittlere Dosis im gescannten Volumen (praktisch = MSAD)• Bezeichung nach IEC-Norm auch: CTDIVol (Volumen-CTDI)• Mittelung über Querschnitt (’w’) und Länge (’p’)• Basis für geräteseitige Dosisanzeige an neueren Scannern.
Was ist Dosislängenprodukt ?
0
0,5
1
1,5
2
-10 -5 0 5 10
Relat
ive D
osis
Schichtlage (cm)
0
0,5
1
1,5
2
-10 -5 0 5 10
Relat
ive D
osis
Schichtlage (cm)
Dosis
Länge
DLPw = CTDIw · n · h = CTDIw,eff · LDLPw = CTDIw · n · h = CTDIw,eff · L
Was ist effektive Dosis ?
• Dorg,i: Organdosis• wi: Gewebe-Wichtungsfaktoren
(zwischen 0,01 und 0,20)
E = Σ wi * Dorg,iE = Σ wi * Dorg,i
0,0001
0,001
0,01
0,1
-20 0 20 40 60 80 100Schichtlage z (cm)
Ovarien
Abdomen
Brust
Gehirn
Schilddrüse
ob. AbdomenBecken SchädelHalsThorax
0,0001
0,001
0,01
0,1
-20 0 20 40 60 80 100Schichtlage z (cm)
Ovarien
Abdomen
Brust
Gehirn
Schilddrüse
ob. AbdomenBecken SchädelHalsThorax
Ovarien Brust Schilddrüse
Becken Kopf
E = DLPw * fmittelE = DLPw * fmittel
Grobe Abschätzung:0,0025 mSv/mGy*cm (Kopf)
fmittel ≅ 0,0050 mSv/mGy*cm (Hals) 0,0175 mSv/mGy*cm (Rumpf)
Themen
• CT & Strahlenexposition
• Dosisbegriffe
• Einflußgrößen• Dosisberechnung
• CT-Umfrage 1999
• Besonderheiten Mehrschicht-CT inkl. Umfrage 2002
Apparative Einflußfaktoren
Rotationszeit FokusStromregelung
Primärkollimation
Fokus-Achs-Abstand
FilterSpannung
Sekundärkollimation(Post-Patient-Kollimation)Detektortyp Scannergeneration
Nutzerabhängige Einflußfaktoren
kV
mAs
Pitch p Schichtdicke h
Objektdicke d
Filterkern FK
Fensterweite W
Scanlänge L
vs.
Dosis
Bildqualität / Rauschen
Einflußgrößen: Spannung U (kV)
Dosis ~ U2.5
140 %100 %40 %Rel. Dosis
140 kV120 kV80 kVSpannung
Dosisausbeute steigt - Rauschen nimmt ab - Kontrast sinkt
Strahlenexposition nimmt mit steigender Spannung zu,wenn nicht gleichzeitg die mAs angepaßt werden !
Empfehlung:• Bei Erhöhung der kV unbedingt auch die mAs anpassen !
Einflußgrößen: Schichtdicke h
h = 4 * 2.5 mmh = 10 mm
• Strahlenexposition identisch ...• ... aber Rauschen steigt an ...• ... doch Kontrast wird besser (Partialvolumeneffekt!)
Empfehlung:• h so groß wie tolerierbar !• mAs bei Verringerung von h nur mäßig anpassen !
Einflußgrößen: Pitch p
Pitch 2Pitch 1
Strahlenexpostion nimmt linear mit p ab / zu !Empfehlung:• p so groß wie tolerierbar, 1< p < 2 !• Scanlänge L so kurz wie möglich !• Achtung: MSCT!
Einflußgrößen: Rekon.-Algorithmus (FK)
Rel. Dosisbedarf60%
Empfehlung:• FK so glättend wie möglich !
Einflußgrößen: Ausblick
• Röhrenstrom-Modulation
• Automatische Stromanpassung an Körperquerschnitt(Sinusförmig oder adaptiv)
• Dosisreduktion 10 - 40% je nach Region
• “Belichtungs”-Automatik
• Automatische mAs-Anpassung an Objektdicke(CARE-Dose, DoseRight, automA, RealEC, …)
Themen
• CT & Strahlenexposition
• Dosisbegriffe
• Einflußgrößen
• Dosisberechnung• CT-Umfrage 1999
• Besonderheiten Mehrschicht-CT inkl. Umfrage 2002
Dosisberechnungen
CTDIvol
DLPCTDIW
Effektive Dosis
Wie geht das ?
Berechnung: von mAs zur Effektivdosis
Faktor Rechengang Ergebnis Beispiel
1. Röhrenstrom I 120 mA2. Abtastzeit • t • 1,5 s
= Q mAs-Produkt = 180 mA·s3. Normierter CTDI frei Luft • nCTDIL • 0,20 mGy/mA·s4. 1. Spannungskorrektur • kU,1 • (140/120)2
= CTDIL Achsendosis frei Luft = 49 mGy5. Schichtdicke • h • 0,7 cm6. Anzahl Schichten • n • 30
= DLPL Dosislängenprodukt = 1029 mGy·cm7. Konversionsfaktor • fmittel • 0,01 mSv/mGy·cm8. Gerätekorrekturfaktor • kCT • 0,89. 2. Spannungskorrektur • kU,2 • (140/120)0,5
= E Effektive Dosis = 8,9 mSv
Faktor Rechengang Ergebnis Beispiel
1. Röhrenstrom I 120 mA2. Abtastzeit • t • 1,5 s
= Q mAs-Produkt = 180 mA·s3. Normierter CTDI frei Luft • nCTDIL • 0,20 mGy/mA·s4. 1. Spannungskorrektur • kU,1 • (140/120)2
= CTDIL Achsendosis frei Luft = 49 mGy5. Schichtdicke • h • 0,7 cm6. Anzahl Schichten • n • 30
= DLPL Dosislängenprodukt = 1029 mGy·cm7. Konversionsfaktor • fmittel • 0,01 mSv/mGy·cm8. Gerätekorrekturfaktor • kCT • 0,89. 2. Spannungskorrektur • kU,2 • (140/120)0,5
= E Effektive Dosis = 8,9 mSv
Von der ’Dosis’ (mAs) zur effektiven Dosis
CT-Dosissoftware CT-Expo
1
2 3
Basis: MS-Excel (ab 97 )
CT-Dosissoftware CT-Expo4
5
6
Themen
• CT & Strahlenexposition
• Dosisbegriffe
• Einflußgrößen
• Dosisberechnung
• CT-Umfrage 1999• Besonderheiten Mehrschicht-CT inkl. Umfrage 2002
Frequently Asked Questions• Typische CT-Dosis heute?• Unterschiede von Anwender zu
Anwender?• Wie stark ist der Einfluß von
- Gerätemarke?- Gerätetyp?- Gerätealter?- Anwenderbereich?
• Befolgung von Empfehlungen und Grenzwerten?
• Vergleich mit früheren Erhebungen
- Dosiszunahme?- Dosisabnahme?
• Trends?
• Rücklaufquote ca. 50%• Auswertbar: 830 Fragebögen• Präsentation: Röntgenkongreß
2000 (Vortrag, Poster)• Publikation: RöFo Aug./Sept. 2000
(Kurzfassung)• Feedbackaktion für alle Teilnehmer:
Jan. 2001• Ausführlicher Report:
In RöFo Okt. 2001• MSCT-Umfrage 2002• Report für European Radiology in
Vorbereitung.
Dosiswerte: Effektive Dosis
0
5
10
15
20
25
GS/
NN
H
HW
S
HS
GS/
H
LWS PG ATH
THO
AAB BS BE
LE/N
I
ABD
BE TST
Alle
Untersuchungsregion
Effe
ktiv
dosi
s (m
Sv)
pro Seriepro Unters.
0
5
10
15
20
25
GS/
NN
H
HW
S
HS
GS/
H
LWS PG ATH
THO
AAB BS BE
LE/N
I
ABD
BE TST
Alle
Untersuchungsregion
Effe
ktiv
dosi
s (m
Sv)
pro Seriepro Unters.
0
5
10
15
20
25
GS/
NN
H
HW
S
HS
GS/
H
LWS PG ATH
THO
AAB BS BE
LE/N
I
ABD
BE TST
Alle
Untersuchungsregion
Effe
ktiv
dosi
s (m
Sv)
pro Seriepro Unters.
Natürliche Strahlenexposition (2,4 mSv/a)
Effektive Dosis pro Untersuchung im Mittel bei 8 mSv (3,5-fache Jahresdosis)
Einflußfaktor Gerätemarke
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
A B C D E F
Gerätemarke
Rel
ativ
e D
osis
CTDILCTDIwE
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
A B C D E F
Gerätemarke
Rel
ativ
e D
osis
CTDILCTDIwE
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
A B C D E F
Gerätemarke
Rel
ativ
e D
osis
CTDILCTDIwE
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
A B C D E F
Gerätemarke
Rel
ativ
e D
osis
CTDILCTDIwE
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
A B C D E F
Gerätemarke
Rel
ativ
e D
osis
CTDILCTDIwE
+/- 13%
Achsendosis frei Luft als Vergleichsmaßstab ungeeignet !Unterschiede zwischen den Fabrikaten kleiner als Ungenauigkeit der Angaben.
Vergleich mit BfS-Daten (’90-’92)
Effektive Dosis pro Untersuchung
0
10
20
30
40
Kopf Thorax Abd. WS Mittel
Untersuchungsregion
Effe
ktiv
e D
osis
(mSv
)
BfS '90-92
DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)
DRG/ZVEI '99
0
10
20
30
40
Kopf Thorax Abd. WS Mittel
Untersuchungsregion
Effe
ktiv
e D
osis
(mSv
)
BfS '90-92
DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)
DRG/ZVEI '99
0
10
20
30
40
Kopf Thorax Abd. WS Mittel
Untersuchungsregion
Effe
ktiv
e D
osis
(mSv
)
BfS '90-92
DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)
DRG/ZVEI '99
0
10
20
30
40
Kopf Thorax Abd. WS Mittel
Untersuchungsregion
Effe
ktiv
e D
osis
(mSv
)
BfS '90-92
DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)
DRG/ZVEI '99
0
10
20
30
40
Kopf Thorax Abd. WS Mittel
Untersuchungsregion
Effe
ktiv
e D
osis
(mSv
)
BfS '90-92
DRG/ZVEI '99 (> 7 Jahre)
DRG/ZVEI '99
0
20
40
60
80
100
Kopf Tho. Abd. WS Ges.
Untersuchungsregion
Unt
ers.
p.a
. pro
100
0 Ei
nw. BfS '90-92
DRG/ZVEI '99
0
20
40
60
80
100
Kopf Tho. Abd. WS Ges.
Untersuchungsregion
Unt
ers.
p.a
. pro
100
0 Ei
nw. BfS '90-92
DRG/ZVEI '99
Untersuchungsfrequenz
0
20
40
60
80
100
Kopf Tho. Abd. WS Ges.
Untersuchungsregion
Unt
ers.
p.a
. pro
100
0 Ei
nw. BfS '90-92
DRG/ZVEI '99
Rückgang um 30% Zunahme um 60%
CT-Anteil an der Kollektivdosis jetzt bei ca. 40%
Parenchymdosis Mamma
2,5
21,3
3,2
31
05
101520253035mSv
Mammographie CT-Thorax CT-Low DoseThorax
CT-Coronarangio
Themen
• CT & Strahlenexposition
• Dosisbegriffe
• Einflußgrößen
• Dosisberechnung
• CT-Umfrage ’99
• Besonderheiten Mehrschicht-CT
MSCT: Pitchdefinition
Volumen-Pitch p’ Pitch p
p' =TischvorschubSchichtdicke
p =Tischvorschub
N ⋅ Schichtdicke
• Kleine Zahlen (0,5 bis 2)• Traditionelle Definition• Neutralwert: p = 1• Marconi, Philips• Dosisrelevant• Normgerecht (IEC)• Universelle Größe.
• Große Zahlen (2 bis 16)• Maß für Volumenerfassung• Neutralwert: p’ = N• GE, Siemens, Toshiba• Hochgradig irreführend• Nicht normgerecht (IEC)• Ohne Zukunft (p’ = 32 ?).
MSCT: Geometrische Effizienz
• Septen im Detektor-Array verringern die geometrischeEffizienz.
• Mehrzeilen -Detektoren: typischerweise 70%
• Einzeilen -Detektoren:typischerweise 85%
MSCT: Overbeaming (dicke Schichten)
Gründe:• Halbschatten (Penumbra)
Endliche Fokusgröße• Fokus Drift• sobald N > 2
Umbra
Zusätzl. Exposition
Lösungen:• „focal spot tracking“• N ∞
14
4 x 2,5 mm
MSCT: OverscanningJe eine Rotation am Anfang und am Ende für die Interpolation.
Single-Slice
Multi-Slice
MSCT: Overscanning (Vor- und Nachlauf)
Scanbereich 60 mm, Kollimation 5 mm, Pitch 1.
Spiralzusatz 51mm
111 mm
Vierzeiler4 x 5 mm
60 mm
‚Overscanning‘:• erhöht die Dosis für den Patienten• trägt nicht zur Bildgebung bei• ist größer je höher N und je kürzer die Scanlänge
Z60 mm
Spiralzusatz 11 mm
Einzeiler1 x 5 mm 71 mm
MSCT: Die neue Dimension
Siemens 24 Detektorzeilen
16 * 0.75 mm Schichten
16 * 1.5 mm SchichtenBreite 24 mm am Isozentrum
hochauflösend 2 * 0,6 mm
MSCT: Umfrage 2002
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
AbdB Thorax BS
Effe
kt. D
osis
[mSv
]
MSCTSSCT (modern)
Vergleich mit modernen Einzeilern (nicht älter als 4 Jahre) zeigt eine um ca. 25 bis 30 % höhere effektive Dosis.
MSCT vs. SSCT
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
ESCT (alle) MSCT (alle) Dual Quad ESCT (modern)
Scannerkategorie
Dos
is (r
el.)
CTDIw,effDLP pro Unters.
* 1.8
• Zweizeiler oder Twins: Akzeptable Dosiswerte aber... • ... neuere Geräte werden wie 4-Zeiler genutzt• 4-Zeiler: DLP etwa 2 mal so hoch wie bei modernen Einzeilern.
Gründe: Schichtkollimation/Dicke
0.0
5.0
10.0
Type of Examination
Quad (collimated)
0.0
5.0
10.0
Type of Examination
Quad (collimated)
0.0
5.0
10.0
Type of Examination
Quad (collimated)Quad (reconstructed)
0.0
5.0
10.0
Type of Examination
Quad (collimated)Quad (reconstructed)SSCT
6.4 mm
4.4 mm
2.4 mm
• Schichtdicke bei 4-Zeilern signifikannt kleiner gegenüber Einzeilern• Erhöhte Dosis um das erhöhte Rauschen zu kompensieren• Verbesserten Kontrast durch reduzierten Partialvolumeneffekt nicht berücksichtigt.
Screening: Vergleich effektive Dosis
9 - 10 mSv
11 mSv
3 - 6 mSv
Standard-CT
0,7 - 1,3 mSvCa – Scoring
1,6 mSvKolon
0,3 - 0,9 mSvThorax
Screening-CTVerfahren
Thorax 2E0,1 mSv
Kolon KE4,7 mSv
Koronarangio.40 mSv
Herausforderung MSCT
• Bevorzugung dünner Schichten (‚Isotrope Voxel’)
• Dünne Schichten = verstärktes ‚Overbeaming‘
• Dünne Schichten = erhöhtes Rauschen
• Mehr Schichten = erhöhtes ‚Overscanning‘
• Verbesserung des Schichtprofils bei Pitcherhöhung
• Pitcherhöhung daher nicht mehr dosisreduzierend
• Trend: MSCT = signifikant höhere Dosis
• Abhilfe: Schichtaddition (MPVR).
‚Tipps und Tricks‘
Demoversion: http://www.mh-hannover.de/kliniken/radiologie/str_04.html
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !
Resumée
• CT heißt: deutlich erhöhte Strahlenexposition
• Modalität deswegen im Kreuzfeuer der Kritik
• Größtenteils abhängig von der Handhabung
• Aktionen zur Dosisreduzierung eingeleitet bzw. bereits realisiert
• Solide Kenntnisse (Dosisbegriffe und -zusammenhänge) unabdingbar
• Geeignete Hilfsmittel (Literatur, Dosissoftware) verfügbar
• MSCT erfordert gesteigerte Aufmerksamkeit.